Cиловые трансформаторы с симметрирующим устройством ТМГсу Минского электротехнического завода им. В.И.Козлова

ТМГ с симметрирующим устройством ТМГсу
Одной из главных задач электроснабжения является обеспечение качества выходных напряжений распределительных трансформаторов, удовлетворяющих требования ГОСТ 13109-87 при всевозможных нормальных режимах их работы, а также решение этой задачи с минимальными издержками.
В четырехпроводных электрических сетях 0,38 кВ России и других стран СНГ в основном используются трансформаторы со схемой соединения обмоток "звезда-звезда-нуль" (У/Ун). Однако, эти самые дешевые в изготовлении трансформаторы в эксплуатации экономичны лишь при симметричной нагрузке фаз. Реально в сетях с большим удельным весом однофазных нагрузок равномерность их подключения во времени пофазно нарушается и потери электрической энергии в таких трансформаторах резко возрастают. На рисунке 1 показаны зависимости потерь короткого замыкания Рк трансформатора ТМ 100/10 при различных схемах соединения обмоток от величины тока в нулевом проводе, при Ib =Ic = Iн и Ia = 0- Iн. Из рисунка следует, что в трансформаторах У/Ун с увеличением тока Iнб резко растут потери Рк.

Этот рост обусловлен появлением потоков нулевой последовательности (Ф0) в магнитных системах трехфазных трансформаторов У/Ун, создаваемых токами небаланса Iнб ( равных 3 I0), протекающих в нулевом проводе сети. Ф0 носят характер потоков рассеяния, аналогичных потокам короткого замыкания Фкз, но по величине они значительно больше, о чем, в частности, позволяют судить соотношения полных сопротивлений Z0 и Zкз. Экспериментальные данные показывают, что Z0 больше Zкз в 5 - 8, а для некоторых конструкций трансформаторов - в 12 и более раз.
Неизбежным последствием неравномерности нагрузки фаз в сетях с трансформаторами У/Ун является резкое искажение системы фазных напряжений (на практике это называют смещением нулевой точки). Как следствие - увеличение потерь также и в линиях 0,38 кВ.
Искажение фазных напряжений в реальных условиях эксплуатации нередко вызывает такое их отклонение уже на низковольтных вводах трансформатора, которое значительно превышает нормы ГОСТ на качество электроэнергии. В конце линий, по данным исследований, это отклонение напряжений приблизительно в два раза выше. При указанном качестве питания токоприемников, повышение в них потерь электроэнергии и отказы в работе, в том числе у бытовых приборов (холодильников и т.п.), вполне естественно. К сожалению, до настоящего времени целенаправленных работ по данным вопросам проводилось недостаточно, однако, как показывает практика, экономический урон от искажения напряжений у токоприемников огромен.
Завышение установленной мощности трансформаторов У/Ун, сверх требуемой по расчету (для понижения несимметрии напряжения), дает незначительный эффект, зато повышение потерь электроэнергии в сети дает значительное.
Кроме того токи нулевой последовательности, при несимметрии нагрузки, в магнитной системе трансформатора У/Ун создают потоки нулевой последовательности, которые замыкаясь через его бак, дно, крышку разогревают их, ухудшая охлаждение активной части. Это повышает температуру изоляции обмоток сверх нормы и трансформатор, при суммарной нагрузке ниже номинальной, оказывается перегруженным. Такое положение объективно вызывает необходимость в увеличении номинальной мощности трансформатора на одну, а иной раз на две ступени больше необходимой (расчетной) со всеми вытекающими последствиями.
Для устранения указанных недостатков кафедрой электроснабжения сельского хозяйства БАТУ, Минским электротехническим заводом им. В.И. Козлова и Минскэнерго разработано специальное новое симметрирующее устройство (СУ), которое является неотъемлемой частью трансформатора со схемой У/Ун.
Симметрирующее устройство представляет собой отдельную обмотку, уложенную в виде бандажа поверх обмоток высшего напряжения трансформатора со схемой соединения обмоток У/Ун. Обмотка симметрирующего устройства рассчитана на длительное по ней протекание номинального тока трансформатора, т.е. на полную номинальную однофазную нагрузку.
Обмотка симметрирующего устройства включена в рассечку нулевого провода трансформатора из расчета того, что при несимметричной нагрузке и появлении тока в нулевом проводе трансформатора, а также связанного с ним потока нулевой последовательности, поток, создаваемый симметрирующим устройством равный по величине и направленный в противоположном направлении, компенсирует действие потока нулевой последовательности, предотвращая этим самым перекос фазных напряжений.
Схема подсоединения обмотки симметрирующего устройства (СУ) к обмоткам НН:

Трансформаторы с СУ улучшают работу защиты, повышают безопасность электрической сети. В них резко снижено разрушающее воздействие на обмотки токов при однофазных коротких замыканиях.
СУ значительно улучшает синусоидальность напряжения при наличии в сети нелинейных нагрузок, что крайне важно при питании многих чувствительных приборов, например, эвм, автоматики, телевизоров.
Энергетические характеристики трансформаторов (потери короткого замыкания, холостого хода и др.) от наложения симметрирующего устройства практически не меняются, но при этом значительно сокращаются потери электроэнергии в сети. Система же фазных напряжений при неравномерной нагрузке фаз симметрируется приблизительно как при схеме соединения обмоток У/Zн.

Трансформаторы в среднем работают около 40 лет, отсюда не трудно определить прибыль предприятия, установившего в сетях 0,38 кВ с несимметричной нагрузкой фаз трансформаторы со схемой соединения обмоток У/Ун с СУ.
Использование в электрических сетях 0,38 кВ с несимметричной нагрузкой фаз трансформаторов ТМ и ТМГ со схемой У/Ун с СУ мощностью от 25 до 250 кВА, выпуск которых осуществляется на МЭТЗ им. В.И. Козлова, позволяет получить значительный экономический эффект только за счет сокращения ничем не оправданных потерь электроэнергии в линиях и трансформаторах.
Трансформаторы с симметрирующим устройством мощностью от 63 до 250 кВА разработаны и выпускаются в герметичном исполнении (типа ТМГ).
Внутренний объем таких трансформаторов не имеет сообщения с окружающей средой, они полностью заполнены маслом. Расширитель и воздушная или газовая «подушка» отсутствуют. Это значительно улучшает условия работы масла, исключает его увлажнение, окисление и шламообразование. Трансформаторное масло перед заливкой в трансформатор дегазируется. Благодаря этому масло своих свойств, практически не меняет в течение всего срока службы трансформатора, поэтому производить отбор пробы масла не требуется.
Трансформаторы в герметичном исполнении практически не требуют расходов на предпусковые работы и на обслуживание в процессе эксплуатации, не нуждаются в профилактических ремонтах и ревизиях в течение всего срока эксплуатации. Это позволит снизить непроизводственные расходы в течение всего срока эксплуатации трансформатора, в зависимости от его мощности, на 40 – 63 % его полной стоимости.