Когда вы спрашиваете пятерых инженеров о различии между силовым трансформатором и распределительным трансформатором, вы получаете пять разных ответов. В одном проекте, например, трансформатор мощностью 2,500 кВА, установленный на площадке, будет называться распределительным трансформатором, в то время как в другом проекте то же самое оборудование будет относиться к категории маломощных трансформаторов. Эта статья рассмотрит определения в стандартах, практические последствия этих определений и как определить категорию, к которой относится данный трансформатор, исходя из его таблички, класса охлаждения или изображения установки.
В двух словах: силовой трансформатор передает ток высокой мощности с уровня передачи на уровень подпереводки; его стандартные уровни напряжения начинаются с 33 кВ и выше с уровнем мощности от 500 кВА до сотен МВА, а его конструкция работает на максимальной мощности, пропуская нагрузку 90-100%. Напротив, распределительный трансформатор преобразует напряжение с среднего на низкое в диапазоне от 35 кВА до 500 кВА с первичным напряжением 11 кВ до 35 кВ и вторичным напряжением трансформатора около 230-480 В, а его работа основана на уровнях нагрузки от 50% до 75%, поскольку нагрузка не постоянна. Компания Subian производит масляные трансформаторы распределительного класса и сухие трансформаторы, поэтому ее ассортимент в основном состоит из трансформаторов распределительного класса.
Самый ясный способ их различить: позиция в цепи
Забудьте на секунду о табличке и сосредоточьтесь на местоположении устройства. Генераторное устройство поднимается до уровня напряжения передачи на генераторной станции. Устройство передачи осуществляет это напряжение по всей стране. Затем подпереводка и первичное распределение поэтапно снижают его. Трансформатор, который отвечает за последнее снижение – тот, который подает питание в здание или на улицу – является распределительным трансформатором независимо от его кВА.
Все, что происходит до последнего снижения, начиная с генераторного повышающего устройства до подстанции соединения, является силовым трансформатором. У него нет прямой связи с каким-либо потребителем. Свет не уменьшается для одного человека, когда включается силовой трансформатор; однако для целого региона он уменьшается. Этот единственный факт о его связи с конечными пользователями объясняет почти каждое отклонение в проектировании от рабочего цикла до важности, придаваемой размеру устройства.
Напряжение и мощность: где отрасль проводит черту
IEEE 141 описывает традиционное разделение мощности. Согласно ему, мощность для распределительного типа находится в диапазоне от 3 до 500 кВА, в то время как силовой тип охватывает все мощности, начиная с 500 кВА. Аналогично, стандарт IEEE C57.12.00, который устанавливает общие требования для трансформаторов с жидким погружением, имеет то же демаркационное значение для типа трансформаторов. Это означает, что это остается принятым стандартом, но среди производителей и компаний, выполняющих фактическую работу в поле, есть небольшие отклонения от него.
| Параметр | Энергетический трансформатор | Распределительный трансформатор |
|---|---|---|
| Первичное напряжение | 33 кВ до 765 кВ | 11-35 кВ (классы США 15 / 25 / 35 кВ) |
| Вторичное напряжение | 33 кВ до 220 кВ на узлах передачи | 230-480 В (480/277 В, 208/120 В, 400/230 В) |
| Номинальная мощность | Выше 500 кВА; обычно 5-500 МВА | 3-500 кВА по IEEE 141; до 2500 кВА на практике |
| Класс напряжения | ВН и ВВН | Основное MV, вторичное LV |
| Где это находится | Генерирующие станции, подстанции передачи, соединения | Опоры, площадки, камеры, электрические помещения внутри зданий |
| Для кого это предназначено | Сети и коммунальные услуги | Конечные пользователи, здания, легкая промышленность |
В этой области категория напряжения рассматривается как самый надежный инструмент идентификации. Если вторичное напряжение, используемое в работе, попадает в диапазоны рабочего напряжения, мы имеем дело с распределительным трансформатором. Напротив, если оба обмотки работают на уровне передачи, мы имеем дело с силовым трансформатором, даже если чертежи могут указывать на его очень маленький размер.
Рабочий цикл и эффективность: разница, которая на самом деле стоит денег
Люди почти полностью недооценивают важность потерь железа и меди. Потери железа (вхолостую) происходят непрерывно 24 часа в сутки, а потери меди (нагрузочные) зависят от квадрата тока мгновенно. Силовые трансформаторы работают очень близко к своим номинальным характеристикам непрерывно, поэтому проектировщик приравнивает потери меди и железа при максимальной нагрузке и делает плотность магнитного потока достаточно высокой, чтобы уменьшить сердечник. Распределительные трансформаторы работают непрерывно, но обеспечивают энергию только в часы пик, поэтому проектировщик работает над минимизацией потерь железа и принимает тот факт, что потери меди будут преобладать при максимальной нагрузке. Эффективность распределительного трансформатора составляет около 50%-75%.
В результате обычная эффективность, рассчитанная на основе полной нагрузки, совершенно неверна для распределительного устройства. Эффективность в течение всего дня, рассчитанная как общее количество энергии, выработанной за 24 часа, деленное на общее количество энергии, потребленной трансформатором, является лучшим вариантом для этой ситуации. Трансформатор на 100 кВА, который имеет 300 Вт потерь железа и 1200 Вт потерь меди при полной нагрузке, может продемонстрировать 98.7% эффективности в течение всего дня, несмотря на колебания мгновенной эффективности.
Вот почему мощность и ее правильный размер имеют первостепенное значение на стороне распределения, чем обычно ожидается. Если устройство слишком велико, потери железа действуют на устройство, которое никогда не работает. Если трансформатор слишком мал, потери меди приносят штрафы каждую пиковую нагрузку. Профиль нагрузки, а не только пиковый спрос, должен определять выбор кВА, и правильный расчет нагрузки обычно приведет к меньшему устройству, чем предполагает подключенная нагрузка.
Различия в дизайне, которые вы можете увидеть и измерить
При подходе к трансформатору можно увидеть множество элементов дизайна. Силовые трансформаторы представляют собой большие контейнеры, заполненные маслом, оснащенные консерваторами, радиаторами, воздухоотводчиками и иногда несколькими методами охлаждения, начиная с естественного охлаждения, известного как ONAN, и переходя к ONAF, OFAF или OFWF в зависимости от нагрузки и окружающей температуры. Какую из этих двух семейств вы в конечном итоге получите, часто решается тем, где находится устройство, а не нагрузкой, потому что трансформаторы с масляным погружением и сухие трансформаторы имеют совершенно разные обязательства по противопожарной безопасности и обслуживанию.
| Аспект дизайна | Энергетический трансформатор | Распределительный трансформатор |
|---|---|---|
| Класс охлаждения | ONAN / ONAF / OFAF / OFWF, иногда вода | ONAN или сухой тип (AN/AF) |
| Плотность потока | Более высокая, работающая близко к колену кривой B-H | Более низкая, торгуемая против эффективности на протяжении всего дня |
| Переключатель отводов | Переключатель обмотки под нагрузкой (OLTC) обычен, часто ±8 шагов или более | Переключатель обмотки вне цепи (OCTC), обычно ±2 × 2.5% |
| Импеданс (%Z) | Выбран для координации аварий и стабильности сети, часто 8-20% | Выбран для ограничения токов короткого замыкания и контроля падения напряжения, обычно 2.5-7.5% |
| Защита | Дифференциальная защита, реле Бухгольца, DGA, интеграция SCADA | ВВ предохранители, ограничители перенапряжения, датчик температуры, периодическое удаленное наблюдение |
| Масса | Десятки до сотен тонн на постоянных фундаментах | Устанавливаемые на столбах или подушках, иногда менее 100 кг для сухих типов |
| Типичный срок службы | 25-40 лет | 15-25 лет |
Первая из этих строк касается переключателя обмотки: OLTC означает, что трансформатор может контролировать напряжение во время работы, что полезно, если устройство необходимо для контроля профиля напряжения во всей области. Для распределительного трансформатора он будет установлен при вводе в эксплуатацию и затем забыт, поскольку никто не захочет отключать соседство только для того, чтобы отрегулировать переключатель во время пиковых нагрузок. Следующая строка обсуждает импеданс. Его значение выбирается так, чтобы ток короткого замыкания, достигающий оборудования обслуживания клиента, был ограничен. Это также причина, по которой %Z для 500 кВА обычно ниже, чем для трансформатора той же мощности.
Типы и подклассы с каждой стороны
Ни одна из категорий не является монолитной, и подклассы говорят вам, для чего предназначен блок, прежде чем вы прочитаете хотя бы одно значение. Установленные на подушках и сухие распределительный трансформатор Конфигурации составляют подавляющее большинство промышленных и коммерческих запросов, поэтому это две строки, которые стоит знать хорошо.
| Класс | Общие типы | Типичное использование |
|---|---|---|
| Мощность | Повышающий трансформатор генератора (GSU) | Повышает выход генератора до напряжения передачи |
| Автотрансформатор передачи | Соединяет два уровня напряжения передачи | |
| Трансформатор подстанции / системы | Понижает напряжение передачи до под-передачи | |
| Распределение | Установленный на столбах (воздушный) | Жилые районы с воздушными линиями; IEEE C57.12.20 |
| Установленные на площадке | Пригородное и коммерческое подземное распределение; IEEE C57.12.34 | |
| Погружной / в подвале | Городское подземное, подверженное затоплению | |
| Сухой тип | Для внутреннего использования — больницы, центры обработки данных, электрические комнаты многоэтажных зданий |
Ряд сухих типов также важен. Во-первых, нет масла, которое могло бы загореться, и не требуется обустройство бунтов, что делает сухие распределительные трансформаторы лучшими кандидатами для внутреннего использования, где трансформатор с жидким наполнителем должен соответствовать правилам противопожарного разделения. Однако недостатком является уровень шума и тот факт, что сухие трансформаторы в основном предназначены для более низких значений в том же пространстве. Поэтому обычно это строительный кодекс, а не инженер, который решает установить сухой трансформатор вместо трансформатора с жидким наполнителем.
Стандарты и испытания: что меняется с классом
Классы имеют одинаковые корни, хотя их содержание различается. IEEE C57.12.00 касается основных требований к жидким трансформаторам. IEEE C57.12.10 предназначен для силовых трансформаторов, в то время как IEEE C57.12.20 предназначен для воздушных трансформаторов, а IEEE C57.12.34 предназначен для трансформаторов, установленных на подушках. На международном уровне роль этих документов выполняет IEC 60076, а стандарты ANSI/IEEE применяются в случае участия американских коммунальных служб.
Существуют два регуляторных действия, которые могут быть предприняты в отношении распределительного оборудования, которые очень редко рассматриваются в спецификации трансформатора #. Первое — это регулирование энергоэффективности; в США действуют правила энергоэффективности DOE для распределительного оборудования, и причина в том, что необходимо указать испытанные потери в режиме холостого хода и под нагрузкой с соответствующими допусками. Эта формулировка превращает лист спецификации трансформатора в контрактный документ, а не в брошюру, и гарантированные показатели потерь — это то, с чем сравниваются результаты заводских испытаний. Еще одним преимуществом является то, что производство распределительных устройств осуществляется оптом, так что они подлежат одному и тому же соблюдению для всех применений, в отличие от необходимости проходить различные проверки на месте. Это приводит к тому, что гораздо важнее получить сертификат испытаний, чем получить маркетинговую брошюру.
Какой бы тип вы ни покупали, вам необходимо запросить список рутинных испытаний в соответствии со спецификациями: параметры соотношения и фазовых отношений, импеданс короткого замыкания (измерение импеданса), потери в холостом режиме, потери при нагрузке и значения сопротивления изоляции. Запросите актуальный сертификат рутинных испытаний, который соответствует серийному номеру, а не отчет о типовых испытаниях, выданный для семейства продуктов.
Где граница действительно размыта
Вот три момента, которые делают линию 500 кВА запутанной для людей, занимающихся производственной поддержкой.
Во-первых, крупная распределительная сеть. Коммунальные службы заказывают трансформаторы мощностью 1,000, 1,500 или 2,500 кВА для любого распределительного питающего устройства. По определению IEEE 141 эти устройства классифицируются как силовые трансформаторы, но их функциональные, установленные мощности и проектные намерения должны указывать на то, что они принадлежат к категории распределительных трансформаторов. Говоря в общем, можно сказать, что практика в США больше ориентирована на функциональность, чем на классификацию.
Во-вторых, повышающие трансформаторы на генерационных установках. Например, трансформатор мощностью 1,500 кВА, который повышает напряжение с 480 В до 13.8 кВ на солнечной станции, может быть как силовым, так и распределительным трансформатором. Все зависит от спецификации, сделанной заказчиком, относительно необходимых эксплуатационных характеристик устройства, включая класс охлаждения, наличие переключателя отводов, уровень импеданса и т.д.
В-третьих, векторные группы и соединение. Как только вы параллелите трансформаторы, совместимость векторных групп становится определяющим ограничением независимо от класса, поэтому два устройства с аналогичными характеристиками из разных классов могут быть электрически несовместимыми, в то время как два устройства из разных десятилетий могут работать параллельно. Если вы ошибетесь с векторной группой, циркулирующий ток это обнаружит, поэтому это вопрос конфигурации, а не класса.
Какой из них вам действительно нужен?
Начните с требований нагрузки. Если вторичное напряжение соответствует тому, что используется оборудованием, вам нужно использовать распределительный трансформатор, что означает, что процесс его выбора будет простым расчетом на основе профиля нагрузки, где через кВА можно оценить пик нагрузки, будущий рост нагрузки и выбрать систему охлаждения и решение для монтажа. Если на обоих сторонах трансформатора напряжение соответствует текущему напряжению, то трансформатор считается силовым, потому что основное назначение устройства — соединение систем, а не выполнение своей функции в соответствии с нагрузкой. Это означает, что процесс спецификации будет зависеть от уровня короткого замыкания и импеданса.
Существует две основные ошибки, которые обычно совершаются при покупке трансформатора: первая — это покупка недостаточно мощного трансформатора, который не может обслуживать пиковые нагрузки, а вторая — это покупка устройства по спецификациям силового трансформатора, когда на самом деле возможно купить распределительный трансформатор, который также покроет нагрузку.
Проблему можно избежать, проведя тщательное исследование перед принятием каких-либо решений о покупке.
Subian производит ряд продуктов в сегменте распределительного оборудования, таких как распределительные трансформаторы, измерительные трансформаторы и системы нейтрального заземления. Компания не имеет в наличии силовых трансформаторов, и мы проинформируем клиентов об этом в случае проекта, который требует одного. В случае необходимости создания профиля нагрузки мы выполним это требование вместе с необходимыми результатами тестов.
Часто задаваемые вопросы
Каковы четыре основных типа трансформаторов?
Существует четыре известных категории трансформаторов, основанных на их рабочем принципе. Классификация, более полезная для покупателей, сегментирует трансформаторы на силовые трансформаторы, распределительные трансформаторы, измерительные трансформаторы (токовые и напряженческие) и сухие трансформаторы. В большинстве случаев промышленные проекты включают использование не силовых трансформаторов, а последних трех типов трансформаторов.
Какова цель распределительного трансформатора?
Этот этап выполняет последнюю стадию снижения напряжения перед тем, как электричество достигнет конечного пользователя, так как он понижает среднее напряжение от распределителя до рабочего напряжения, такого как 480/277 В, 208/120 В или 400/230 В. Поскольку он напрямую соединяется с нагрузками, он спроектирован так, чтобы быть эффективным в любой точке кривой нагрузки, которая варьируется от нескольких процентов до полной мощности каждый день.
В чем разница между трансформатором и источником питания?
Трансформатор изменяет переменное напряжение (AC), полагаясь только на электромагнитную индукцию; он не делает ничего другого, так как трансформаторы не обеспечивают регулируемый выход или выпрямленное электричество, что только приводит к измененному переменному напряжению. Источник питания использует трансформатор или переключающую стадию вместе с компонентами, ответственными за процессы выпрямления, фильтрации и регулирования; таким образом, он способен генерировать электричество необходимого качества, чтобы обеспечить постоянный входной сигнал для электроники.
Каковы различные типы распределительных трансформаторов?
Воздушные устройства предназначены для установки на столбах, типы с установкой на подставках используются в подземных распределениях, типы в подземных хранилищах или погружные могут быть использованы для указанных целей, а сухие типы могут использоваться в помещениях. Другим аспектом является то, что все эти категории имеют однофазные и трехфазные типы. Предпочтительный тип установки часто определяется местоположением, спецификациями и требованиями к устройству, а также практиками местной коммунальной службы.
Может ли распределительный трансформатор использоваться как силовой трансформатор?
Не безопасно при движении назад. Распределительное устройство не предназначено для напряжений, токов короткого замыкания и непрерывной нагрузки, применяемых в трансмиссионных установках. Ошибка в проектировании приведет к аварийной ситуации, когда оно будет использовано здесь, так как импедансы и настройки защиты других элементов будут недействительными.
Всегда ли у силового трансформатора есть OLTC?
В общем, однако не всегда. Переключение отводов под нагрузкой распространено, так как силовые трансформаторы часто регулируют напряжение всего сетевого комплекса. Некоторые соединительные и подъемные генераторные установки используют переключатели отводов вне цепи или фиксированные коэффициенты в сочетании с дополнительным регулированием, что делает спецификации OEM единственным надежным источником информации.
Ссылки
- IEEE — C57.12.00 Общие требования к распределительным, силовым и регулирующим трансформаторам, погруженным в жидкость
- IEEE — C57.12.20 Распределительные трансформаторы overhead-type
- IEEE — C57.12.34 Распределительные трансформаторы типа pad-mounted compartmental
- IEEE — IEEE 141 Рекомендуемая практика для распределения электрической энергии на промышленных предприятиях
- IEC — IEC 60076 Серия силовых трансформаторов
- Министерство энергетики США — Стандарты энергосбережения для распределительных трансформаторов
- UL Solutions — Справочник по списку и сертификации трансформаторов
Заключение
Упрощенная интерпретация указывает на то, что: Трансформатор передачи соединяет системы на уровнях напряжения передачи и предназначен для непрерывного использования на полной мощности; Распределительный трансформатор завершает окончательное снижение напряжения перед распределением и разработан для разнообразного использования; Хотя размер предоставляет неплохое руководство на уровне 500 кВА, на практике наилучшими ориентирами являются категория напряжения и рабочие циклы.
В большинстве случаев, однако, реальная работа пользователей происходит на стороне распределения, где решаются вопросы соответствия трансформатора профилю нагрузки, охлаждения и установки, а также проверки потерь в соответствии с установленными требованиями к эффективности. Если вы имеете дело с проектом мощностью 1,000-2,500 кВА, который пересекает границу между двумя категориями, убедитесь, что спецификация написана в соответствии с функцией, а не типом, и требуйте сертификат регулярного тестирования перед выпуском оборудования с завода.