Трифазні масляні трансформатори серії S13: Керівництво з вибору розподільних трансформаторів нового покоління з низькими втратами

У системах розподілу 10 кВ трифазні масляні розподільні трансформатори вже давно є одними з найбільш широко використовуваних типів обладнання. Масляні трансформатори 10 кВ відіграють вирішальну роль у трансформації напруги та розподілі електроенергії, чи то для міських житлових комплексів, для модернізації мереж у сільській місцевості чи для електропостачання промислових об’єктів і комерційних будівель.

Оскільки стандарти енергоефективності для розподільного обладнання продовжують зростати, традиційні трансформатори серій S9 та S11 через їх відносно вищі втрати все більше не можуть відповідати вимогам енергозбереження певних проектів. На відміну від цього, серія S13 пропонує підвищену ефективність роботи та надійність обладнання завдяки оптимізованій структурі серцевини, передовому використанню матеріалів і повністю герметичній конструкції; отже, він став переважною моделлю для заміни та модернізації розподільних трансформаторів 10 кВ.

У цій статті описано позначення моделей, конструктивні особливості, ключові параметри продуктивності та сценарії практичного застосування трифазних масляних трансформаторів серії S13, які служать орієнтиром для вибору, закупівлі, експлуатації та обслуговування.

I. Позначення моделі: розшифровка 'ідентифікаційного коду' S13

Позначення моделей розподільних трансформаторів зазвичай складаються з комбінації літер і цифр із спеціальними символами, що представляють структуру продукту, клас продуктивності та номінальні параметри. На прикладі поширеної моделі S13-M.RL-500/10 розбивка така:

Таким чином, S13-M.RL-500/10 позначає трифазний масляний розподільний трансформатор з номінальною потужністю 500 кВА та класом напруги 10 кВ, що має повністю герметичний тривимірний корпус із намотаним сердечником.

Примітно, що 'M' означає повністю герметичну структуру, що є ключовою особливістю дизайну серії S13.

Традиційні масляні трансформатори зазвичай оснащені масляним консерватором; трансформаторне масло взаємодіє з повітрям, щоб компенсувати зміни об’єму, викликані коливаннями температури. Однак під час тривалої експлуатації волога та кисень з повітря можуть спричинити поступове старіння трансформаторного масла, що погіршить ефективність ізоляції.

Повністю герметична конструкція усуває масляний консерватор, натомість використовує розширення та звуження самого гофрованого резервуара для компенсації змін об’єму масла. Це ізолює трансформаторне масло від зовнішньої атмосфери, зменшуючи ризики деградації масла та поглинання вологи, а також підвищуючи стабільність обладнання під час тривалої експлуатації.

II. Основні технічні характеристики серії S13

Примітно, що 'M' означає повністю герметичну структуру, що є ключовою особливістю дизайну серії S13. Традиційні масляні трансформатори зазвичай оснащені масляним консерватором; трансформаторне масло взаємодіє з повітрям, щоб компенсувати зміни об’єму, викликані коливаннями температури. Однак під час тривалої експлуатації волога та кисень з повітря можуть спричинити поступове старіння трансформаторного масла, що погіршить ефективність ізоляції.

Повністю герметична конструкція усуває масляний консерватор, натомість використовує розширення та звуження самого гофрованого резервуара для компенсації змін об’єму масла. Це ізолює трансформаторне масло від зовнішньої атмосфери, зменшуючи ризики деградації масла та поглинання вологи, а також підвищуючи стабільність обладнання під час тривалої експлуатації.

1. Зменшення втрат холостого ходу та покращення операційної економії

Під час роботи трансформатора залізний сердечник створює певну кількість втрат, навіть коли немає навантаження; це відомо як втрати без навантаження. Оскільки розподільні трансформатори зазвичай залишаються під напругою протягом тривалого часу, зменшення втрат холостого ходу має вирішальне значення для мінімізації річного споживання енергії.

Серія S13 забезпечує менші втрати холостого ходу порівняно з серією S11 завдяки оптимізованим матеріалам сердечника та виробничим процесам.

Ці продукти зазвичай використовують високоякісні холоднокатані листи кремнієвої сталі з орієнтованою зернистістю для серцевини та використовують оптимізовані конфігурації з’єднань для мінімізації втрат магнітного потоку. Деякі високопродуктивні моделі використовують кремнієву сталь з високою проникністю для подальшого покращення магнітних властивостей.

Крім того, у процесі виготовлення сердечника використовується конструкція з’єднань під кутом 45°, яка мінімізує зміни магнітного опору в магнітному ланцюзі та зменшує втрати заліза під час роботи.

Що стосується матеріалів провідників, серія S13 зазвичай використовує мідний дріт з високою провідністю для обмоток, щоб зменшити резистивні втрати під навантаженням і підвищити загальну ефективність роботи.

Взявши для прикладу блок 10 кВ, 500 кВА, серія S13 демонструє менші втрати холостого ходу, ніж традиційні моделі S11, тим самим зменшуючи витрати енергії під час тривалої роботи.

2. Застосування тривимірної структури серцевини рани

Деякі моделі серії S13 мають тривимірну конструкцію серцевини (тип RL), що представляє значну тенденцію в оптимізації конструкції розподільних трансформаторів за останні роки.

На відміну від традиційних багатошарових сердечників, тривимірний намотаний сердечник формується шляхом безперервного процесу намотування для створення замкнутого трифазного магнітного кола. Три кінцівки сердечника розташовані в тривимірній конфігурації, що призводить до більш збалансованого трифазного магнітного кола. Ця структура пропонує такі ключові функції:

·Покращена симетрія магнітного ланцюга: магнітний опір у трьох фазах практично рівномірний, що допомагає зменшити струм збудження;

·Зниження втрат холостого ходу: втрати магнітного потоку зведені до мінімуму, покращуючи ефективність використання сердечника;

·Низький робочий шум: зменшення ефектів магнітострикції призводить до більш тихої та плавної роботи;

· Висока структурна міцність: вбудована структура сердечника підвищує механічну стабільність.

Продукти з тривимірною конструкцією намотаного сердечника пропонують явні переваги для місць із суворими вимогами щодо шумозаглушення, таких як житлові райони та комерційні будівлі.

3. Повністю герметична конструкція для підвищення надійності роботи

Повністю герметична конструкція є ключовою особливістю, що відрізняє трансформатори серії S13-M від традиційних масляних моделей.

У звичайних масляних трансформаторах зазвичай використовується маслоконсерватор (розширювальний бак), де рівень масла коливається відповідно до змін об’єму, спричинених температурою. Однак під час тривалої роботи волога, кисень і домішки з повітря можуть потрапляти в масло, прискорюючи старіння ізоляційного масла і погіршуючи характеристики ізоляції трансформатора.

У серії S13-M використовується повністю герметична конструкція з гофрованим баком, що усуває потребу в традиційному масляному консерваторі. У міру зміни робочої температури гофровані стінки бака розширюються та стискаються, щоб компенсувати коливання об’єму масла, забезпечуючи повну герметичність внутрішнього масла від зовнішнього середовища.

Ця структура має кілька ключових переваг:

· Мінімізує контакт між трансформаторним маслом і повітрям, сповільнюючи швидкість окислення масла;

· Зменшує ризик проникнення вологи, яка інакше може погіршити характеристики ізоляції;

· Зменшує потребу в планових завданнях з технічного обслуговування, таких як поповнення або заміна масла;

·Підходить для зовнішнього середовища та сценаріїв, що вимагають довготривалої безперервної роботи.

Для розподільчого обладнання, встановленого в розрізнених місцях або зонах з обмеженим доступом для технічного обслуговування, наприклад у сільських електромережах, зовнішніх коробкових підстанціях і системах розподілу промислових парків, повністю герметична конструкція допомагає полегшити тягар поточної експлуатації та обслуговування.

4. Висока стійкість до короткого замикання

Під час фактичної роботи розподільчі трансформатори можуть піддаватися ненормальним умовам, таким як пошкодження лінії або зовнішнє коротке замикання. При короткому замиканні на обмотки діють значні електромагнітні сили; тому конструкція трансформатора повинна мати достатню механічну міцність.

У серії S13-M.RL використовується тривимірна структура серцевини, що забезпечує високу загальну жорсткість для вузла трансформатора. Обмотки зазвичай мають циліндричну структуру з концентричними котушками високої та низької напруги, що забезпечує більш рівномірний розподіл осьових і радіальних електромагнітних сил, створених струмами короткого замикання.

Тим часом внутрішня збірка закріплена за допомогою затискачів, стяжних стрижнів та ізоляційних опорних конструкцій для підвищення загальної механічної стабільності, тим самим покращуючи здатність трансформатора протистояти ударам раптового короткого замикання.

Слід зазначити, що здатність трансформатора витримувати коротке замикання залежить не тільки від структури сердечника, але також від конструкції обмотки, виробничих процесів, ізоляційних матеріалів і якості збірки; отже, комплексні оцінки на основі даних типових випробувань виробника повинні бути проведені під час фактичного вибору проекту

III. Технічні характеристики

Серія S13 трифазних масляних трансформаторів на 10 кВ пропонує широкий діапазон потужностей, що охоплює стандартні значення потужності, які зазвичай використовуються в загальних системах розподілу електроенергії. Нижче наведено деякі типові параметри для серії S13-M.RL:

Загальні технічні характеристики

Розподільні трансформатори серії S13 10 кВ зазвичай відповідають таким основним технічним вимогам:

*Номінальна частота: 50 Гц

*Клас номінальної напруги: 10 кВ / 0,4 кВ

*Метод охолодження: ONAN (природне охолодження в маслі)

*Клас ізоляції: ізоляція класу A

*Діапазон відводів HV: ±5% або ±2×2,5%

*Векторна група: Dyn11 або Yyn0

Серед них векторна група Dyn11 широко використовується в розподілі електроенергії в містах і промислових навантаженнях, оскільки обмотка, з’єднана трикутником, дозволяє струмам третьої гармоніки циркулювати всередині, тим самим допомагаючи пом’якшити вплив гармонік на систему електропостачання.

IV. Вимоги до рівня енергоефективності

Розподільні трансформатори є обладнанням, призначеним для тривалої роботи, і рівень їх втрат безпосередньо впливає на експлуатаційні витрати мережі. Тому національні стандарти встановили чіткі вимоги до показників енергоефективності трансформатора. Відповідно до стандартних мінімально допустимих значень енергоефективності та класів енергоефективності для силових трансформаторів (GB 20052-2020), показники втрат серії S13 відповідають відповідним вимогам енергоефективності, що робить їх широко використовуваними енергозберігаючими розподільними трансформаторами на поточному ринку.

Слід зазначити, що стандарт GB 20052 був оновлений. GB 20052-2024 набуде чинності 1 лютого 2025 р.; ґрунтуючись на попередній версії, він додатково вдосконалює вимоги до енергоефективності для трансформаторів у нових сценаріях використання енергії, включаючи обладнання для фотоелектричної (PV) енергії, енергії вітру та систем зберігання енергії.

Для стандартних проектів розподілу 10 кВ серія S13 відповідає звичайним потребам енергозбереження. Однак для проектів із суворішими вимогами до енергоспоживання, таких як «зелені» будівлі, великі центри обробки даних і нові електростанції, можна розглянути продукти з вищими класами енергоефективності (наприклад, серії S20 або S22), залежно від інвестиційного бюджету та життєвого циклу експлуатації.

V. Сценарії застосування

Трифазні масляні трансформатори серії S13 в основному використовуються в системах розподілу змінного струму 50 Гц з номінальною напругою 10 кВ або нижче. Вони підходять для застосувань, що вимагають високої експлуатаційної надійності, низьких рівнів втрат і простоти обслуговування.

Слід зазначити, що нові енергетичні проекти часто передбачають більш складні умови експлуатації трансформаторів. Окрім показників потужності та втрат, необхідно враховувати такі фактори, як рівні гармонік, коливання навантаження та вимоги до підключення до мережі. Таким чином, для таких застосувань, як PV та зберігання енергії, відповідні продукти слід вибирати на основі конкретних технічних вимог проекту. VI. Порівняльний економічний аналіз: серія S13 проти серії S11

При виборі розподільних трансформаторів вибір між серіями S13 і S11 залежить не тільки від початкової ціни придбання, але й від комплексної оцінки довгострокових втрат енергії та витрат на обслуговування.

Порівняно з серією S11, серія S13 забезпечує подальше зниження втрат як без навантаження, так і під навантаженням завдяки оптимізованим матеріалам сердечника та виробничим процесам. Оскільки розподільні трансформатори зазвичай працюють безперервно протягом тривалого часу, втрати холостого ходу зберігаються навіть під час умов низького навантаження; тому мінімізація цих втрат є практично важливою для підвищення економічної ефективності життєвого циклу обладнання.

Візьмемо як приклад трансформатор 10 кВ, 500 кВА, у наступній таблиці порівнюються експлуатаційні витрати двох продуктів на основі припущення про 8000 годин роботи на рік і ціни на електроенергію 0,8 юаня/кВт-год.

Наведені вище розрахунки показують, що за умов тривалої експлуатації серія S13 знижує витрати електроенергії за рахунок мінімізації втрат енергії. Для проектів, які включають тривалий час роботи та стабільне навантаження, економія завдяки енергоефективності зазвичай може компенсувати більш високі початкові інвестиції з часом.

Слід зазначити, що фактичний термін окупності залежить від таких факторів, як ціна придбання обладнання, місцеві тарифи на електроенергію, коефіцієнт навантаження та тривалість експлуатації; тому в процесі вибору рекомендується комплексна оцінка на основі конкретних умов експлуатації.

Часті запитання (FAQ)

Q1: Які основні відмінності між серією S13 і серією S11?

Основне вдосконалення серії S13 порівняно з серією S11 полягає в контролі втрат. Завдяки оптимізації основних матеріалів і виробничих процесів серія S13 додатково зменшує втрати холостого ходу, тим самим підвищуючи економічну ефективність під час тривалої експлуатації. Конкретна швидкість зменшення втрат залежить від потужності виробу, конструкції конструкції та технічних характеристик виробника.

Q2: Яка різниця між S13-M і S13-M.RL?

S13-M має повністю герметичну структуру; його основною характеристикою є усунення масляного консерватора, тим самим ізолюючи трансформаторне масло від зовнішнього повітря.

Спираючись на це, S13-M.RL включає тривимірну структуру серцевини. Ця конструкція оптимізує магнітну схему для подальшого зменшення втрат і робочого шуму, одночасно підвищуючи стабільність конструкції.

Q3: Яким стандартам енергоефективності відповідає серія S13?

Серія S13 відповідає вимогам, викладеним у «Мінімально допустимих значеннях енергоефективності та класах енергоефективності для силових трансформаторів». З впровадженням стандарту GB 20052-2024 вимоги до енергоефективності для розподільних трансформаторів були підвищені; тому вироби з відповідним класом енергоефективності повинні вибиратися на основі конкретних вимог проекту.

Q4: У яких програмах в основному використовується серія S13?

Серія S13 в основному використовується в системах розподілу з номінальною напругою 10 кВ і нижче, включаючи міські та сільські електромережі, житлові комплекси, комерційні будівлі, промислові підприємства та деякі допоміжні проекти для нових джерел енергії.

Q5: Чи повністю герметичний трансформатор не потребує обслуговування?

Повністю герметична структура мінімізує контакт між трансформаторним маслом і повітрям, тим самим знижуючи ризики деградації масла та поглинання вологи, що, у свою чергу, зменшує робоче навантаження на планове обслуговування. Проте обладнання все ще потребує регулярних перевірок і періодичних випробувань відповідно до відповідних стандартів для забезпечення безпечної довгострокової експлуатації.