Распределительный трансформатор - Википедия - Distribution transformer

Однофазный распределительный трансформатор в Канаде
Трехфазный распределительный трансформатор в Сирии

А распределительный трансформатор или же сервисный трансформатор это трансформатор что обеспечивает окончательный Напряжение трансформация в распределение электроэнергии система, понижающая напряжение, используемое в распределительных линиях, до уровня, используемого потребителем. [1]Изобретение практичного эффективного трансформатора сделало возможным распределение мощности переменного тока; система с использованием распределительных трансформаторов была продемонстрирована еще в 1882 году.

Если установлен на столб, они называются полюсные трансформаторы. Если распределительные линии расположены на уровне земли или под землей, распределительные трансформаторы монтируются на бетонных площадках и запираются в стальных ящиках, что называется распределительным краном. трансформаторы для монтажа на площадках.

Распределительные трансформаторы обычно имеют номиналы менее 200 кВА,[2] хотя некоторые национальные стандарты могут позволять описывать блоки мощностью до 5000 кВА как распределительные трансформаторы. Поскольку распределительные трансформаторы находятся под напряжением 24 часа в сутки (даже если они не несут никакой нагрузки), снижение железные потери играет важную роль в их дизайне. Поскольку они обычно не работают при полной нагрузке, они рассчитаны на максимальную эффективность при более низких нагрузках. Чтобы повысить эффективность, регулирование напряжения в этих трансформаторах должно быть сведено к минимуму. Следовательно, они предназначены для небольших реактивное сопротивление утечки.[3]

Типы

Распределительные трансформаторы классифицируются по различным категориям на основе таких факторов, как:

  • Место установки - столб, площадка, подземный свод.
  • Тип изоляции - жидкостная или сухая.
  • Количество фаз - однофазное или трехфазное
  • Класс напряжения
  • Базовый уровень импульсной изоляции (BIL).
Два трехфазных трансформатора в Венгрии

Использовать

Распределительные трансформаторы обычно располагаются в прекращение обслуживания, где провода проходят от опоры электросети или подземных линий электропередач до помещения потребителя. Их часто используют для электроснабжения объектов вне населенных пунктов, таких как изолированные дома, подворья или насосные станции в напряжения ниже 30 кВ. Другое применение - питание воздушной линии электропередачи. железнодорожные пути электрифицирован с AC. В этом случае используются однофазные распределительные трансформаторы.[4]

Количество потребителей, получающих питание от одного распределительного трансформатора, варьируется в зависимости от количества потребителей в районе. В городских условиях от одного трансформатора могут питаться несколько домов. Для распределения электроэнергии в сельской местности на каждого потребителя может потребоваться один трансформатор, в зависимости от напряжения сети. Большой коммерческий или промышленный комплекс будет иметь несколько распределительных трансформаторов. В городских районах и районах, где основные распределительные линии проходят под землей, Padmount трансформаторы, трансформаторы в закрытых металлических корпусах, смонтированных на бетонной площадке. Во многих крупных зданиях есть электроснабжение от первичного распределительного напряжения. В подвале этих зданий есть трансформаторы, принадлежащие заказчику, для понижающих нагрузок.[4]

Распределительные трансформаторы также встречаются в коллекторных сетях ветряные электростанции, где они увеличивают мощность от каждой ветряной турбины для подключения к подстанции, которая может находиться на расстоянии нескольких миль (километров).[5]

Подключения

Междуфазный трансформатор в Великобритании
Первичная линия справа по направлению к передней и вторичная линии сзади этого однофазного трансформатора

Трансформаторы, устанавливаемые на столб и на площадку, преобразуют высокое «первичное» напряжение воздушных или подземных распределительных линий в более низкое «вторичное» или «рабочее» напряжение внутри здания. В первичных распределительных проводах используются трехфазный система. Главные распределительные линии всегда имеют три «горячих» провода плюс дополнительную нейтраль. В североамериканской системе, где однофазные трансформаторы подключаются только к одному фазному проводу, меньшие «боковые» линии, ответвляющиеся на боковых дорогах, могут включать только один или два «горячих» фазных провода. (Когда имеется только один фазный провод, нейтраль всегда будет использоваться в качестве обратного пути.) Первичные цепи обеспечивают питание при стандартных напряжениях распределения, используемых в данной области; они варьируются от 2,3 кВ до примерно 35 кВ в зависимости от местной практики и стандартов распределения; часто используются 11 кВ (системы 50 Гц) и 13,8 кВ (системы 60 Гц), но часто встречаются и другие напряжения. Например, в Соединенные Штаты, 12,47 кВ является наиболее распространенным. Напряжение между фазой и нейтралью составляет 7,2 кВ, что ровно в 30 раз превышает 240 В на двухфазный вторичная сторона.

Начальный

Первичные обмотки высокого напряжения выведены на втулки в верхней части корпуса.

  • Однофазные трансформаторы, обычно используемые в системах Северной Америки, прикрепляются к воздушным распределительным проводам с помощью двух различных типов соединений:
    • Звезда - в схеме распределения звездой используется трансформатор «звезда» или «фаза-нейтраль». Однофазный трансформатор типа звезда обычно имеет только один ввод наверху, подключенный к одной из трех первичных фаз. Другой конец первичной обмотки подключен к корпусу трансформатора, который подключен к нейтральному проводу звездообразной системы, а также заземленный. Система распределения "звезда" предпочтительна, потому что трансформаторы представляют несимметричные нагрузки на линии, которые вызывают токи в нейтральном проводе и затем заземляются. Но в системе распределения треугольником несбалансированные нагрузки могут вызвать колебания напряжений на трехфазных проводах.
    • Дельта - В схеме распределения треугольника используется трансформатор «треугольник» или «фаза-фаза». Однофазный трансформатор, соединенный треугольником, имеет две втулки, подключенные к двум из трех первичных проводов, поэтому первичная обмотка видит межфазное напряжение. Это позволяет избежать возврата первичного тока через нейтраль, которая должна быть надежно заземлена, чтобы поддерживать ее напряжение около потенциала земли. Так как нейтраль также предоставляется клиентам, это большое преимущество в безопасности в засушливых районах, таких как Калифорния, где проводимость почвы низкая. Главный недостаток - более высокая стоимость, например, из-за необходимости как минимум двух изолированных проводов «горячей» фазы даже в ответвленной цепи. Еще один меньший недостаток заключается в том, что если только одна из первичных фаз отключена выше по потоку, она останется под напряжением, поскольку трансформаторы пытаются вернуть ток через нее. Это может быть опасно для линейных рабочих.
  • Трансформаторы, обеспечивающие трехфазное вторичное питание, которые используются для бытовых нужд в европейской системе, имеют три первичные обмотки, прикрепленные ко всем трем первичным фазным проводам. Обмотки почти всегда соединены по схеме «звезда», причем концы трех обмоток соединены и заземлены.

Трансформатор всегда подключается к первичным распределительным линиям через защитные предохранители и отключить переключатели. Для трансформаторов, установленных на опоре, это обычно 'плавленый вырез '. При электрической неисправности плавится предохранитель, и устройство открывается, чтобы визуально указать на неисправность. Его также можно открыть вручную, когда линия находится под напряжением. линейные рабочие используя изолированные горячие палочки. В некоторых случаях используются полностью самозащищенные трансформаторы, которые имеют автоматический выключатель встроенный, поэтому плавкий вырез не нужен.

Вторичный

«Блок трансформаторов», широко используемый в Северной Америке: три однофазных трансформатора, соединенные для создания трехфазного трансформатора.

Вторичные обмотки низкого напряжения подключаются к трем или четырем выводам на стороне трансформатора.

  • В жилых домах и на малых предприятиях в Северной Америке второстепенным чаще всего является двухфазный Система 120/240 вольт. Вторичная обмотка 240 В имеет центральный отвод, а центральный нейтральный провод заземлен, в результате чего два концевых проводника «нагреваются» относительно центрального отвода и не совпадают по фазе на 180 градусов друг с другом. Эти три провода спускаются вниз по сервисной линии к электросчетчику и сервисная панель внутри здания. Подключение нагрузки между горячим проводом и нейтралью дает 120 вольт, которые используются для цепей освещения. Соединение между обоими горячими проводами дает 240 вольт, что используется для больших приборов, таких как печи и сушилки для одежды.
  • В Европе и странах, использующих эту систему, вторичным часто является трехфазная система 400Y / 230. Имеются три вторичные обмотки 230 В, каждая из которых получает питание от первичной обмотки, подключенной к одной из первичных фаз. Один конец каждой вторичной обмотки подключен к «нейтральному» проводу, который заземлен. Другой конец 3 вторичных обмоток, вместе с нейтралью, выведен на служебную панель. Нагрузки 230 В подключаются между любым из трех фазных проводов и нейтралью. Поскольку фазы расположены под углом 120 градусов относительно друг друга, напряжение между любыми двумя фазами составляет sqrt (3) * 230 В = 400 В по сравнению с 2 * 120 В = 240 В в североамериканской системе с разделением фаз.

В коммерческих и промышленных целях иногда требуются более высокие вторичные напряжения, например 480 вольт. Некоторым промышленным клиентам требуется трехфазное питание при вторичных напряжениях. Для этого можно использовать трехфазные трансформаторы. В США, где используются в основном однофазные трансформаторы, три идентичных однофазных трансформатора часто подключаются друг к другу. трансформаторный банк по схеме «звезда» или «треугольник» для создания трехфазного трансформатора.

Строительство

Трехфазный распределительный трансформатор с масляным охлаждением, аналогичный изображенному на фотографии выше, без корпуса, показывающий конструкцию.
Распределительные подстанции внутри небольшого здания в форме башни распространены в Европе. Возле Еленя-Гура, Польша

Распределительные трансформаторы состоят из магнитный сердечник сделан из расслоения листа кремнистая сталь (трансформаторная сталь ) сложены и склеены вместе смолой или связаны вместе стальными лентами, с обмоткой первичной и вторичной проволоки, намотанной вокруг них. Эта основная конструкция предназначена для уменьшения потери в сердечнике, рассеяние магнитной энергии в виде тепла в сердечнике, что является экономически важной причиной потерь мощности в электрических сетях. Основные потери вызваны двумя эффектами; потеря гистерезиса в стали, и вихревые токи. Кремниевая сталь имеет низкую потеря гистерезиса, а ламинированная конструкция предотвращает вихревые токи от протекания в сердечнике, которое рассеивает мощность в сопротивлении стали. КПД типичных распределительных трансформаторов составляет от 98 до 99 процентов.[6][7] Там, где большое количество трансформаторов изготавливается по стандартной конструкции, производство С-образного сердечника с намоткой является экономичным. Стальная полоса оборачивается вокруг каркаса, прижимается к ней и разрезается на две С-образные половины, которые повторно собираются на медных обмотках.[8]

Первичные катушки намотаны из эмалевого покрытия. медь или алюминиевый провод, а вторичные обмотки высокого и низкого напряжения намотаны толстой лентой из алюминий или медь. Обмотки изолированы пропитанной смолой бумагой. Вся сборка запекается для отверждения смолы, а затем погружается в покрытый порошком стальной бак, который затем заполняется трансформаторное масло (или другая изолирующая жидкость), инертная и непроводящая. Трансформаторное масло охлаждает и изолирует обмотки, а также защищает обмотку трансформатора от влаги, которая будет плавать по поверхности масла. Резервуар временно вакуумируется во время производства, чтобы удалить оставшуюся влагу, которая может вызвать искрение, и герметизируется от погодных условий с помощью прокладки наверху.

Раньше распределительные трансформаторы для внутреннего использования заполнялись полихлорированный бифенил (ПХБ) жидкость. Поскольку эти химические вещества присутствуют в окружающей среде и оказывают вредное воздействие на животных, они были запрещены. Другие огнестойкие жидкости, такие как силиконы используются там, где трансформатор, заполненный жидкостью, должен использоваться в помещении. Некоторые растительные масла применялись в качестве трансформаторного масла; они обладают преимуществом высокой температуры возгорания и полностью биоразлагаемы в окружающей среде.[9]

Трансформаторы на столбах часто включают в себя такие аксессуары, как разрядники для защиты от перенапряжений или плавкие вставки. Самозащищенный трансформатор включает в себя внутренний предохранитель и разрядник для защиты от перенапряжения; у других трансформаторов эти компоненты устанавливаются отдельно вне резервуара.[10] Трансформаторы на столбах могут иметь проушины, позволяющие устанавливать их непосредственно на столб, или могут быть установлены на траверсах, прикрепленных к столбу болтами. Воздушные трансформаторы мощностью более 75 кВА могут быть установлены на платформе, поддерживаемой одним или несколькими полюсами.[11] Трехфазная сеть может использовать три идентичных трансформатора, по одному на фазу.

Трансформаторы, предназначенные для подземной установки, могут быть рассчитаны на периодическое погружение в воду.[12]

Распределительные трансформаторы могут включать в себя устройство РПН, позволяющее незначительно регулировать соотношение между первичным и вторичным напряжением, чтобы довести напряжение потребителя до желаемого диапазона на длинных или сильно нагруженных линиях.

Трансформаторы, монтируемые на площадках, имеют надежно запертые и заземленные на болтах металлические корпуса для предотвращения несанкционированного доступа к внутренним частям под напряжением. Корпус может также включать предохранители, разъединители, вводы отключения нагрузки и другие аксессуары, как описано в технических стандартах. Трансформаторы, устанавливаемые на площадку для распределительных систем, обычно варьируются от 100 до 2000 кВА, хотя также используются некоторые более крупные блоки.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Харлоу 2012, п. 3-4.
  2. ^ Бакши 2009, п. 1-24.
  3. ^ Бакши 2009, п. 1-25.
  4. ^ а б Харлоу 2012, п. 3-17.
  5. ^ Харлоу 2012, п. 3-10.
  6. ^ De Keulenaer et al. 2001 г.
  7. ^ Кубо, Т .; Sachs, H .; Надель, С. (2001). Возможности внедрения новых стандартов эффективности бытовой техники и оборудования. Американский совет по энергоэффективной экономике. п. 39, рис. 1. Получено 21 июня, 2009.
  8. ^ Харлоу 2012, п. 3-3.
  9. ^ Харлоу 2012, п. 3-5.
  10. ^ Пансини 2005, п. 63.
  11. ^ Пансини 2005, п. 61.
  12. ^ Харлоу 2012, п. 3-9.

Библиография

  • Бакши, V.B.U.A. (2009). Трансформаторы и индукционные машины. Технические публикации. ISBN  9788184313802. Получено 2014-01-14.CS1 maint: ref = harv (связь)
  • Харлоу, Джеймс Х. (2012). Электрические силовые трансформаторы, третье издание, том 2. CRC Press. ISBN  143985629X.
  • Пансини, Энтони Дж. (2005). Руководство по системам распределения электроэнергии. Fairmont Press, Inc. ISBN  088173506X.