Инженеры, участвовавшие в тендерах на трансформаторы, подтвердят, каково это — сравнивать две заявки по внешнему виду, в то время как они абсолютно различны с точки зрения качества: класс стали сердечника, конструкция обмотки, зажимы и изоляция. Соединение дельта-звезда трансформатора — это лишь часть выполненной работы. Также важно, как он сконструирован. Настоящая статья объясняет все конструктивные особенности трансформаторов дельта-звезда, такие как компоновка сердечника и обмоток, расположение вводов, переключатели отводов, система охлаждения и конструкция бака, что позволяет получить представление о поданной заявке.
Ответ на этот вопрос следующий. Трансформатор дельта-звезда состоит из трех высоковольтных обмоток, соединенных в дельту, и трех низковольтных обмоток, соединенных в звезду, которые концентрически расположены вокруг ламинированного сердечника из кремнистой стали с направленной зернистостью. Трансформатор также включает одну нейтральную точку низкого напряжения, три высоковольтных ввода, четыре низковольтных клеммы, переключатель отводов вне цепи/под нагрузкой и систему охлаждения (масляный тип использует ONAN/ONAF, а сухой тип использует AN/AF). Лучшие характеристики конструкции включают плотное зажатие стыков сердечника, размеры опорной обмотки по оси и радиусу для короткозамыкательных сил, изоляцию, рассчитанную на BIL (импульсное напряжение молнии) требуемого класса напряжения, и процесс вакуумной сушки.
Обзор конструкции
Трансформатор дельта-звезда состоит из двух частей: активной части и части корпуса. Активная часть состоит из сборки сердечника и обмотки, которая состоит из трехлапого сердечника трансформатора (для более крупных энергетических приложений может потребоваться пятилапый трансформатор), а также трех высоковольтных обмоток, соединенных в дельту, и трех низковольтных обмоток, соединенных в звезду, вместе с переключателем отводов и изоляцией выводов. Корпус может быть выполнен либо из бака (в случае масляного трансформатора) с охлаждающими радиаторами или ребрами, вводами, системой сохранения масла и защитными устройствами, либо из вентилируемого корпуса с клеммами (в случае сухих трансформаторов). В масляных трансформаторах активная часть вакуумно сушится и пропитывается минеральным маслом, которое выполняет функции изоляции и охлаждения. В сухих трансформаторах обмотки вакуумно заливаются эпоксидной смолой, что полностью исключает использование масляной системы. Соединения дельта и звезда выполняются в трансформаторе, и снаружи видны только три высоковольтных ввода и либо три низковольтных клеммы с нейтралью, либо четыре низковольтных клеммы на стороне низкого напряжения.
| Компонент | Типичная конструкция | Функция |
|---|---|---|
| Сердечник | Ламинации GOES, стыки с косым срезом, ступенчатое сечение | Путь низких потерь потока |
| Низковольтная обмотка (звезда) | Медь, спиральная или многослойная обмотка, внутреннее положение | Переносит низковольтный ток, обеспечивает нейтраль |
| Высоковольтная обмотка (дельта) | Медь, многослойная или дисковая обмотка, внешнее положение | Переносит линейное напряжение, образует дельтовую петлю |
| Изоляционные барьеры | Целлюлозная бумага / эпоксидная смола, рассчитанная на BIL | Диэлектрическая прочность |
| Переключатель отводов | Вне цепи ±2×2.5%, или OLTC | Регулировка коэффициента трансформации |
| Бак / корпус | Сварная сталь, герметичный или консервационный (масло); вентилируемый корпус (сухой) | Защита, охлаждение, удержание масла |
Ядро: марка стали, соединения и зажимы
Наибольшим фактором, влияющим на потери мощности и уровень шума, является качество ядра. Современные ядра изготавливаются из кремнистой стали с направленной зернистостью (GOES) в таких марках, как 27ZH95 или 23ZH85, или также из аморфного металла для повышения эффективности. Марка показывает тип используемой стали и указывает на толщину стали и эффективность потерь, так как более низкое число означает меньшие потери на один килограмм. Листы имеют скошенные края, что снижает степень потерь и ток, создаваемый углами. Листы также должны быть собраны таким образом, чтобы напоминать круг, чтобы минимизировать занимаемую площадь при намотке. Заключительный этап — это обеспечение правильной фиксации ядра. Ядро может быть слишком свободным и создавать вибрации или слишком тугим, что может повредить изоляцию.
Обмотки: дельтовая и звездообразная схема
Обмотки располагаются в концентрических узорах на каждом из плеч: обмотки НН расположены ближе всего к ядру, в то время как обмотки ВН размещаются снаружи с изоляционными барьерами в осевом и радиальном направлениях в зависимости от класса напряжения. Обмотка НН, которая включает нейтраль и соединение звезды, обычно выполнена в спиральной или многослойной форме из меди (или алюминия в более дешевых моделях), в то время как обмотка ВН расположена в многослойной или дисковой форме из меди. Дельтовое соединение выполняется для соединения обмоток ВН. Петля является путем тока для третьей гармоники и нулевой последовательности тока. Соединение звезды соединяет три конца обмотки НН с общим нейтральным пунктом, подключенным к нейтральному клемму. Материал, используемый в обмотке, имеет значение, так как медь имеет меньшее сопротивление и лучшую прочность на короткое замыкание по сравнению с алюминием того же сечения, хотя стоимость на активную часть составляет на 10% до 20% больше.
Система изоляции и BIL
Изоляция позволяет аппарату выдерживать переключающие импульсы, напряжение сети и импульсы молнии. Маслоизолированные устройства используют целлюлозные бумаги, обернутые вокруг своих проводников в качестве барьеров; они пропитаны минеральным маслом. В отличие от этого, сухие устройства используют изоляционные материалы, изготовленные из стекла, пропитанного эпоксидной смолой, или слюды. Основной параметр изоляции называется BIL (базовый уровень изоляции), который представляет собой максимальное импульсное напряжение, необходимое для правильной работы машины. BIL зависит от классов напряжения: BIL для устройств, рассчитанных на работу при 12 кВ, равен 95 кВ, системы, рассчитанные на 24 кВ, требуют BIL не менее 125-170 кВ, в то время как BIL, необходимый для систем, рассчитанных на 36 кВ, может составлять от 170 кВ до 250 кВ. Расстояния между обмотками НН и ВН, расстояния пробега для вводов и изоляция на краях катушек соответствуют требованиям BIL. Однако аппараты, построенные с использованием низкокачественной изоляции, могут пройти рутинное испытание, хотя могут не пройти импульсное испытание, поэтому диэлектрические испытания, описанные в IEC 60076-3, включают импульсные испытания для всех устройств, которые могут выдерживать заданный уровень изоляции.
| Напряжение системы ВН | Типичное требование BIL | Типичное испытание на частоту сети |
|---|---|---|
| Класс 12 кВ | 95 кВ | 28 кВ |
| Класс 17,5 кВ | 125 кВ | 38 кВ |
| Класс 24 кВ | 125–170 кВ | 50 кВ |
| Класс 36 кВ | 170–250 кВ | 70 кВ |
| Класс 52 кВ | 250–325 кВ | 95 кВ |
Резервуар, вводы и клеммы
Маслонаполненный резервуар представляет собой металлический контейнер, который либо оснащен сварным элементом для сохранения и индикатором уровня жидкости, либо герметично запечатанным с газовым амортизатором. Резервуар имеет высоковольтные вводы, низковольтные вводы, переключатель отводов, индикатор температуры масла, предохранительный клапан, а также сливные и пробные клапаны. Стенки с рифлением в форме дротиков, добавленные радиаторы охлаждения и ребра используются для охлаждения масла. Правильная конструкция резервуара требует сварки критических швов по всей длине. Он должен быть пескоструйным и покрытым хорошим защитным покрытием. Наконец, резервуар должен быть протестирован на внутреннее давление, чтобы подтвердить его герметичность.
Переключатели отводов: вне цепи и под нагрузкой
Переключатель отводов изменяет соотношение витков для обработки колебаний напряжения в сети. Большинство распределительных трансформаторов дельта-вайе оснащены переключателем отводов вне цепи с +/-2 x 2.5% отводами, который можно использовать только при выключенном трансформаторе. Это устройство представляет собой простой и надежный механизм с четкими отметками различных положений. Более крупные трансформаторы или те, которые работают в нестабильных сетях, оснащены переключателем отводов под нагрузкой (OLTC), который изменяет отвод под нагрузкой, работая через дуговую камеру в масле (в случае масляных единиц). Этот механизм гораздо более сложный и обычно увеличивает цену на 10-25% и требует некоторого обслуживания. В системах дельта-вайе отводы обычно соединены с высоковольтной дельтовой обмоткой, которая имеет меньший ток и более мягкий режим переключения.
Проектирование системы охлаждения
Количество тока, которое устройство может переносить, не превышая допустимые пределы температуры, зависит от охлаждения. Устройства с масляным охлаждением используют метод ONAN, при котором охлаждающее масло циркулирует естественной конвекцией через ребра или лопасти. При превышении определенного уровня нагрузки используется принудительное охлаждение (называемое ONAF). Этот метод позволяет достичь 20-33 %. Повышение температуры такого оборудования рассчитано на уровне около 60-65 K при рабочей температуре окружающей среды 40°C. Для сухих устройств охлаждение осуществляется либо естественным воздухом (AN), либо принудительным воздухом (AF), где поддерживается определенный температурный класс, обеспечивающий охлаждение.
| Класс охлаждения | Описание | Эффект от мощности | Типичное использование |
|---|---|---|---|
| ОНАН | Масляное погружение, естественная конвекция | Номинальная мощность | Стандартное распределение |
| ОНАФ | Масляное погружение, принудительные вентиляторы | +20–33% | Высокий коэффициент нагрузки, горячие места |
| ОФАФ | Принудительное масло и воздух | +40–60% | Более высокие мощности |
| АН | Сухой тип, естественный воздух | Номинальная мощность | Внутренние установки |
| АФ | Сухой тип, принудительный воздух | +20–30% | Внутренние пиковые нагрузки |
Как конструкция влияет на производительность и надежность
| Особенность конструкции | Влияние на производительность |
|---|---|
| Ядро из высококачественного GOES, скошенные соединения | Более низкие потери в холостом режиме и ток намагничивания |
| Медь в обмотках, правильный размер проводника | Более низкие потери нагрузки, лучшая прочность на короткое замыкание |
| Плотное радиальное и осевое крепление | Выдерживает силы короткого замыкания без перемещения обмоток |
| Правильные зазоры изоляции и сушка | Проходит импульсные испытания, отсутствие частичных разрядов в эксплуатации |
| Вакуумная сушка и пропитка маслом | Удаляет влагу, продлевает срок службы изоляции |
| Защита от коррозии на баке | Долгий срок службы в прибрежной и промышленной атмосфере |
Установка схемы подтверждается в ходе испытаний — соотношение, векторная группа, а также фазовое смещение демонстрируют правильность схемы соединения дельта-вайе. Однако эффективность в течение длительного времени является результатом прочной конструкции схемы: работа в коротком замыкании вызывает удар короткого замыкания, который в сотни раз сильнее веса обмоток, и только правильное крепление позволяет продолжать использование трансформатора после возникновения неисправности.
Как оценить качество строительства при покупке
- Запрос о типе сердечника и гарантированных измерениях потерь в холостом режиме на основе испытательного отчета для проверки с тендерными ценами.
- Изучите тип проводящего материала. Независимо от того, используется ли медь или алюминий, это влияет на потери, номинальные значения короткого замыкания и затраты на эксплуатацию; поэтому вам нужно знать сечение проводника и плотность тока.
- Убедитесь, что проектирование на стойкость к короткому замыканию соответствует IEC 60076-5, с расчетами или результатами испытаний для указанных аварийных ситуаций.
- Проверьте уровень изоляции. Подтвердите, что BIL соответствует вашему классу напряжения и что импульсные испытания включены в испытания конструкции.
- Проверьте чертежи конфигураций обмоток, усиления, конструкции бака и расположения вводов в компоновке оборудования перед производством.
- Убедитесь, что вы видели испытания. Для проектов высокой важности запросите наблюдаемые рутинные испытания или инспекцию третьей стороны – готовность подрядчика, что посылает сигнал о качестве.
Топовые бренды и ценовые категории
| Бренд | Страна | Прочность конструкции | Ориентировочный диапазон цен (US$) |
|---|---|---|---|
| ABB | Швейцария/Швеция | Отработанная конструкция, полный объем испытаний | $4,000–$60,000 |
| Сименс | Германия | Конструкция, соответствующая требованиям IEC | $3,500–$55,000 |
| Schneider Electric | Франция | Опыт в производстве сухих трансформаторов с литой смолой | $3,000–$45,000 |
| Hitachi Energy | Швейцария | Активные части промышленного класса | $4,500–$70,000 |
| Итон | США | Конструкции для североамериканского рынка | $2,500–$42,000 |
| Jiangsu Subian Electric Power | Китай | Прозрачная конструкция, индивидуальные исполнения | $3,000–$45,000 |
Цены ориентировочны и зависят от номиналов распределения, класса сердечника, проводника, BIL и комплектующих. ABB, Siemens, Schneider Electric, Hitachi Energy и Eaton задают эталон в конструкции и предоставляют качественные чертежи и процедуры испытаний. Jiangsu Subian Electric Power Co., Ltd обслуживает покупателей, которым требуется тот же метод конструкции по более низкой цене — трансформаторы с соединением треугольник-звезда, изготовленные согласно спецификациям IEC 60076 с использованием высококачественных ориентированных зернистых сердечников, медной обмотки, косых стыков и проходящие полный заводской контроль, включающий рутинные испытания, такие как проверка коэффициента трансформации, группы соединений, сопротивления, потерь, диэлектрических характеристик, а также возможность организации испытаний или инспекций с участием третьей стороны. Subian предоставляет ценные чертежи и протоколы испытаний с подробным анализом качества конструкции, что необходимо заказчику для сравнения китайского производителя с европейским. Ознакомьтесь с производственными возможностями на сайте Subian Electric.
Часто задаваемые вопросы
Почему в сердечниках трансформаторов используется ориентированная зернистая кремнистая сталь?
Обработка ориентированной стали обеспечивает первоклассные магнитные свойства в одном направлении — направлении прокатки. При проектировании трансформаторов инженеры ориентируют ламели так, чтобы поток магнитного поля был перпендикулярен этому направлению, что приводит к значительному снижению намагничивающего тока и потерь холостого хода по сравнению с использованием неориентированной стали. Правильно выполненные косые стыки и плотное зажатие способствуют повышению эффективности и снижению шума.
Как физически выглядит конструкция Dyn11?
Три высоковольтные обмотки расположены внутри бака в замкнутом треугольнике, а три низковольтные обмотки имеют общий нейтральный вывод, который выводится наружу, образуя четвертый вывод. При внешнем осмотре обмоток видно три высоковольтных вводных изолятора и четыре низковольтных клеммы (три линии и нейтраль). Порядок намотки для каждой фазы — НН-обмотка внутренняя, ВН-обмотка наружная, переключатель отводов расположен на стороне ВН.
Трансформаторы с соединением треугольник-звезда бывают масляными или сухими?
Оба варианта. Наружные распределительные подстанции используют масляные трансформаторы из-за их прочности и эффективности, тогда как для внутренних, подземных и пожароопасных помещений предпочтительны сухие трансформаторы с литой смолой. Электрическое соединение треугольник-звезда сохраняется в обоих случаях, за исключением систем изоляции и охлаждения.
В чем разница между медными и алюминиевыми обмотками в конструкции?
Медь имеет более низкое сопротивление и более высокую механическую прочность по сравнению с алюминием, таким образом, устройство с медной обмоткой имеет меньшие потери и оптимальную способность к короткому замыканию при одинаковом номинале мощности. Активная часть такой машины стоит примерно на 10%–20% больше. Алюминий в основном используется по бюджетным причинам в распределительных машинах, которые обычно подвергаются строгому контролю с точки зрения их первоначальной стоимости.
Может ли Subian предоставить чертежи конструкции до заказа?
Да. Jiangsu Subian Electric Power предлагает чертежи расположения элементов, схемы подключения, а также соответствующую информацию о ключевых компонентах в рамках своего технического предложения, в то время как окончательные производственные чертежи также могут быть проверены перед производством. В случае важных проектов компания может организовать предварительные обзоры проектирования и совместные испытания.
Ссылки
- IEC 60076-1 — Силовые трансформаторы: Общие сведения — регулирующий стандарт для оценки, потерь и требований к конструкции.
- IEC 60076-3 — Уровни изоляции и диэлектрические испытания — определяет требования к BIL и диэлектрическим испытаниям по классу напряжения.
- IEC 60076-5 — Способность выдерживать короткое замыкание — стандарт для проверки способности конструкции обмотки к короткому замыканию.
- NEMA TP-1 — Энергоэффективность для распределительных трансформаторов — эталон эффективности, связанный с качеством конструкции сердечника.
- Hitachi Energy — Продукты трансформаторов — справочная документация по конструкции и испытаниям от ведущего производителя.
- UL 1561 — Стандарт безопасности для трансформаторов сухого типа — стандарт безопасности, относящийся к конструкции из литого смолы.
Заключение
В соответствии с конструктивными особенностями трансформаторов дельта-вай, именно конструктивные особенности такого трансформатора, включая марку стали сердечника, скошенные соединения, проводник обмотки и его расположение, зазоры изоляции, крепления, бак, переключатель отводов и охлаждение, чаще всего определяют такие характеристики, как эффективность, шум, устойчивость к неисправностям и срок службы трансформатора, а не табличка с данными. При чтении тендера с учетом этих параметров и входе в процесс тендерования, предложения становятся сопоставимыми не по цене, а по достоинствам. Необходимо следовать принципу запроса доказательств испытаний IEC 60076 и, если необходимо, свидетеля испытания. Трансформаторы дельта-вай от Jiangsu Subian Electric Power изготовлены из прозрачных материалов и соответствуют всем стандартам. Просмотрите чертежи конструкции и данные испытаний с командой через официальный сайт прежде чем вы примете решение о вашем следующем проекте.