ТМГсу - ТМГ с симметрирующим устройством.

Трансформаторы с СУ (ТМГсу) улучшают работу защиты, повышают безопасность электрической сети. В них резко снижено разрушающее воздействие на обмотки токов при однофазных коротких замыканиях.
Материалы предоставлены УП "МЭТЗ им. В.И. Козлова"

Одной из главных задач электроснабжения является обеспечение качества выходных напряжений распределительных трансформаторов, удовлетворяющих требования ГОСТ 13109-87 при всевозможных нормальных режимах их работы, а также решение этой задачи с минимальными издержками.

В четырехпроводных электрических сетях 0,38 кВ России и других стран СНГ в основном используются трансформаторы со схемой соединения обмоток "звезда-звезда-нуль" (У/Ун). Однако, эти самые дешевые в изготовлении трансформаторы в эксплуатации экономичны лишь при симметричной нагрузке фаз. Реально в сетях с большим удельным весом однофазных нагрузок равномерность их подключения во времени пофазно нарушается и потери электрической энергии в таких трансформаторах резко возрастают.

На рисунке 1 показаны зависимости потерь короткого замыкания Рк масляного трансформатора ТМ 100/10 при различных схемах соединения обмоток от величины тока в нулевом проводе, при Ib =Ic = Iн и Ia = 0- Iн. Из рисунка следует, что в трансформаторах У/Ун с увеличением тока Iнб резко растут потери Рк.

Этот рост обусловлен появлением потоков нулевой последовательности (Ф0) в магнитных системах трехфазных трансформаторов У/Ун, создаваемых токами небаланса Iнб ( равных 3 I0), протекающих в нулевом проводе сети. Ф0 носят характер потоков рассеяния, аналогичных потокам короткого замыкания Фкз, но по величине они значительно больше, о чем, в частности, позволяют судить соотношения полных сопротивлений Z0 и Zкз. Экспериментальные данные показывают, что Z0 больше Zкз в 5 - 8, а для некоторых конструкций трансформаторов - в 12 и более раз.

Неизбежным последствием неравномерности нагрузки фаз в сетях с трансформаторами

У/Ун является резкое искажение системы фазных напряжений (на практике это называют смещением нулевой точки). Как следствие - увеличение потерь также и в линиях 0,38 кВ.

Искажение фазных напряжений в реальных условиях эксплуатации нередко вызывает такое их отклонение уже на низковольтных вводах трансформатора, которое значительно превышает нормы ГОСТ на качество электроэнергии. В конце линий, по данным исследований, это отклонение напряжений приблизительно в два раза выше. При указанном качестве питания токоприемников, повышение в них потерь электроэнергии и отказы в работе, в том числе у бытовых приборов (холодильников и т.п.), вполне естественно. К сожалению, до настоящего времени целенаправленных работ по данным вопросам проводилось недостаточно, однако, как показывает практика, экономический урон от искажения напряжений у токоприемников огромен.

Завышение установленной мощности трансформаторов У/Ун, сверх требуемой по расчету (для понижения несимметрии напряжения), дает незначительный эффект, зато повышение потерь электроэнергии в сети дает значительное.

Кроме того токи нулевой последовательности, при несимметрии нагрузки, в магнитной системе трансформатора У/Ун создают потоки нулевой последовательности, которые замыкаясь через его бак, дно, крышку разогревают их, ухудшая охлаждение активной части. Это повышает температуру изоляции обмоток сверх нормы и трансформатор, при суммарной нагрузке ниже номинальной, оказывается перегруженным. Такое положение объективно вызывает необходимость в увеличении номинальной мощности трансформатора на одну, а иной раз на две ступени больше необходимой (расчетной) со всеми вытекающими последствиями.

Для устранения указанных недостатков кафедрой электроснабжения сельского хозяйства БАТУ, Минским электротехническим заводом им. В.И. Козлова и Минскэнерго разработано специальное новое симметрирующее устройство (СУ), которое является неотъемлемой частью трансформатора со схемой У/Ун.

Симметрирующее устройство представляет собой отдельную обмотку, уложенную в виде бандажа поверх обмоток высшего напряжения трансформатора со схемой соединения обмоток У/Ун. Обмотка симметрирующего устройства рассчитана на длительное по ней протекание номинального тока трансформатора, т.е. на полную номинальную однофазную нагрузку.

Обмотка симметрирующего устройства включена в рассечку нулевого провода трансформатора из расчета того, что при несимметричной нагрузке и появлении тока в нулевом проводе трансформатора, а также связанного с ним потока нулевой последовательности, поток, создаваемый симметрирующим устройством равный по величине и направленный в противоположном направлении, компенсирует действие потока нулевой последовательности, предотвращая этим самым перекос фазных напряжений.

Схема подсоединения обмотки симметрирующего устройства (СУ) к обмоткам НН:

Трансформаторы с СУ улучшают работу защиты, повышают безопасность электрической сети. В них резко снижено разрушающее воздействие на обмотки токов при однофазных коротких замыканиях.

СУ значительно улучшает синусоидальность напряжения при наличии в сети нелинейных нагрузок, что крайне важно при питании многих чувствительных приборов, например, эвм, автоматики, телевизоров.

Таблица сравнительных характеристик трансформаторов ТМГ и ТМГСУ напряжением 6 – 10/0,4 кВ, схема и группа соединения обмоток У/Ун-0:

Мощность, кВА

Потери, кВт

Габаритные размеры, мм

Zо, Ом

Масса, кг

хх

кз

L

B

H

ТМГ

25

0,115

0,6

800

640

930

4,05

240

ТМГСУ

25

0,115

0,6

900

530

930

1,316

280

ТМГ

40

0,155

0,88

840

680

1000

2,72

300

ТМГСУ

40

0,155

0,88

900

560

1000

0,82

370

ТМГ

63

0,22

1,28

950

730

1020

1,905

420

ТМГСУ

63

0,22

1,28

950

730

1020

0,63

420

ТМГ11

100

0,29

1,97

935

730

1060

1,3

490

ТМГСУ

100

0,27

1,97

1000

720

1180

0,361

540

ТМГ11

160

0,41

2,6

1020

755

1245

1,06

670

ТМГСУ11

160

0,41

2,6

1060

725

1200

0,27

660

ТМГ11

250

0,57

3,7

1140

820

1270

0,56

920

ТМГСУ11

250

0,57

3,7

1170

840

1270

0,197

920

Энергетические характеристики трансформаторов (потери короткого замыкания, холостого хода и др.) от наложения симметрирующего устройства практически не меняются, но при этом значительно сокращаются потери электроэнергии в сети. Система же фазных напряжений при неравномерной нагрузке фаз симметрируется приблизительно как при схеме соединения обмоток У/Zн.

Это наглядно демонстрируют сравнительные испытания трансформаторов ТМГСУ-25/10-У1 и ТМГ-25/10-У1 в режиме однофазной и двухфазной нагрузки.

Результаты представлены в таблицах:

Однофазная нагрузка

Трансформатор с СУ

Iнн,А
фаза «а»

Uаb,В

Ubc,В

Uac,В

Uao,В

Ubo,В

Uco,В

3,61

402

398

398

232

230

232

7,22

402

398

398

228

231

232

10,83

400

398

398

225

232

232

14,44

400

400

396

224

232

234

18,05

400

400

394

222

232

236

21,66

400

400

392

216

232

236

25,27

400

396

388

216

232

236

28,88

396

400

388

212

232

236

32,49

396

400

389

208

232

236

36,1

400

404

388

208

236

240

Трансформатор без СУ

Iнн, А
фаза «а»

Uаb,В

Ubc,В

Uac,В

Uao,В

Ubo,В

Uco,В

3,61

404

404

396

224

231

229

7,22

400

404

396

216

237

233

10,83

400

404

394

210

239

234

14,44

396

404

392

200

241

235

18,05

394

404

390

194

245

237

21,66

392

403

389

188

249

241

25,27

390

403

388

180

253

245

28,88

388

403

384

172

253

249

32,49

384

403

380

164

255

253

36,1

384

402

380

160

257

257

Двухфазная нагрузка

Трансформатор c СУ

Iнн,А
фаз а,b

Uab,В

Ubc,В

Uac,В

Uao,В

Ubo,В

Uco,В

3,61

408

404

406

234

232

231

7,22

402

402

404

232

231

232

10,83

400

402

402

231

229

233

14,44

396

402

402

228

226

234

18,05

392

400

400

227

225

234

21,66

388

400

396

224

224

234

25,27

384

400

396

222

222

234

28,88

380

400

394

220

220

234

32,49

380

400

392

218

218

234

36,1

376

400

392

216

216

234


Трансформатор без СУ

Iнн,А
фаз а,b

Uab,В

Ubc,В

Uac,В

Uao,В

Ubo,В

Uco,В

3,61

400

401

398

229

231

232

7,22

396

400

396

225

228

232

10,83

396

400

400

224

227

238

14,44

393

400

400

223

225

240

18,05

392

402

401

220

224

244

21,66

392

401

404

220

223

248

25,27

388

404

406

218

222

250

28,88

386

404

406

216

218

252

32,49

382

400

406

214

217

256

36,1

380

400

406

212

214

258

В настоящем докладе приведены результаты оценочных расчетов экономической эффективности использования в четырехпроводных электрических сетях 0,38 кВ Республики Беларусь трансформаторов с новой схемой соединения обмоток "звезда-звезда-нуль с симметрирующим устройством", исходя только из потерь электрической энергии в трансформаторах и линиях.

Проведенный анализ сетей РБ позволил определить среднестатистическую сеть 0,38 кВ со следующими параметрами: мощность трансформатора - 100 кВА (с учетом коммунально-бытовых потребителей в городах и городских поселках); длина линии - 0,8 км; количество линий на одной ТП -3; сечение провода линии - 35 мм2; нагрузка линий 0,38 кВ принята пропорциональной мощности трансформатора, от которого она запитана, и считалась равномерно распределенной по всей длине линии; время использования максимума нагрузки в году - 2000 часов; величина тока в нулевом проводе 0,25 от номинального фазного.

Расчеты дополнительных потерь электрической энергии за счет несимметрии нагрузки были выполнены Белэнергосетьпроектом (г. Минск) по известным формулам с применением метода симметричных составляющих и использованием ЭВМ. Они производились в зависимости от величины тока в нулевом проводе, значения которого изменялось от 0 до 0,5 номинального фазного для трансформаторов мощностью от 25 до 250 кВА. Сечение нулевого провода принималось равным сечению фазных проводов.

Результаты расчетов сведены в таблице 1 (Sн – номинальная мощность трансформатора, кВА; Iнб -ток в нулевом проводе (в относительных единицах); Рк - потери короткого замыкания, Вт ( для трансформаторов со схемами соединения обмоток У/Ун, У/Zн, У/Ун с СУ); ΔРл - дополнительные потери электроэнергии в линиях сети с трансформаторами У/Ун, У/Zн по сравнению с сетью с трансформаторами У/Ун с СУ; Q - годовая экономия электроэнергии в сетях с трансформаторами У/Ун с СУ по сравнению с сетями с трансформаторами У/Ун, У/Zн.

Sн, кВА

Марка и сечение провода

Iнб

Рк, Вт

ΔРл, Вт

Q, кВт · ч

У/Ун

У/Zн

У/Ун с СУ

У/Ун

У/Zн

У/Ун

У/Zн

100

А35

0

1970

2265

1970

0

0

0

591

100

А35

0,1

1941

2127

1854

28

0

229

546

100

А35

0,2

2125

2014

1770

168

0

1026

488

100

А35

0,25

2278

1967

1739

307

-1

1693

454

100

А35

0,3

2492

1926

1716

509

-1

2569

418

100

А35

0,4

3073

1863

1693

1140

-2

5037

335

100

А35

0,5

3857

1825

1702

2150

-4

8609

238

25

А35

0,25

633

599

530

14

0

233

139

40

А35

0,25

979

878

777

48

0

501

203

63

А35

0,25

1450

1278

1130

115

0

871

295

160

А35

0,25

3272

2645

2339

828

-1

3521

611

250

А35

0,25

4665

3694

3266

1699

-2

6196

852

Сопоставление потерь в среднестатистической электрической сети при неравномерной нагрузке с трансформаторами со схемами соединения У/Ун, У/Zн, и У/Ун с СУ показывает, что наиболее экономичной из них является схема У/Ун с СУ.

Выполненные Белэнергосетьпроектом расчеты сроков его окупаемости в зависимости от величины тока в нулевом проводе дали результаты, приведенные в таблице 2.(ток небаланса указан в относительных единицах)

Таблица 2

Iнб

Номинальная мощность трансформатора У/Ун СУ(Sн), кВА

25

40

63

100

160

250

0

0

0

0

0

0

0

0,1

13,5

7

5,1

4,7

2,9

1,9

0,2

3,2

1,7

1,2

1,0

0,6

0,4

0,25

2,0

1,0

0,7

0,6

0,4

0,2

0,3

1,4

0,7

0,5

0,4

0,2

0,2

0,4

0,7

0,4

0,2

0,2

0,1

0,1

0,5

0,4

0,2

0,1

0,1

0,1

0,1

Из таблицы следует, что при среднестатистическом токе в нулевом проводе 0,25 от номинального фазного, симметрирующая обмотка только у трансформаторов Sн = 25 кВА окупается в срок 2 года и у Sн = 40 кВА в срок 1 год, для всех остальных мощностей окупаемость менее года.

Трансформаторы в среднем работают около 40 лет, отсюда не трудно определить прибыль предприятия, установившего в сетях 0,38 кВ с несимметричной нагрузкой фаз трансформаторы со схемой соединения обмоток У/Ун с СУ.

Использование в электрических сетях 0,38 кВ с несимметричной нагрузкой фаз трансформаторов ТМ и ТМГ со схемой У/Ун с СУ мощностью от 25 до 250 кВА, выпуск которых осуществляется на МЭТЗ им. В.И. Козлова, позволяет получить значительный экономический эффект только за счет сокращения ничем не оправданных потерь электроэнергии в линиях и трансформаторах.

Трансформаторы с симметрирующим устройством мощностью от 63 до 250 кВА разработаны и выпускаются в герметичном исполнении (типа ТМГ).

Внутренний объем таких трансформаторов не имеет сообщения с окружающей средой, они полностью заполнены маслом. Расширитель и воздушная или газовая «подушка» отсутствуют. Это значительно улучшает условия работы масла, исключает его увлажнение, окисление и шламообразование. Трансформаторное масло перед заливкой в трансформатор дегазируется. Благодаря этому масло своих свойств, практически не меняет в течение всего срока службы трансформатора, поэтому производить отбор пробы масла не требуется.

Трансформаторы в герметичном исполнении практически не требуют расходов на предпусковые работы и на обслуживание в процессе эксплуатации, не нуждаются в профилактических ремонтах и ревизиях в течение всего срока эксплуатации. Это позволит снизить непроизводственные расходы в течение всего срока эксплуатации трансформатора, в зависимости от его мощности, на 40 – 63 % его полной стоимости.

________________________________________________________________________________________

Трансформаторы Минского ЭТЗ им. Козлова ТМГсу в каталоге

Помимо трансформаторов с симметрирующим устройством компания ООО Энетра Текнолоджиз рада предложить вам сухие трансформаторы, среди которых трансформаторы ТС, ТСЗ и ТСГЛ, а также масляные трансформаторы ТМ и трансформаторы ТМГ.

Вернуться обратно
ОПУБЛИКОВАТЬ В СОЦ.СЕТЯХ
;