Типы трехфазных трансформаторов

Трехфазный трансформатор, являясь краеугольным камнем электросети, имеет множество применений, таких как повышение напряжения в сети, понижение напряжения в распределительной сети и электрическая изоляция. Размер трехфазного трансформатора имеет решающее значение как для первоначальных инвестиций, так и для эксплуатационных характеристик. Как выбрать размер трансформатора, соответствующий вашим требованиям к напряжению? В этой статье рассматриваются важные и влияющие факторы размера трансформатора, которые помогут вам выбрать подходящий размер трансформатора, обеспечивающий баланс между безопасностью, эффективностью и стоимостью.

Что такое трёхфазные трансформаторы?

Трехфазный трансформатор — это статическое электрическое устройство, использующее принцип электромагнитной индукции для передачи и распределения трехфазного переменного тока с одинаковой частотой, но обычно с разными уровнями напряжения.

Трехфазный трансформатор в основном состоит из нескольких основных систем: системы магнитных цепей, системы электрических цепей, системы изоляции и охлаждения, системы защиты и мониторинга, а также конструктивных элементов и корпуса. Они обеспечивают, соответственно, эффективные магнитные пути, осуществляют ввод и вывод электрической энергии, преобразование напряжения, проверяют электрическую изоляцию и теплоотвод, гарантируют безопасную эксплуатацию и контроль состояния. трансформаторы, а также обеспечить механическую поддержку, защиту и электрическое соединение.

Благодаря точной координации между системами, трехфазные трансформаторы обеспечивают эффективное, надежное и гибкое преобразование и передачу энергии, являясь краеугольным камнем современных энергетических сетей. Они могут эффективно преобразовывать три напряжения из трехфазной системы в другую трехфазную систему через общую магнитную цепь сердечника. Они стали незаменимым важным оборудованием в современных энергетических системах от генерации и передачи до распределения.

Типы трехфазных трансформаторов

Как правило, малогабаритные трехфазные трансформаторы классифицируются в основном по номинальной мощности (кВА). Однако эта классификация не является абсолютной. Классификация также может меняться в зависимости от условий эксплуатации и методов охлаждения. Ниже приведено объяснение трех типов трехфазных трансформаторов, основанное на общепринятых представлениях и типичных сценариях применения.

Малые трехфазные трансформаторы

Типичный рейтингНоминальная мощность малогабаритных трехфазных трансформаторов обычно составляет от 10 кВА до 500 кВА. Типичные номиналы трансформаторов включают 15 кВА, 30 кВА, 50 кВА, 100 кВА, 250 кВА и 500 кВА.

ФункцииКонструкция малогабаритного трехфазного трансформатора ориентирована на миниатюризацию, компактность и подходит для установки на платформах или во внутренних распределительных помещениях. Использование стандартных типоразмеров трехфазных трансформаторов также позволяет контролировать производственные затраты. В качестве методов охлаждения чаще всего используются ONAN (масляное), AN или AF (сухое).

Распространенные виды примененияТрехфазные трансформаторы таких размеров обычно используются для обеспечения независимого и безопасного электроснабжения небольшого промышленного оборудования, торговых центров и отдельных зон зданий.

Трехфазные трансформаторы средней мощности

Типичный рейтингНоминальная мощность трехфазных трансформаторов среднего размера обычно находится в диапазоне от 500 кВА до 10 МВА (10 000 кВА). Типичные размеры трансформаторов составляют всего 750 кВА, 1 МВА, 2,5 МВА, 5 МВА, 7,5 МВА и 10 МВА.

ФункцииТрехфазные трансформаторы среднего размера обеспечивают оптимальный баланс между стоимостью, эффективностью и надежностью, и поэтому являются наиболее технологически зрелой и широко используемой категорией.

В зависимости от нагрузки и условий окружающей среды, в трехфазных трансформаторах среднего размера обычно используются методы охлаждения с масляным наполнением, такие как ONAN (масляное естественное воздушное охлаждение) и ONAF (масляное естественное воздушное охлаждение). Для сухих трехфазных трансформаторов часто используется AF (масляное воздушное охлаждение). Размеры таких трансформаторов также могут соответствовать высоким требованиям индивидуальной настройки.

Распространенные виды применения: Трансформаторы среднего размера Может использоваться в региональных распределительных и передающих узлах, а также устанавливаться в распределительных помещениях крупных коммерческих предприятий или на главных распределительных подстанциях промышленных предприятий.

Крупные трехфазные трансформаторы

Типичный рейтингКрупные трехфазные трансформаторы обычно имеют мощность более 10 МВА, а максимальная мощность может достигать даже более 1000 МВА. Типичные номиналы трансформаторов в кВА включают 20 МВА, 50 МВА, 100 МВА и 250 МВА.

ФункцииТехнология производства крупных трехфазных трансформаторов более сложна, и почти все они изготавливаются на заказ.

Среди них, сложностью производства является конструкция изоляции, а для противодействия тепловому излучению, выделяемому при передаче электроэнергии высокой мощности, в трансформаторе необходимо применять метод принудительного охлаждения.

Сверхвысоковольтная передача энергии и мощное охлаждение неизбежно сопряжены с огромными физическими размерами и весом, а также требуют чрезвычайно высокой эффективности.

Распространенные виды примененияЭтот крупный трехфазный трансформатор может использоваться в качестве главного трансформатора тепловых, гидро- и атомных электростанций. Он также может использоваться в качестве главного трансформатора для подстанций сверхвысокого или сверхвысокого напряжения или в качестве повышающей и собирающей подстанции на крупных базах возобновляемой энергетики.

Как правильно подобрать трехфазный трансформатор?

Выбор трехфазного трансформатора подразумевает подбор номинальной мощности в кВА/МВА и напряжения, которые позволят безопасно обеспечить питание вашей нагрузки.

Определите мощность нагрузки

Определение мощности нагрузки является наиболее фундаментальным и важным шагом. На этом этапе необходимо рассчитать общую кажущуюся мощность (кВА), требуемую всеми устройствами нагрузки, а не активную мощность (кВт).

Сначала необходимо составить список всех нагрузок, которые будет питать трансформатор. Ключевые параметры этих нагрузок включают номинальную мощность (кВт) и коэффициент мощности (КП). Затем также необходимо преобразовать мощность каждой нагрузки в кВА. Для трехфазных нагрузок можно использовать формулу: нагрузка (кВА) = Активная мощность нагрузки (кВт) / коэффициент мощности (КП).

Следует отметить, что вы знаете, что не все устройства работают на полную мощность одновременно. Поэтому вам необходимо выбрать коэффициент спроса меньше 1, основываясь на отраслевых стандартах или фактическом опыте эксплуатации, и умножить его на общую подключенную нагрузку. Наконец, значения в кВА для всех нагрузок суммируются, чтобы получить минимальную требуемую мощность в кВА для текущего режима работы.

Добавьте будущий рост и маржу.

Трансформаторы, как долгосрочные активы, не могут длительное время работать при полной нагрузке 100%, что сокращает срок их службы и увеличивает потери. Поэтому необходимо предусмотреть определенный запас для безопасной эксплуатации, обычно от 10% до 15%.

Также необходимо учитывать долгосрочное развитие трехфазных трансформаторов. На основе планирования вашего предприятия или проекта оцените возможное увеличение нагрузки в ближайшие годы. В целом, увеличение запаса мощности в будущем, вероятно, составит примерно от 201 до 301 ТТ/3 тонны.

Таким образом, вы можете рассчитать свою общую потребность в мощности: кВА = текущая рабочая потребность * (1 + будущий рост % + запас прочности %)

Выберите первичное и вторичное напряжения

На этом этапе необходимо выбрать напряжение в соответствии с напряжением питания и нагрузкой. Высокое входное напряжение на первичной обмотке обычно определяется электросетью. В Северной Америке обычно используются напряжения 12,47 кВ, 4,16 кВ и т.д., в Китае — 10 кВ, 35 кВ, 110 кВ и т.д.

Вторичное напряжение, то есть низкое выходное напряжение, обычно определяется электрооборудованием на заводе или в здании. В Европе и Китае общепринятыми стандартами являются 400 В/230 В, а в Северной Америке — 480 В/277 В и 208 В/120 В соответственно. Кроме того, необходимо убедиться, что трансформатор оснащен переключателем ответвлений, который лучше адаптируется к колебаниям напряжения в сети.

Рассчитайте ток полной нагрузки

Расчет тока полной нагрузки позволяет лучше защитить выключатели, кабели и калибровочное оборудование. Обычно используется формула: ток полной нагрузки (А) = кВА*1000/(Напряжения (Вольты)*√3).

Следует отметить, что √3 обычно принимает значение 1,732. Необходимо рассчитать токи на первичной и вторичной обмотках соответственно и использовать полученные результаты для выбора соответствующих устройств на каждой из них.

Выберите способ подключения трансформатора.

Необходимо выбрать подходящую конфигурацию обмоток, поскольку это повлияет на доступное напряжение и подавление гармоник. Ниже приведены распространенные конфигурации обмоток.

 

Связь	Первичная/верхняя сторона	Вторичная/Низкая сторона	Основные характеристики и применение
Дельта-Ви (Δ-Y)	Дельта	Уай	Наиболее часто используемый вариант. Вторичная сторона может обеспечивать стабильную нейтральную точку для однофазных нагрузок и трехфазных двигателей. Такое соединение помогает подавить третью гармонику и подходит для современных распределительных систем.
Дельта-Дельта(Δ-Δ)	Дельта	Дельта	Он используется для чисто трехфазных промышленных нагрузок, таких как крупные двигатели и выпрямительное оборудование. Отсутствует проблема циркулирующего тока третьей гармоники, но отсутствует нейтральная точка.
Раз-раз-раз (YY)	Уай	Уай	Часто используется в старых промышленных системах. Чувствителен к несимметричным трехфазным нагрузкам и смещениям нейтральной точки. Подходит для случаев, когда преобладают трехфазные нагрузки, а однофазные нагрузки невелики и симметричны.
Y-Delta(Y-Δ)	Уай	Дельта	Понижающие трансформаторы, широко используемые на подстанциях, понижают высокое напряжение до среднего. На вторичной обмотке отсутствует нейтральная точка.

 

ПримечаниеДля большинства систем электроснабжения промышленных и коммерческих зданий предпочтительной конфигурацией является соединение типа «треугольник-звезда» (Δ-Y).

Выберите стандартную номинальную мощность трансформатора.

Трансформаторы должны производиться в соответствии со стандартной серией мощностей, и мощность не может быть произвольно изменена. Как правило, следует выбирать стандартный трехфазный трансформатор того размера, который наиболее близок к вашим требованиям по мощности.

В соответствии со стандартами IEC, используются следующие номинальные мощности (кВА): 75 кВА, 100 кВА, 125 кВА, 160 кВА, 200 кВА, 250 кВА, 315 кВА, 400 кВА, 500 кВА, 630 кВА, 800 кВА, 1000 кВА и т. д. Например, если требуемая мощность составляет 145,6 кВА, вам потребуется трансформатор большего номинала, близкий к стандартному. Таким образом, в конечном итоге вы можете выбрать трансформатор мощностью 160 кВА, соответствующий стандартам IEC.

Наконец, необходимо также пересчитать номинальный ток полной нагрузки трансформатора, исходя из его окончательно выбранной номинальной мощности, чтобы защитить электроприборы.

На основе этого метода можно определить технически обоснованный и экономически оптимальный размер трехфазного трансформатора. Кроме того, необходимо соблюдать национальные и местные стандарты проектирования электрооборудования. Рекомендуется провести окончательную проверку и подтверждение с участием профессионального инженера-электрика.

Какие факторы влияют на размер трехфазного трансформатора?

Полная нагрузка

Это наиболее прямой фактор, определяющий размер трансформатора. Площадь поперечного сечения сердечника и обмоток увеличивается с ростом нагрузки. Почти при каждом удвоении мощности (кВА) размер и вес трансформатора увеличиваются примерно вдвое по сравнению с первоначальным размером.

Коэффициент мощности

Низкий коэффициент мощности означает, что системе необходимо передавать больший ток (кВА) при той же активной мощности (кВт). Низкий коэффициент мощности требует трансформатора большей мощности и большей площади поперечного сечения обмотки. Это также влияет на габариты трансформатора.

Тип нагрузки

Номинальная мощность трансформатора может быть определена непосредственно на основе потребляемой линейной нагрузкой мощности в кВА. Однако для гармонических токов, генерируемых нелинейными нагрузками, трансформаторы обычно требуют специальной конструкции.

Например, использование обмотки меньшей мощности приведет к увеличению размеров, использование обмотки с пониженными потерями или даже специальных групп экранирования гармоник увеличит физические размеры и стоимость производства.

Уровень напряжения и тока

Чем выше напряжение на первичной обмотке, тем больше требуемое расстояние изоляции. Это приводит к утолщению изоляционных слоев, увеличению габаритов обмотки, увеличению расстояния утечки и т. д. Чем больше ток на вторичной обмотке, тем больше площадь поперечного сечения требуемого проводника.

Будущее расширение

В будущем запас прочности увеличит размеры сердечника, обмоток и системы охлаждения. Это также приведет к работе трансформатора при малой нагрузке, что снизит его эксплуатационную эффективность и экономические показатели.

Дизайн и материалы

Различные материалы, из которых изготовлен сердечник, оказывают значительное влияние на площадь поперечного сечения и вес сердечника. Листы из кремниевой стали уменьшают площадь поперечного сечения и вес сердечника при той же грузоподъемности.

Различные материалы, используемые для обмотки, также влияют на ее размер и стоимость изготовления. Как правило, медь обладает более высокой проводимостью, и обмотка получается меньшего диаметра.

Более высокая термостойкость позволяет трансформаторам выдерживать большие токи нагрузки и иметь компактную конструкцию.

Как выбрать подходящий размер трехфазного трансформатора?

Правильно подобранный трехфазный трансформатор определяет надежность, экономичность и долгосрочную эффективность работы энергосистемы. Это системный проект для вас.

Точный расчет электрической мощности

Вам по-прежнему необходимо составить список всего нагрузочного оборудования, которое должен питать трехфазный трансформатор. А также зафиксировать ключевые параметры, такие как номинальная мощность и коэффициент мощности каждого устройства.

Необходимо определить соответствующий коэффициент, опираясь на национальные стандарты или консультируясь с опытными инженерами или отраслевыми экспертами. Затем, исходя из полученного коэффициента, следует рассчитать отношение максимальной суммарной нагрузки всей системы к сумме максимальных нагрузок каждой подсистемы.

Наконец, активная мощность рассчитывается по формуле: активная мощность (кВт) = Σ (установленная мощность оборудования * требуемый коэффициент) * коэффициент синхронности. Затем рассчитывается требуемая мощность: кВА = кВт / средний коэффициент мощности.

Как уже упоминалось выше, простого расчета необходимого размера недостаточно. Для обеспечения безопасности и долгосрочной эксплуатации оборудования необходимо также учитывать будущий запас прочности и оптимальную мощность трансформатора.

Избегайте простого суммирования мощности устройств. Неправильный выбор размера трансформатора повлияет на ваши инвестиционные затраты, потери холостого хода и экономическую эффективность.

Выбор соответствующего технического типа трехфазного трансформатора

Трехфазные трансформаторы, как правило, делятся на два типа: маслонаполненные и сухие. Сухие трехфазные трансформаторы обладают более высокой пожарной безопасностью и не требуют технического обслуживания. Маслонаполненные трехфазные трансформаторы имеют большую перегрузочную способность и более низкий уровень шума.

Например, они применяются в высотных зданиях, подземных сооружениях, густонаселенных районах или местах, где действуют требования пожарной безопасности и взрывобезопасности. В целях безопасности в таких случаях необходимо выбирать трансформаторы сухого типа. На наружных подстанциях и в экономически важных промышленных проектах можно рассмотреть использование трансформаторов с масляным наполнением.

В целом, это в основном определяется условиями установки, стандартами безопасности и требованиями к техническому обслуживанию.

Выбор подходящего метода охлаждения

Если вы хотите оптимизировать размеры и рабочие характеристики трехфазного трансформатора, выбор метода охлаждения также имеет особое значение.

Согласно стандартам МЭК, методы охлаждения маслонаполненных трансформаторов классифицируются как ONAN, ONAF и OFAF.

ОНАНОн прост, бесшумен и не требует технического обслуживания. Однако его эффективность теплоотвода низкая, и он подходит для трансформаторов малого и среднего размера.

ОНАФОн обладает более высокой теплоотдачей и более компактной конструкцией трансформатора. Это наиболее распространенный выбор, позволяющий сбалансировать размер, мощность и стоимость, и больше подходит для трансформаторов средних и больших размеров.

ОФАФОн обладает самой высокой эффективностью рассеивания тепла, но имеет сложную конструкцию и требует высокого уровня технического обслуживания. Он больше подходит для больших и сверхбольших трансформаторов.

Методы охлаждения сухих трансформаторов подразделяются на AN и AF.

АНРаботает бесшумно, но обладает ограниченной охлаждающей способностью. Подходит для помещений со средней мощностью и низкой нагрузкой.

АФПозволяет уменьшить физические размеры, при этом увеличивая мощность трансформатора в кВА. Это предпочтительный выбор для экономии места внутри помещения.

Обеспечение адекватных транспортных маршрутов и мест для установки оборудования.

Помимо выбора технических характеристик электрооборудования, необходимо также провести тщательное исследование транспортного маршрута и разработать индивидуальный план транспортировки.

Исходя из размеров трансформатора, необходимо составить разумный план размещения оборудования. В соответствии со стандартами IEC или ISO, следует предусмотреть достаточно места для проходов для технического обслуживания, вентиляционных отверстий и обеспечения электробезопасности.

Необходимо убедиться, что конструкция здания выдержит вес трансформатора. Также необходимо определить способы ввода и вывода кабелей и зарезервировать соответствующее пространство.

Комплексная оценка и анализ

Наконец, вам необходимо провести анализ общей стоимости владения, учитывая ваши индивидуальные потребности, включая первоначальные затраты, эксплуатационные расходы, затраты на техническое обслуживание и т. д. Кроме того, вам также необходимо провести оценку надежности, квалификации производителя и качества компонентов сердечника трансформатора.

Если в вашем регионе действуют строгие экологические нормы, вам также необходимо убедиться, что продукт соответствует местным обязательным стандартам энергоэффективности и экологическим требованиям.

Часто задаваемые вопросы

Почему размер трехфазного трансформатора так важен?

Физические размеры трансформатора определяют беспроблемную установку. Мощность трансформатора (кВА) связана с затратами на приобретение и эксплуатационной безопасностью. Правильный размер гарантирует эффективную и надежную работу трансформатора при оптимальной нагрузке. Он определяет выбор кабелей, выключателей и защитного оборудования, а также является основой для стабильной работы всей системы электроснабжения.

Обязательно ли трансформатор большего номинала безопаснее?

Не обязательно. Чрезмерный размер увеличит ток короткого замыкания, что повысит требования к... автоматические выключатели и защитного оборудования. Если оборудование не соответствует требованиям, оно может не успеть вовремя отключить ток во время неисправности, что приведет к более серьезной аварии. Безопасность заключается не в физических размерах, а в соответствии мощности и полноте защиты.

Почему трансформаторы из аморфных сплавов такие большие и дорогие?

Большие размеры обусловлены относительно низкой плотностью магнитного насыщения. Поэтому для достижения того же магнитного потока необходимо увеличить площадь поперечного сечения железного сердечника, что, в свою очередь, приводит к увеличению его объема и веса. Высокая цена обусловлена высокой стоимостью материала, сложностью обработки и надбавкой за энергосбережение. Он больше подходит для сценариев непрерывной работы круглый год и ориентирован на долгосрочную экономию электроэнергии.

Заключительная мысль

KDM — это производитель, специализирующийся на изготовлении высококачественных электрических корпусов на заказ. Вся наша продукция изготавливается из материалов премиум-класса с использованием передовых технологий обработки. Мы также имеем множество сертификатов, гарантирующих безопасность и надежность ваших корпусов. Если у вас есть какие-либо требования к индивидуальному заказу, пожалуйста, свяжитесь с нами. связаться с нами. Мы оперативно ответим и предоставим вам удовлетворительное индивидуальное решение.