Силовые трансформаторы являются неотъемлемой частью электроэнергетических систем, обеспечивая эффективное преобразование и передачу электроэнергии от места ее производства к точкам потребления. Они стоят на страже надежности и стабильности электроснабжения, особенно в распределительных подстанциях с напряжением от 6 до 35 кВ, где электроэнергия подвергается необходимой трансформации для дальнейшей передачи по сетям низкого напряжения.
В данной статье мы погрузимся в мир силовых трансформаторов, исследуя их устройство, параметры, характеристики и особенности эксплуатации. Мы рассмотрим, как силовые трансформаторы обеспечивают эффективное управление электроэнергией, и почему они играют такую важную роль в обеспечении стабильности электроснабжения. Подробно рассмотрим их конструкцию, принцип работы, а также ряд технических аспектов, влияющих на их производительность и надежность.
Трехфазные трансформаторы в распределительных сетях
Используемые в распределительных подстанциях трехфазные трансформаторы имеют определенные схемы и группы соединений обмоток и сочетания по напряжению. Эти параметры стандартизированы, для того чтобы обеспечить возможность параллельной работы трансформаторов в любой энергетической системе.
На подстанциях предприятий, городских и сельских электрических сетей применяют в основном трехфазные трансформаторы с естественным масляным охлаждением типов ТМ и ТМГ мощностью 100 - 1000 кВа, со схемой и группой соединения обмоток ("звезда" / "звезда с выведенной нулевой точкой") - 12, на напряжение 6,3/0,4, 10,5/0,4 или 35/0,4 кВ.
Силовой трансформатор состоит из следующих основных частей:
-
магнитопровода-сердечника,
-
обмоток высшего и низшего напряжения,
-
стального кожуха,
-
крышки.
Магнитопровод собирается из отдельных изолированных листов электротехнической стали и прикрепляется к крышке. Обмотки высшего и низшего напряжения соответствующих фаз концентрически располагаются на магнитопроводе.
При эксплуатации трансформатора магнитопровод с обмотками всегда погружен в специальное трансформаторное масло, заполняющее кожух и являющееся одновременно охладителем и хорошим диэлектриком. При ревизиях и ремонтах трансформатора магнитопровод с обмотками вынимают из кожуха.
Чтобы дать возможность маслу менять свой объем, не нарушая погружения обмоток в масло при низких температурах, а также чтобы уменьшить поверхность соприкосновения масла с воздухом, на крышке кожуха устанавливается расширитель. Он представляет небольшой закрытый бак с пробкой и масломерным стеклом. Расширитель заполнен маслом и соединен трубой с внутренним пространством кожуха.
Присоединение к трансформатору токоведущих проводов высшего и низшего напряжения осуществляется через укрепленные в крышке проходные изоляторы. На крышке расположен переключатель, при помощи которого изменяют коэффициент трансформации.
В последние годы на подстанциях начали использоваться сухие безмасляные трансформаторы (сухие силовые трансформаторы типа ТС).
Они пожаробезопасны, экономичны, удовлетворяют самым строгим экологическим стандартам, не требуют трудоемкого технического обслуживания, справляются с кратковременными пиками нагрузки и долговременными перегрузками, имеют длительный срок службы. Эти изделия — новое слово в электротехнической промышленности, так называемые сухие трансформаторы, трансформаторы нового поколения.
Конструктивными особенностями сухих трансформаторов являются:
-
обмотка высшего напряжения c вакуумной формовой заливкой, которая обеспечивает ее высокое качество, с каналами охлаждения;
-
применение стекловолоконного материала, обеспечивающего высокую механическую прочность.
Намоточный материал для НН обмотки представляет собой фольгу из высококачественной меди или алюминия. Ширина фольги формирует высоту обмотки.
Для изоляции используется предварительно пропитанный эпоксидной смолой твердый многослоевой изоляционный материал класса F. После тепловой обработки обмотка представляет собой твердую структуру, способную противостоять нагрузкам, возникающим при коротком замыкании.
Между стержнем магнитопровода и обмоткой НН предусмотрен охлаждающий канал, который минимизирует температурный градиент в обмотке и обеспечивает более эффективное охлаждение.
Смотрите также: Основные виды конструкций трансформаторов и Трансформаторы и автотрансформаторы - в чем различие и особенность
Срок службы трансформаторов около 20 лет. Надежность их работы в течение этого срока так же, как электрических генераторов и двигателей, определяется главным образом нагревом изоляции обмоток, т.е. нагрузкой.
В определенных условиях трансформаторы с изоляцией литьевой смолой, так же как и масляные, могут подвергаться перегрузкам. Предел перегрузки определяется системой температурного контроля, которая обеспечивает отключение трансформатора.
Наибольшее превышение температуры нагрева обмоток трансформаторов допускается до 70°С при максимальной температуре окружающей среды 35°С и среднегодовой температуре окружающей среды 5°С.
В условиях эксплуатации обычно нагрузка трансформаторов в течение значительной части суток или года меньше номинальной, что приводит к нагреву обмоток до средней температуры меньше допустимой и менее интенсивному износу изоляции. Поэтому если суточный график нагрузки трансформатора имеет коэффициент заполнения Kз < 100%, то на каждые 10% снижения kз (ниже 100%) допускается перегрузка на все часы максимума в 3% сверх номинальной мощности трансформатора.
Кроме того, если в летнее время максимальная нагрузка трансформатора меньше его номинальной мощности на 15%, то в зимние месяцы допускается перегрузка трансформатора в 1 % на каждый градус понижения температуры окружающей среды ниже 15°С. Однако, используя эти условия, можно допускать общую кратковременную перегрузку трансформаторов, установленных в закрытых помещениях, не свыше 20%.
На трансформаторных подстанциях предприятий мощностью выше 180 кВа, имеющих неравномерный график суточной или годовой нагрузки, часто устанавливают 2 - 3 трансформатора. Наличие нескольких трансформаторов создает эксплуатационные удобства, маневренность в их использовании — включение под нагрузку в зависимости от потребляемой предприятием мощности в определенный момент времени.
Включение на параллельную работу двух источников энергии требует взаимной компенсации их э. д. с. Компенсацию э. д. с. или вторичных напряжений при включении трансформаторов на параллельную работу можно получить только в том случае, если эти напряжения будут равны и сдвинуты по фазе на 180°.
Иначе говоря, для параллельной работы трансформаторов необходимо иметь:
-
равенство коэффициентов трансформации трансформаторов, что обеспечивает равенство вторичных напряжений;
-
одинаковые группы соединений трансформаторов, что обеспечивает сдвиг фаз на 180° между напряжениями;
-
соответственное равенство активных и индуктивных составляющих падений напряжения в обмотках трансформаторов, т. е. равенство напряжений короткого замыкания.
Различие в мощности параллельно работающих трансформаторов обычно не должно превышать соотношения 1:3. Нарушение первых двух условий приводит к появлению больших уравнительных токов при холостом ходе. Нарушения третьего условия при холостом ходе не обнаруживается. Но при включении нагрузки токи, проходящие по вторичным обмоткам трансформаторов, создают падения напряжения. Различные падения напряжения в обмотках приведут к неравенству напряжений на зажимах.
Трансформаторы включены на общие шины, следовательно, должно произойти выравнивание напряжений на зажимах. Для этого должны измениться падения напряжения в обмотках, т. измениться токи в обмотках трансформаторов. Таким образом, один из трансформаторов окажется перегруженным, а другой недогруженным.
Большинство требований, предъявляемых к системе электроснабжения, в том числе и к электрическим подстанциям обеспечивается правильным выбором аппаратуры и электрической схемы подстанции. Одним из важных параметров качества электроэнергии является отклонение напряжения у электроприемников.
Отклонения напряжения от номинального значения нарушают нормальную работу электроприемников. Понижение напряжения уменьшает теплоотдачу электронагревательных установок, электрических печей, световой поток электрических ламп.
Понижение напряжения уменьшает вращающий момент электродвигателей, что приводит к их перегрузке по току, увеличивает нагрев, снижает скорость вращения ротора, а следовательно, уменьшает число оборотов вала электродвигателя.
Повышение напряжения уменьшает срок службы электрических ламп, повышает скорость вращения двигателей, ухудшает их коэффициент мощности. Колебания напряжения неблагоприятно влияют на работу других электротехнических установок.
В связи с этим согласно действующим нормам допускаются следующие наибольшие отклонения напряжения ±5% от номинального на зажимах электродвигателей и от -3 до +5% у наиболее удаленных ламп.
В условиях эксплуатации нагрузка потребителей изменяется, в соответствии с этим меняются потери напряжения в обмотках трансформатора и в сети. Вследствие этого изменяется напряжение на зажимах электроприемников, что приводит к нарушению их нормального режима работы.
Для поддержания напряжения, близкого к номинальному, обмотки высшего напряжения понижающего трансформатора имеют на каждой фазе три вывода, так что питание можно подвести к любому из них (возможность регулирования напряжения на трансформаторе в распределительной подстанции). Изменение коэффициента трансформации указанным путем позволяет регулировать вторичное напряжение трансформатора в пределах ±5%.
На самом деле, низкое напряжение в потребительской электрической сети не обязательно может быть вызвано неправильным подключением ответвления на трансформаторе в распределительной подстанции. По факту все сложнее и просадка напряжения в сети может быть вызвана другими обстоятельствами, основные из которых мы ранее уже расматривали в статье - Напряжение в частном доме 160 - 180 вольт. Что делать?
В заключение статьи о силовых трансформаторах в распределительных подстанциях 6 - 35 кВ, мы можем подытожить ключевые моменты, которые стоит учесть при работе с этим важным оборудованием.
Силовые трансформаторы играют важную роль в электроэнергетических системах, обеспечивая эффективное преобразование напряжения и надежную подачу электроэнергии потребителям. Важно понимать, что эти устройства имеют разные характеристики, параметры и особенности эксплуатации, и выбор конкретной модели должен осуществляться с учетом потребностей и условий конкретной электроэнергетической сети.
При эксплуатации силовых трансформаторов необходимо соблюдать регулярное техническое обслуживание, проводить диагностику состояния оборудования, и в случае необходимости, производить ремонт. Это позволяет предотвратить аварийные ситуации, обеспечить долгий срок службы трансформаторов и обеспечить надежное электроснабжение.
Инновации и современные технологии также играют важную роль в развитии силовых трансформаторов. Постоянные исследования направлены на улучшение эффективности, снижение потерь, увеличение надежности и экономичность работы этого оборудования.
Силовые трансформаторы остаются неотъемлемой частью современной энергетики и останутся таковыми и в будущем. Их важность в обеспечении стабильной и надежной работы электрических сетей и предоставлении электроэнергии для потребителей трудно переоценить.
Мы надеемся, что данная статья помогла вам более глубоко понять устройство, параметры, характеристики и особенности эксплуатации силовых трансформаторов в распределительных подстанциях 6 - 35 кВ, и будет полезной при работе с этим важным оборудованием.
