Смотря на счет за электроэнергию и запись надежности производства, инженер объектов оказался в ситуации, когда завод работает круглосуточно, потребляя пиковую мощность 1,8 МВт и страдая от трех потерь производства (из-за отключений при низком напряжении) в этом финансовом году. Энергетическая компания предлагает выделенное питание от сети 33 кВ, что потребует установки трансформатора на входе. Один из торговых представителей заявил, что трансформатор мощностью 2000 кВА должен удовлетворять потребностям завода. Инженер понимает, что “должен” не означает правильно подобрать трансформатор, и неправильное потребление кВА приведет к долгосрочным расходам, а неправильное соотношение напряжения нейтрализует любые преимущества предложенной установки трансформатора. Таким образом, ей требуется система для выбора правильного масляного трансформатора.
Этот справочник для покупателей служит необходимой системой. Он проводит через серию из восьми решений, которые определяют процесс выбора трансформатора, такие как выбор кВА, определение соотношения напряжения, параметры и характеристики трансформатора, диапазон отводов, уровень потерь и многие другие с соответствующими числами и стандартами.
Вкратце, при выборе масляного трансформатора в игру вступают восемь важных переменных: (1) размер кВА должен учитывать максимальные пики плюс запас 15–25 процентов; (2) соотношения напряжений должны соответствовать линии поставщика услуг и завода; (3) импеданс часто находится в диапазоне 4,5–8 процентов в зависимости от класса и координации уровня короткого замыкания; (4) векторные группы должны быть синхронизированы с заземлением системы и углом фазы; (5) диапазон отводов устанавливается на ±2 раза 2,5 процента вне цепи для стабильных сетей или ±8 раз 1,25 процента в цепи для слабых сетей; (6) класс потерь трансформатора устанавливается в соответствии с GB 20052 или EU Ecodesign, основываясь на потерях; (7) охлаждение должно быть выбрано между ONAN или ONAF в зависимости от коэффициента нагрузки; и (8) дополнительное оборудование включает реле Бухгольца, PRD, монитор температуры и вибротермометр.
Содержание
- Решение 1: Определение мощности кВА
- Решение 2: Соотношение напряжения и отводы
- Решение 3: Импеданс
- Решение 4: Векторная группа
- Решение 5: Выбор переключателя отводов
- Решение 6: Класс потерь и эффективность
- Решение 7: Режим охлаждения
- Решение 8: Аксессуары и защита
- Метод выбора в шесть шагов
- Рекомендации по брендам и ценам
- Часто задаваемые вопросы
- Ссылки
- Заключение
Решение 1: Определение мощности кВА
Решение, которое определяет все остальные, — это определение размера, потому что каждое последующее решение принимается в контексте диапазона мощности. Правильный подход:
- Определите или оцените пиковый спрос. Используйте данные измерений за один год (например, исследование нагрузки) или, если объект новый, определите подключенную нагрузку и примените коэффициент разнообразия (475 для коммерческой нагрузки и 0,5-0,8 для промышленной нагрузки).
- Преобразуйте в кВА. кВА = кВт/коэффициент мощности. Для коэффициента мощности, равного 0,9, пиковый спрос 1,8 МВт преобразуется в 2000 кВА; при коэффициенте мощности 0,8 — в 2250 кВА.
- Всегда используйте фактический или прогнозируемый коэффициент мощности, а не 1,0.
- Введите запас роста. Добавьте 15-25% для роста нагрузки в течение планового горизонта 5-10 лет. Например, 2,000 kVA становится 2,300-2,500 kVA.
- Округлите до стандартного номинала. Стандартные приросты kVA в этом диапазоне составляют 1600/2000/2500 и 3150.
| Вычисленный kVA (исследование нагрузки) | Стандартный номинал для заказа | Типичное применение |
|---|---|---|
| До 400 kVA | 400 / 500 кВА | Малый коммерческий, деревни |
| 400–800 кВА | 630 / 800 / 1,000 кВА | Фабрики, торговые центры |
| 800–1,300 кВА | 1,000 / 1,250 / 1,600 кВА | Средняя промышленность |
| 1,300–2,200 кВА | 2,000 / 2,500 кВА | Крупные заводы, кампусы |
| Более 2,200 kVA | 3,150 kVA и выше | Подстанции, тяжелая промышленность |
Выберите ближайший подходящий номинал, который превышает вычисленное значение. В данном случае предполагаемое значение составило 2,500 kVA.
Две распространенные ошибки при выборе размеров могут быть дорогостоящими. Избыточный размер (например, использование устройства на 3,150 kVA для необходимого 2,000 kVA) приводит к ненужным расходам из-за потерь без нагрузки на протяжении всего срока службы устройства – потери без нагрузки устройства на 3,150 kVA (примерно 4.4) составляют $3100 в год при $0.08 за кВтч. Недостаточный размер вызывает перегрузку, приводит к старению изоляторов и вызывает отключения в пиковые моменты. Правильный размер определяется исследованием нагрузки, а не округленным числом от дилера.
Решение 2: Соотношение напряжения и отводы
Соотношение напряжений должно быть одинаковым на обоих концах системы: напряжение от коммунального предприятия и напряжение в шине. Наиболее распространенные пары приведены ниже:
| Напряжение питания | Шина со стороны нагрузки | Типичное устройство |
|---|---|---|
| 33 кВ | 11 кВ | 33/11 кВ распределение |
| 35 кВ | 5 кВ | 35/10.5 кВ мощность |
| 22 кВ | 11 кВ | 22/11 кВ распределение |
| 11 кВ | 4 кВ | 11/0.4 кВ на столбе или на платформе |
| 6 / 6.3 кВ | 4 кВ | 3/0.4 кВ промышленный |
Диапазон отводов определяется на стороне высокого напряжения и компенсирует как изменение напряжения коммунального предприятия, так и падение напряжения от трансформатора. Случай, когда напряжение питания постоянно с точностью ±2.5%, может быть выполнен с использованием отводов вне цепи с положением ±2 × 2.5%. В ситуациях, когда питание слабое и/или нагрузка изменяется, переключатель отводов под нагрузкой с регулированием ±8 × 1.25% поддерживает необходимый контроль. С экономической точки зрения, OLTC увеличивает стоимость трансформатора на 15-30%, что оправдано только при фактических изменениях напряжения.
Решение 3: Импеданс
Коэффициент импеданса (напряжение короткого замыкания, UK%) определяет два фактора, которые могут конфликтовать друг с другом: характеристики регулирования напряжения и ток короткого замыкания. Более низкое ухудшение связано с более сильным регулированием, но в то же время приводит к большему току короткого замыкания. С другой стороны, чем выше импеданс, тем меньше будет ток короткого замыкания, но падение напряжения будет больше. Общее правило – реализовать трансформатор, совместимый с защитным и переключающим оборудованием, уже находящимся в эксплуатации:
- Трансформаторы распределения (≤1,000 кВА): 4 – 4.5% является нормой;
- Трансформаторы среднего размера (1,6 – 10 МВА): 6% – 8% является средним значением; 7.5% является распространенной спецификацией;
- Тяжелые трансформаторы (>10 МВА): 8% – 14%, чем выше мощность, тем выше импеданс.
Неправильный импеданс может быть опасен для координации. Если выбранный импеданс слишком мал, трансформатор будет обеспечивать ток короткого замыкания, который превысит возможности автоматического выключателя.
Решение 4: Векторная группа
Определение векторной группы охватывает конфигурацию обмоток и фазовый сдвиг трансформатора, а также его конфигурацию заземления и требования к параллельной работе. Две из самых распространенных векторных групп, используемых в масляных трансформаторах, это:
- Dyn11: дельтовая конфигурация на высоком уровне и звездообразная конфигурация на низком уровне (с нейтральным выводом от трансформатора). Эта векторная группа обычно используется для распределительных трансформаторов (например, 11/0.4 кВ), работающих в однофазных или трехфазных цепях.
- YNd11: звездообразная конфигурация на высоком уровне (с нейтральным выводом от трансформатора) и дельтовая конфигурация на низком уровне. Эта векторная группа распространена для силовых трансформаторов (например, 35/10.5 кВ), питающих заземленную сторону через нейтраль трансформатора.
Важность векторной группы становится очевидной при параллельном соединении двух или более единиц. Два трансформатора, подключенные к одной шине, должны иметь одинаковый угол фазового сдвига, а также соответствующие импедансы, равные ±7.5%. Если векторные группы различаются, то возникают циркулирующие токи, вызывающие перегрев трансформаторов, что является дорогостоящей проблемой, которую можно избежать, проверив табличку с данными.
Решение 5: Выбор переключателя отводов
По мнению экспертов, переключатель отводов является единственной подвижной частью трансформатора. Решение о выборе отводов связано с надежностью.
| Тип | Типичный диапазон | Операция | Влияние на стоимость | Обслуживание |
|---|---|---|---|---|
| Вне цепи (DETC) | ±2 × 2.5% | Только без напряжения | Базовый уровень | Никаких дополнительных проверок |
| Под нагрузкой (OLTC), масляный резистор | ±8 × 1.25% или ±6 × 1.67% | Под нагрузкой | +15–30% | 50,000–100,000 операций |
| OLTC, вакуумный тип | ±8 × 1.25% | Под нагрузкой | +20–35% | 150,000–200,000 операций |
Если источник питания стабилен и нагрузка постоянна, можно использовать отводы вне цепи. Если требуется регулирование под нагрузкой, источник питания должен варьироваться более чем на ±2.5% в случае, если нагрузка нестабильна или процесс не может функционировать из-за событий пониженного напряжения. Разница в цене ($6,000-12,000) для 10 МВА единицы кажется незначительной по сравнению с потерями, вызванными длительным случаем пониженного напряжения.
Решение 6: Класс потерь и эффективность
Большинство затрат на жизненный цикл оцениваются в категории потерь. Два измерения потерь, которые обычно используются, это потери без нагрузки (P0, продолжающиеся весь день) и потери под нагрузкой (Pk, зависящие от квадрата коэффициента нагрузки). Следуйте рекомендациям:
- Соблюдайте применимые стандарты: проверьте GB 20052-2020 в Китае, Регламент ЕС по экодизайну 548/2014 в Европе и U.S. DOE 10 CFR Part 431, так как они имеют предельный лимит для потерь, что очень полезно.
- Оцените разницу: Каждый кВт P0 будет стоить тариф × 8,760 ч × срок проекта. Каждый кВт Pk будет стоить тариф × 8,760 ч × (средний коэффициент нагрузки)² × срок проекта.
- Выберите класс низких потерь в случае высокого коэффициента нагрузки: При значениях P0 60-70% ниже при использовании трансформатора с аморфным сердечником инвестиции могут окупиться в течение 6-12 лет и продолжат приносить прибыль.
Некоторые статистические данные по блоку 1,000 kVA: Технология низких потерь имеет примерно на 1.1 кВт ниже P0, чем S11, что составляет около $770/год при $0.08/кВтч, $19,000 к оплате в течение 25 лет против $3,000-$6,000 к оплате изначально.
| Коэффициент нагрузки | Потребление без нагрузки S11 (1,000 kVA) | Потребление без нагрузки аморфного типа | Годовая экономия @ $0.08/кВтч |
|---|---|---|---|
| 3 (легкий) | 7 кВт | 6 кВт | $770 |
| 6 (средний) | 7 кВт | 6 кВт | $770 |
| 9 (тяжелый / 24/7) | 7 кВт | 6 кВт | $770 |
Потребление без нагрузки остается аналогичным независимо от коэффициента нагрузки. Это означает, что экономия остается постоянной. Высокие часы работы обеспечивают быструю окупаемость инвестиций в безжалостный Premium.
Решение 7: Режим охлаждения
При переводе трансформатора в режим охлаждения он определит тепловой предел и допустимую перегрузку. Следующее указывает на текущие стандарты и их интерпретации:
- ONAN: Масло и воздух используются естественным образом для охлаждения трансформатора. Это самый базовый тип охлаждения, самый простой, тихий и без каких-либо компонентов, подверженных сбоям.
- ONAF: В дополнение к маслу добавляются вентиляторы для охлаждения. Это увеличивает мощность на 20-30 процентов с использованием вентиляторов, что подходит только для перегрузок или прерывистых нагрузок.
- OFAF/ODAF: Метод принудительного охлаждения с использованием вентиляторов для самых больших трансформаторов – когда тепло не может быть удалено с помощью естественного конвекционного охлаждения.
Если ваш коэффициент нагрузки меньше примерно 0.8 и у вас всего несколько пиков – выберите ONAN. Если вы ожидаете частые краткосрочные перегрузки – выберите ONAN/ONAF: в таком случае ваш распределительный трансформатор на 1,000 kVA может достичь 1,250 kVA с помощью вентиляторов. Убедитесь, что карта перегрузки проверяется в соответствии с IEC 60076-7.
| Режим охлаждения | Базовая мощность | Запас по краткосрочной перегрузке | Оборудование |
|---|---|---|---|
| ОНАН | 100% (табличка) | Обычно 120–130% на 1–2 ч по IEC 60076-7 | Радиаторы только |
| ОНАН/ОНАФ | 100% с выключенными вентиляторами | +20–30% с включенными вентиляторами | Радиаторы + вентиляторы |
| OFAF / ODAF | Рейтинг принудительного охлаждения | Ограничено горячей точкой обмотки | Насосы + вентиляторы |
Решение 8: Аксессуары и защита
Список аксессуаров краток, он обязателен для обслуживания и часто является самым важным моментом, чтобы отличить инцидент от катастрофы:
- Реле Бухгольца (газовое): медленное газовое оповещение и быстрое отключение при всплеске масла для устройств типа консерватор мощностью более ~1 МВА. Подключите его и проведите испытания.
- Устройство сброса давления: освобождает бак от внутреннего давления; подберите его в соответствии с устройством.
- Индикаторы температуры масла и обмотки: с сигнализациями и отключениями, установленными в соответствии с бюджетом повышения 65K.
- Уровнемер масла: низкий уровень открывает обмотки; проверяйте его во время квартальной проверки.
- Силикагельный воздухоотводчик: осушает воздух, который попадает в консерватор; замените силикагель, если он уже розовый.
- Содержимое масла: бунт или яма, размером, чтобы вмещать полный объем масла, как предписано IEC 61936-1 и местными нормами.
Ни один из этих предметов не стоит много по сравнению с устройством, и вместе они превращают масляный трансформатор из угрозы пожара в управляемый актив. Запланируйте 1–3% от цены единицы для всего комплекта защиты.
Метод выбора в шесть шагов
- Исследование нагрузки: максимальная кВт, коэффициент мощности, коэффициент нагрузки, план роста → потенциальные кВА.
- Координация напряжения: напряжение питания, напряжение шины, заземление, требования к соединению → соотношение и группа фаз.
- Исследование неисправностей: короткое замыкание, рейтинги распределительных устройств → беспомощность.
- Решение по качеству напряжения: стабильность питания и волатильность нагрузки → тип и диапазон переключателей отводов.
- Оценка потерь: тариф и коэффициент нагрузки → тип потерь (S11, S13, аморфные или регулируемые потери).
- Оборудование и система охлаждения: план перегрузки, безопасность, стратегия сдерживания → окончательная конфигурация.
Убедитесь, что вы выполняете все эти шаги в порядке, и вы напишете спецификацию. Главный обходной путь — запрос цен до фактического выполнения шагов 1-4 — является причиной многих неудачных покупок, потому что это дает всю власть тем, кто первым отвечает на письмо.
Рекомендации по брендам и ценам
| Бренд | Происхождение | 1,000 кВА | 2,500 кВА | 10 МВА |
|---|---|---|---|---|
| Hitachi Energy | Япония/Глобальный | $22,000–$34,000 | $38,000–$55,000 | $55,000–$82,000 |
| ABB | Швейцария/Глобально | 1ТП4Т20,000–1ТП4Т31,000 | $35,000–$52,000 | $52,000–$78,000 |
| Siemens Energy | Германия/Глобально | 1ТП4Т21,000–1ТП4Т32,000 | $36,000–$53,000 | $50,000–$75,000 |
| Schneider Electric | Франция/Глобально | 1ТП4Т19,000–1ТП4Т29,000 | $33,000–$48,000 | $48,000–$72,000 |
| Jiangsu Subian Electric Power | Китай | $14,000–$22,000 | $22,000–$34,000 | $28,000–$48,000 |
Глобальные корпорации предоставляют решения с специализированным инженерным опытом, опытом полевых испытаний и глобальными сервисными возможностями, в то время как офшорные производители предлагают продукцию, соответствующую IEC, по очень конкурентоспособным ценам. После оценки рисков обслуживание расходов надежно для важных предметов, в то время как альтернатива по снижению затрат для массового производства обычно осуществима.
Jiangsu Subian Electric Co. Ltd — китайский производитель масляных насосов, производящий распределительные трансформаторы и силовые трансформаторы с номинальным напряжением 35–110 кВ в соответствии со спецификациями IEC 60076. Технические отчеты каждого устройства, соответствие стандартам GB 20052 и способность регулирования напряжения без нагрузки являются частью опыта, приобретенного компанией. Подробности о продукте и сертификаты находятся на subian-electric.com.
Часто задаваемые вопросы
Как мне рассчитать необходимую мощность в кВА?
kVA = максимальная kW / коэффициент мощности, плюс 15-25 процентов запасного роста, округленного до стандартного значения. Например, 1.8 МВт при коэффициенте мощности 90 процентов равняется 2,000 kVA; с 25 процентами запаса роста равняется 2,500 kVA. Когда это возможно, используйте измеренные пиковые данные; для новых объектов суммируйте подключенную нагрузку и используйте коэффициент разнообразия, который варьируется от 0.3 до 0.8, в зависимости от типа объекта.
Какое соотношение напряжения мне выбрать?
Убедитесь, что рабочее напряжение вашего шины на стороне низкого напряжения соответствует напряжениям коммунальных служб на стороне высокого напряжения, например, 33/11 кВ или 35/10.5 кВ или 22/11 кВ или 11/0.4 кВ. Получите подтверждение рабочего напряжения в письменной форме от коммунальной компании перед размещением заказа; обратите внимание, что переход с системы напряжения 33 кВ на систему напряжения 35 кВ не является простой задачей и требует переработки.
Нужен ли мне переключатель с нагрузкой?
Это применимо только в том случае, если ваше напряжение действительно колеблется. Если коммунальная служба поддерживает стабильность в пределах ± 2.5 процентов, и ваша нагрузка постоянна, отключенные от цепи отводы на ± 2 по 2.5 процента являются достаточными. С другой стороны, если сеть слабая, колебания нагрузки довольно большие, или ваш процесс чувствителен к недонапряжению, дополнительные расходы на OLTC в размере 15-30 процентов окупаются за счет одной предотвращенной потери производства.
Сколько стоит правильный трансформатор?
В общем, по данным поставщика, цены составляют FOB $6,000 до $16,000 за трансформатор 500 kVA, $14,000 до $34,000 за трансформатор 1,000 kVA, $22,000 до $55,000 за трансформатор 2,500 kVA и, наконец, $28,000 до $82,000 за 10 MVA, в зависимости от типа, производителя и размера трансформатора. Транспортные, монтажные и гражданские работы варьируются от 15 до 40%, в зависимости от местоположения.
В чем разница между Dyn11 и YNd11?
Стандартная комбинация для распределительных устройств, которые обеспечивают однофазные и трехфазные нагрузки с нейтралью, это Dyn11. Для силовых трансформаторов 35/10.5 кВ применяется комбинация YNd11, так как высоковольтная сторона соединена с землей через нейтраль трансформатора. Выбор типа соединения зависит от схемы заземления и требований к параллельной работе.
Ссылки
- IEC 60076-1: Силовые трансформаторы – Общие сведения — Рейтинги, отводы, допустимые значения импеданса и правила повышения температуры для решений по выбору в этом руководстве.
- IEC 60076-5: Способность выдерживать короткое замыкание — Основы координации короткого замыкания для выбора импеданса.
- IEC 60076-3: Уровни изоляции и диэлектрические испытания — Уровни импульсов по классу напряжения, указанные в спецификации.
- Регламент ЕС по экодизайну 548/2014 (с изменениями 2019/1783) — Эталоны потерь для европейских покупателей.
- Стандарты эффективности распределительных трансформаторов Министерства энергетики США — Минимальные базовые уровни эффективности для покупателей из США.
- IEEE C57.12.00: Жидкостные распределительные и силовые трансформаторы — Соответствующие требования Северной Америки для сравнения выбора.
- Официальный сайт Jiangsu Subian Electric Power — Ассортимент трансформаторов с масляным погружением, классы эффективности и документация по сертификации.
Заключение
Масляный трансформатор требует ввода восьми различных входных требований, вместо всего лишь одного входа с точки зрения стоимости. Если он правильно подобран, согласован с другими компонентами и специфицирован, ваш трансформатор станет и останется тихим активом на протяжении примерно 25 лет. Если эти шаги будут проигнорированы и в этом процессе будет проявлена спешка, трансформатор станет постоянной головной болью. Следующие ключевые моменты, которые вы должны учитывать при спецификации вашего масляного трансформатора:
- Начните с соответствующего исследования нагрузки и оставьте запас 15-25%; калькулятор размера трансформатора kVA является лишь первым шагом в определении необходимого kVA трансформатора.
- Убедитесь, что вы знаете соотношение, импеданс и характеристики векторной группы вашего трансформатора, прежде чем приглашать предложения.
- Вы должны покупать OLTC только для поддержания переменного уровня напряжения; OLTC увеличивает стоимость трансформатора на 15-30%.
- Реальные затраты должны рассчитываться на основе потерь мощности в трансформаторах; обычно трансформатор с низкими потерями окупается с течением времени.