Il pianificatore della distribuzione sta guardando una mappa della rete di una regione che è ancora in crescita. Anche se la dorsale a 110kV è ben sviluppata, il problema riguarda i feeder a 10kV che si trovano alla fine di ogni diramazione a 35kV: i villaggi più lontani ricevono solo 9.2kV durante il picco di carico serale, mentre alla barra di distribuzione della sottostazione situata accanto alla stazione 110/35kV, si può leggere 10.8kV. Non c'è soluzione al problema sotto forma di nuovi feeder: l'utility non può permettersi questo investimento nell'anno corrente, ma si può avere un'idea migliore del posizionamento e delle dimensioni delle stazioni di trasformatori a olio immerso a 35kV che si trovano tra i due livelli di tensione, dove stanno riducendo, regolando e distribuendo l'elettricità in tutte le uscite sottostanti.
L'articolo fornisce una descrizione della situazione con il trasformatore a olio immerso a 35kV e offre l'idea del perché questo equipaggiamento è considerato il nodo cruciale della rete elettrica, come si colloca nella gerarchia 110/35/10kV, quali specifiche sono significative a questo livello e quale sia il loro prezzo, oltre a come i clienti delle economie emergenti dovrebbero affrontarlo.
Un trasformatore a 35kV si riferisce a un trasformatore a olio immerso che aiuta a ridurre l'alta tensione tipicamente classificata a 110kV o 66kV a un livello di interruttori di circa 10kV e anche inferiore alla classificazione del trasformatore di 400V. Il trasformatore solitamente utilizzato ha una classificazione compresa tra 3,150 kVA e 31,500 kVA mentre l'efficienza dell'unità è superiore a 99%. L'acquisizione del trasformatore dovrebbe basarsi sui risultati dei test, sull'influenza di un produttore sulle perdite del trasformatore e sul livello di servizio delle macchine elettriche, piuttosto che solo sul costo di acquisto.
Il Ruolo del Livello di Tensione a 35kV
La distribuzione dell'energia avviene in strati perché non è conveniente trasmettere a bassa tensione su lunghe distanze. Il livello a 35 kV gioca un ruolo importante in molte reti in tutto il mondo, collocandosi tra la distribuzione a 10-20 kV e i livelli di trasmissione a 110-220 kV. In Cina e in molte regioni dell'Asia, Africa, Medio Oriente e parti d'Europa, il 35 kV è la tensione standard di sottotrasmissione, consentendo la raccolta di energia dalle sottostazioni a 110 kV e la fornitura di energia ai feeder a 10 kV, agli impianti di produzione e ai grandi consumatori di energia.
Ma perché 35 kV e non una tensione più alta o più bassa? Questo è il livello ottimale per le aziende di servizi pubblici perché sono in grado di servire diverse centinaia di chilometri quadrati utilizzando un numero pratico di sottostazioni e linee aeree. A 10 kV, la distribuzione dell'elettricità dalle sottostazioni a 110 kV porterebbe a circa tre volte quella dei correnti dei feeder, il che richiederebbe quantità significativamente maggiori di rame o alluminio utilizzati. Praticamente ovunque, aumentare la tensione a 110 kV aumenterebbe notevolmente le spese relative alle sottostazioni.
Cosa Rende un Trasformatore a 35kV un Nodo Chiave
I trasformatori sono nodi in cui tensione, protezione e controllo cambiano simultaneamente. Nella sottostazione elettrica, il trasformatore immerso in olio da 35kV è l'unità più costosa poiché è quella che fornisce elettricità a tutti i feeder secondari. Quindi, se fallisce, l'approvvigionamento di elettricità a tutti gli utenti di elettricità andrà perso (fino a 100 sottostazioni di distribuzione o migliaia di utenti). Se il trasformatore è sovradimensionato, l'utility sosterrà costi di perdita a vuoto per molti anni. Se il trasformatore è sottodimensionato, i punti caldi danneggeranno l'isolamento.
Essendo un trasformatore da 35kV, è anche un nodo di controllo. Questo è dovuto alla presenza di cambiatori di presa sotto carico che stabilizzano la tensione a 10kV durante le fluttuazioni di carico. Se il trasformatore non riesce a mantenere ciò, la tensione fluttuerà in base alla curva di carico per tutto il giorno. Il trasformatore da 35kV è anche un nodo economico e il livello delle perdite, l'impedenza e la posizione della presa influenzeranno i costi operativi e l'affidabilità dell'intera rete.
Tipi di trasformatori immersi in olio da 35kV
| Tipo | Valutazione tipica | Commutatore di derivazione | Uso tipico |
|---|---|---|---|
| Tipo distribuzione (35/0.4kV) | 315–2.500 kVA | Fuori circuito | Fornitura per villaggi e piccole città |
| Tipo potenza (35/10.5kV) | 150–31.500 kVA | Sotto carico o fuori circuito | Sottostazione di riduzione |
| Tipo di elevazione (generatore) | 000–50.000 kVA | Fuori circuito tipicamente | Impianti rinnovabili e termici di piccole dimensioni |
| Tipo a tre avvolgimenti (35/10/6kV) | 300–31.500 kVA | Sotto carico su HV | Sottostazioni a tensione mista |
| Rurale / monofase | 50–200 kVA | Nessuno | Distribuzione monofase remota |
La maggior parte dei clienti acquisterà sistemi di distribuzione piccoli (35/0.4kV) responsabili della fornitura di energia ai villaggi locali o sistemi di potenza più grandi (35/10.5kV o 35/10kV) che si occupano di fabbriche e sottostazioni. I dispositivi da 6.3–20 MVA sono i più ampiamente utilizzati, abbastanza grandi da fornire una buona qualità ingegneristica e abbastanza convenienti in termini di costi di spedizione e installazione.
Specifiche e standard chiave
Tutti i trasformatori da 35kV sono costruiti e testati secondo la serie IEC 60076 (o il parallelo IEEE C57.12.00 nelle Americhe). I numeri che contano a 35kV:
| Parametro | Valore tipico | Note |
|---|---|---|
| Resistenza all'impulso di fulmine | 170 kVp | IEC 60076-3, classe LI da 35kV |
| Resistenza alla frequenza di potenza | 70 kV | Test AC applicato secondo IEC 60076-3 |
| Impedenza di cortocircuito | 7–8% | IEC 60076-5 |
| Aumento della temperatura dell'avvolgimento | 65K medio | A 40°C ambiente |
| Gruppo vettoriale | YNd11 (35/10.5kV) | O Dyn11 per 35/0.4kV |
| Efficienza | 99.0–99.5% | Dipende dalla potenza e dal livello di perdita |
| Raffreddamento | ONAN / ONAF | IEC 60076-2 |
| Livelli di perdita | GB/T 6451 o classe IEC | Le classi di efficienza GB 20052 si applicano |
A 35 kV, è importante considerare l'impedenza con attenzione. Un'impedenza più bassa (7%) riduce la caduta di tensione ma aumenta la corrente di cortocircuito, il che mette sotto stress l'apparecchiatura di manovra e gli avvolgimenti del trasformatore stesso. Un'impedenza più alta (8-9%) riduce la corrente di guasto ma causa una regolazione della tensione peggiore. Valori sufficienti sono determinati in base al livello di guasto della rete e alla potenza dell'apparecchiatura di manovra della sottostazione, quindi è necessario prestare attenzione e coordinare adeguatamente tutti gli schemi studiati prima di modificare l'impedenza.
Dimensionamento e caratteristiche di carico
Per dimensionare un trasformatore da 35kV, è necessario considerare attentamente 3 parametri di carico:
- Domanda di picco – questa è la massima carico coincidente di kVA derivata da indagini sui carichi o letture dai contatori; il trasformatore deve essere in grado di gestire questo carico per sempre in modalità di raffreddamento di base.
- Fattore di carico medio – questo è calcolato considerando la media annuale e dividendola per il carico di picco. Se il fattore di carico è alto (circa 0,7 e oltre), si incoraggiano i progetti a bassa perdita a vuoto; se il fattore di carico è basso, allora si preferisce un costo iniziale ridotto.
- Margine di crescita – generalmente, il fattore è di circa 15-25% della vita utile pianificata, ma solo se il piano di rete lo consente. Un trasformatore sovradimensionato non genererà alcun profitto.
Come uno degli esempi per l'utilizzo di sottostazioni 35/10.5 kV, si può dire che il trasformatore con una potenza di 10MVA sarà sufficiente per una città con circa 8000-15000 famiglie o mini-industrie.
| Valutazione (35/10.5kV) | Carico servito tipico | Applicazione tipica |
|---|---|---|
| 15 MVA | 000–5.000 famiglie o piccole industrie | Sottostazioni rurali, piccoli impianti |
| 3 MVA | 000–8.000 famiglie | Sottostazioni comunali |
| 10 MVA | 000–15.000 famiglie / industria di medie dimensioni | Sottostazioni distrettuali |
| 20 MVA | 000–30.000 famiglie | Distribuzione urbana |
| 5 MVA | 000+ famiglie / grande complesso industriale | Sottostazioni principali |
Il fattore di carico e gli scenari di crescita influenzano questi numeri, e sono uno strumento di pianificazione, non un sostituto di uno studio di carico.
Un trasformatore da 31.5 MVA è utilizzato in una grande area urbana o in un impianto industriale. Un tipico trasformatore di distribuzione a 35/0.4 kV ha una capacità di 400 a 1.000 kVA a seconda dell'area, in coerenza con la teoria degli studi di carico già considerati a un livello inferiore.
Posizione nella gerarchia della rete
Il posto del trasformatore 35kV nello stack della rete è meglio visto come una tabella:
| Strato di tensione | Attrezzature tipiche | Funzione |
|---|---|---|
| Trasmissione 220/110kV | Grandi trasformatori di potenza 63–400 MVA | Trasferimento bulk su lunghe distanze |
| Sottotrasmissione 110/35kV | Trasformatori di potenza 20–63 MVA | Alimenta la rete regionale 35kV |
| Distribuzione 35/10kV | Trasformatori immersi in olio 3.15–31.5 MVA | Riduce per i feeder a 10kV |
| 10/0.4kV ultimo miglio | Trasformatori di distribuzione 50–2.000 kVA | Ultimo passaggio alla tensione del consumatore |
Il livello di tensione 35/10kV funge da nodo “tronco” della distribuzione. È anche il punto in cui la rete diventa radiale, dove le zone protettive si riducono e dove la regolazione della tensione incontra la sua ultima opportunità prima che i feeder forniscano i carichi ai trasformatori esterni. Questo è anche il motivo per cui un guasto del trasformatore 35kV si ripercuote così ampiamente; questo è il tronco, e tutto ciò che segue perde l'alimentazione.
| Valutazione | Perdita a vuoto (indicativa) | Perdita da carico (indicativa) | Efficienza a carico massimo |
|---|---|---|---|
| 15 MVA | ~4,5 kW | ~20 kW | >99,2% |
| 10 MVA | ~10 kW | ~50 kW | >99,4% |
| 20 MVA | ~18 kW | ~95 kW | >99,4% |
| 5 MVA | ~22 kW | ~140 kW | >99,5% |
Marchi leader e fasce di prezzo
Il mercato 35kV è servito da ogni principale casa di trasformatori. Prezzi FOB rappresentativi per trasformatori di potenza 35/10.5kV:
| Marca | Origine | Prezzo 3.15 MVA | Prezzo 10 MVA | Prezzo 31.5 MVA |
|---|---|---|---|---|
| Hitachi Energy | Giappone/Globale | $38.000–$52.000 | $55.000–$82.000 | $130.000–$200.000 |
| ABB | Svizzera/Globale | $35.000–$48.000 | $52.000–$78.000 | $130.000–$190.000 |
| Siemens Energy | Germania/Globale | $34.000–$47.000 | $50.000–$75.000 | $125.000–$185.000 |
| Schneider Electric | Francia/Globale | $32.000–$44.000 | $48.000–$72.000 | $120.000–$175.000 |
| Toshiba / Hyundai | Giappone/Corea | $30.000–$42.000 | $46.000–$68.000 | $110.000–$170.000 |
| Jiangsu Subian Energia Elettrica | Cina | $18.000–$30.000 | $28.000–$48.000 | $65.000–$110.000 |
Le disparità nei prezzi riflettono la profondità dell'ingegneria, la capacità di monitoraggio del servizio sul campo e il rischio del marchio di ogni produttore significativo e non rappresentano un semplice ricarico. I produttori più prestigiosi portano con sé decenni di prove di guasti, numerosi test di tipo e servizi di ricambi a livello mondiale. Le aziende di servizi pubblici che si affidano a installazioni critiche, ma singolari, possono accettare il premio. Con installazioni ad alto volume dove è disponibile un servizio locale, le entità dalla Cina offrono l'equivalente dei test IEC 60076 a prezzi inferiori a 40-50%.
Jiangsu Subian Electric Power è un'azienda cinese che vende trasformatori immersi in olio con tensioni di 35kV da 3.15 MVA a 31.5 MVA, inclusi i modelli 35/10.5kV, 35/0.4kV e trasformatori a tre avvolgimenti secondo IEC 60076. Subian ha portato i suoi prodotti in Asia, Africa, Medio Oriente e Sud America per supportare le utility e i contraenti EPC con livelli di perdite sia standard che personalizzati insieme ai rispettivi rapporti di prova di accettazione in fabbrica. Subian è una buona scelta per i pianificatori di utility che necessitano dei loro trasformatori da 35kV rispettando il budget e in conformità con gli standard IEC. I dettagli del prodotto e i certificati sono su subian-electric.com.
Come reperire un trasformatore da 35kV
- Assicurati che la specifica elimini ambiguità. Fornisci dettagli sul rapporto di tensione, sulla potenza, sull'impedenza, sul gruppo vettoriale, sulla classe di perdita, sul livello di impulso, sull'intervallo di attacco, sul metodo di raffreddamento e sullo standard applicabile (IEC o IEEE). L'ambiguità punta all'offerta conforme più economica invece che alla migliore.
- Analizza il costo totale di proprietà. Tieni conto dell'impatto delle perdite a vuoto e a carico sulla tua tariffa e calcola per un periodo di 20-25 anni. Una differenza di 10 kW nelle perdite a vuoto si traduce in 7.000-8.700 annualmente basato su 0.08 a 0.1 per kWh.
- Fornisci i risultati dei test. Richiedi il rapporto sui test di routine per unità e il rapporto di test di tipo per il design (inclusi l'aumento di temperatura, l'impulso di fulmine, la resistenza al cortocircuito).
- Includi ispezioni di terze parti. In caso di ordini di esportazione, l'audit di fabbrica o il test di presenza in un punto critico è valutato all'1-2% dell'ordine e previene sorprese di qualità.
- Discuti la logistica. Un'unità da 10 MVA pesa circa 25 tonnellate e può essere trasportata su un camion standard, mentre un'unità da 31.5 MVA pesa circa 50-60 tonnellate e richiede un'indagine del percorso e una pianificazione della gru.
- Considera ricambi e servizio. Parla del relè Buchholz, delle guarnizioni, dei respiratori e dei contatti di ricambio per il cambiavalute durante il processo di ordinazione insieme all'impegno di servizio del produttore.
Operazione e cura
La vita utile di un trasformatore da 35kV è monitorata attraverso le seguenti quattro misure di manutenzione di routine:
- Analisi annuale dell'olio: DGA in conformità con IEC 60599 e resistenza dielettrica in conformità con IEC 60422 (>50 kV/2.5mm per questa classe in funzione) inclusi acqua, acidità e valutazione del tan delta.
- Ispezione visiva trimestrale: Controlla il gel di silice del respiratore, il livello dell'olio, le perdite, la corrosione e la gestione della vegetazione del radiatore e del serbatoio.
- Servizio del cambiavalute: Per aderire al programma di fabbricazione dell'OLTC. Nella maggior parte dei casi, dovrebbe essere intorno a 50.000-100.000 per i tipi di resistori immersi nell'olio in funzione.
- Monitoraggio della temperatura: Le temperature dell'olio superiore e degli avvolgimenti devono essere seguite in conformità con le curve di carico IEC 60076-7 e in caso di monitoraggio dei punti caldi.
L'implementazione di queste routine si dimostra capace di garantire che la vita progettuale di un trasformatore aumenti da 25 anni a oltre 30 anni. La maggior parte dei casi di guasto di trasformatori in servizio può essere spiegata da piccole variazioni che passano inosservate: aumento del rapporto di gas, diminuzione della resistenza dielettrica dell'olio o guarnizione che perde.
Domande frequenti
Quanto costa un trasformatore da 35kV?
Le unità di potenza 35/10.5kV costano in media 18.000–30.000 (3.15 MVA), 28.000–48.000 (10 MVA) e 65.000–110.000 (31.5 MVA) secondo il fornitore di prodotti di origine cinese. I prezzi dei prodotti dei produttori europei e giapponesi tendono ad essere superiori del 50-80% per la stessa potenza. Inoltre, il costo delle unità varia in base alle perdite, al tipo di cambiavalute o agli accessori.
Qual è l'impedenza standard per un trasformatore da 35/10.5kV?
Tipicamente 7-8%. Il valore preciso dipende dal livello di cortocircuito della rete e dalla capacità nominale dell'apparecchiatura di commutazione. Il valore standard è 7.5% per i trasformatori di distribuzione e 8% per i trasformatori di maggiore capacità, più/meno 7.5% secondo IEC 60076-1.
Un trasformatore da 35kV può essere utilizzato per sistemi da 33kV?
Non così com'è. Il design per alternatori da 35kV può quasi sempre essere ripristinato o ridisegnato per un livello da 33kV, ma ci sono differenze nei livelli di isolamento, nei test di impulso e nelle gamme di derivazione. 33kV è la norma nei paesi del Commonwealth e nel Golfo, mentre 35kV è la norma in Cina e in gran parte dell'Europa. Specifica sempre la tensione del tuo sistema e ottieni il design più appropriato.
Come faccio a sapere se ho bisogno di un cambiavalute sotto carico?
Se utilizzi una tensione di bus da 35kV o 10kV e intorno a ±2.5% sperimentata durante le operazioni normali — di solito nel caso di lunghi alimentatori, carichi industriali variabili e reti deboli — e devi pagare un extra per avere tali barre di bus, in tal caso, significa che l'OLTC può essere utile. Nei casi in cui non ci sono fluttuazioni nella corrente o nel carico, è sufficiente optare per derivazioni fisse con ±2 × 2.5%.
Qual è la durata tipica di un trasformatore da 35kV?
La manutenzione di routine varia da 25 a 35 anni. L'età dell'isolamento è influenzata dalla temperatura del punto caldo (ogni 6K sopra il design riduce approssimativamente la vita della carta della metà), dalla qualità dell'olio e dal modo di carico. I due fattori principali che influenzano l'aspettativa di vita sono il DGA annuale e il mantenimento del carico in conformità con le linee guida IEC 60076-7.
Riferimenti
- IEC 60076-1: Trasformatori di potenza – Generale — Valutazioni, derivazioni, aumento di temperatura e requisiti di test per trasformatori di potenza.
- IEC 60076-3: Livelli di isolamento, test dielettrici e distanze esterne in aria — Definisce il livello di impulso di 170 kVp per la classe da 35kV.
- IEC 60076-5: Capacità di resistere a cortocircuiti — Verifica del design per cortocircuito per trasformatori di potenza da 35kV.
- IEC 61936-1: Installazioni di potenza superiori a 1 kV a.c. — Requisiti di installazione per apparecchiature di sottostazione da 35kV.
- IEEE C57.12.00: Trasformatori di distribuzione e di potenza immersi in liquido — Requisiti nordamericani equivalenti a IEC 60076.
- Portafoglio di trasformatori Siemens Energy — Riferimento per le offerte di trasformatori da 35kV di grado utility.
- Sito ufficiale di Jiangsu Subian Electric Power — Gamma di prodotti di trasformatori immersi in olio da 35kV e dettagli di certificazione.
Conclusione
Il trasformatore immerso in olio da 35kV rappresenta il cuore della rete. È l'asset in cui si prendono decisioni sui costi, sulla protezione e sulla tensione e dove i guasti hanno effetti su migliaia di clienti. Specifiche corrette riguardo a un tale trasformatore come la sua valutazione, classe di perdita e impedenza diventerebbero la scelta ingegneristica più importante per un distributore.
Punti principali:
- 35kV rappresenta il punto di transizione tra le linee di trasmissione e la distribuzione finale dei costi e opera nell'area di centinaia di chilometri.
- A questo livello, le specifiche standard includono impulso di 170 kVp, 7-8% di impedenza, 65K di elevazione.
- Il prezzo approssimativo di un'unità cinese è $18000-110000 FOB a seconda della sua classe.
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