Выбор типа трансформатора для питания бытовых потребителей

КОВАЛЕНКО В.А., СИЧЕВСКИЙ А.С., КузГТУ, г. Кемерово

Науч. рук. канд. техн. наук, доцент ДОЛГОПОЛ Т.Л.

Анализ типов трансформаторов, используемых в системах электроснабжения бытовых потребителей, показал, что преимущественно это силовые трансформаторы со схемой соединения обмоток «звезда – звезда с выведенной нейтралью» (Y/Y_н). Такие трансформаторы имеют относительно невысокую стоимость по сравнению с трансформаторами с другими схемами соединения обмоток, применяемыми в сетях с глухозаземленной нейтралью. Однако экономичность работы трансфор-маторов с традиционной схемой соединения обмоток может быть обеспечена только при симметричной нагрузке. В сетях бытовых потребителей преобладают однофазные электроприемники, что приводит к появлению существенной несимметрии нагрузки фаз из-за случайного характера однофазной нагрузки. В результате этого в обмотках трансформаторов и в линиях электропередач появляются дополнительные потери электрической энергии, обусловленные протеканием по ним уравнительных токов (токов нулевой последовательности). Несимметричная нагрузка – одна из основных причин появления дополнительных потерь электроэнергии в системах электроснабжения бытовых потребителей.

Для уменьшения дополнительных потерь, обусловленных несиммет-рией нагрузки фаз, целесообразно использовать в качестве источников питания потребителей с преобладающей однофазной нагрузкой трансфор-маторы со схемой соединения обмоток «звезда – зигзаг с выведенной нейтралью» (Y/Z_н) или трансформаторы с симметрирующим устройством (СУ).

Трансформаторы со схемой соединения обмотки низшего напряжения «зигзаг» не нашли широкого применения в связи с их более высокой стоимостью, так как такая схема требует большего на 15 % числа витков обмотки по сравнению со схемой «звезда».

В работе представлены результаты проведенного анализа по оценке эффективности использования в СЭС бытовых потребителей указанных трансформаторов с учетом коэффициента их загрузки и величины несимметрии нагрузки фаз.

При малых коэффициентах загрузки трансформаторов (до 0,4) несимметрия нагрузки фаз (25 %) не приводит к увеличению потерь в трансформаторе (рисунок). С увеличением коэффициента загрузки дополнительные потери существенно увеличиваются и при номинальной загрузке трансформатора составляют почти 30 % от потерь в симметричном режиме работы.

Зависимость потерь активной мощности в трансформаторе от коэффициента загрузки

Потери короткого замыкания в трансформаторах со схемой соединения Y/Z_н при симметричной нагрузке превышают потери в трансформаторах с традиционной схемой, но при наличии несимметрии и при коэффициентах загрузки трансформаторов 70–80 % использование таких трансформаторов приведет к существенному снижению дополнительных потерь.

Использование трансформаторов с симметрирующим устройством (ТМГСУ) оказалось целесообразным только для трансформаторов с номинальной мощностью от 100 кВА, так как при меньшей мощности разница потерь незначительна.

На примере трансформаторов мощностью 250 кВА произведен расчет срока окупаемости трансформатора с СУ, который составил 1,3 года при несимметрии нагрузки фаз 25 %. При большей несимметрии сроки окупаемости будут еще меньше.

Таким образом, несмотря на более высокую стоимость трансфор-маторов ТМГСУ, эффективность их использования в сетях с несимметричной нагрузкой экономически оправдана.

УДК 621.316