Изготовление и поставка трехфазных и трехфазно-однофазных трансформаторов
в Санкт-Петербурге

энергосбережение

Трансформаторы и асимметрия токов и напряжений в сети 0,4 кВ                       

Симметрирующий трансформатор ТСТ

                                                  

Как известно, трехфазная система электроснабжения хорошо функционирует лишь тогда, когда все ее звенья симметричны.

Однако современный этап развития характеризуется непрерывным ростом удельного веса и энергоемкости нетрадиционных потребителей электроэнергии, характеризующихся  различием параметров по фазам, высокой скоростью их изменений во времени, и имеющих нелинейный характер. Развитие современной электротехники, электроники приводит к увеличению доли однофазных приемников, таких как компьютерные нагрузки, станции зарядки электромобилей, тепловые насосы, сварочные трансформаторы и другие. Их подключение к сетям 0,4кВ естественно увеличивает асимметрию токов и напряжений.

При полной симметрии токов и напряжений уравнение полной мощности

              S =  P + Q

Где S —  полная мощность; P —   активная мощность,  Q —  реактивная мощность.

В случае асимметрии токов или напряжений уравнение для полной

Мощности выглядит так.

               S = P  + Q  + D

Где   D —  мощность несимметрии.

Таким образом, несимметричная нагрузка вызывает потери мощности и энергии в источнике питания.

Важно понимание того что несимметричная нагрузка может вызываться однофазными нагрузками потребителей, включенными как на напряжение 220 (230)В, так и на напряжение 380(400)В.

Известно, что отсутствие у  Заказчиков четкого представления о принципиальных отличиях свойств силовых трансформаторов с разными схемами соединения обмоток приводит к ошибкам в их применении. Причем, неправильный выбор схемы соединения трансформаторных обмоток не только ухудшает технические показатели электроустановок и снижает качество электроэнергии, но   может также приводить к авариям.

Выбор схемы соединения обмоток трехфазного трансформатора оказывается особенно важным с точки зрения вопросов симметрирования при несимметричности и нелинейности токов нагрузки.

В соответствии с ГОСТ  силовые трансформаторы мощностью от 25 до 1000 кВА чаще всего изготавливаються со следующими схемами соединения обмоток:

  • «звезда/звезда» – Y/Yн;
  • «треугольник–звезда» – D/Yн;
  • «звезда–зигзаг» – Y/Zн.

Принципиальное отличие технических характеристик трансформаторов с различными схемами соединений обмоток заключается в разной реакции на несимметричные токи, содержащие составляющую нулевой последовательности. Это, прежде всего, рабочие режимы с несимметрией нагрузок по фазам, а также однофазные сквозные короткие замыкания. Известно любой несимметричный режим работы трехфазной сети представляется в виде геометрической суммы трех симметричных составляющих тока и напряжения: это составляющие прямой, обратной и нулевой последовательности.

Известно также сопротивления прямой и обратной последовательностей R1 и X1 трансформаторов с разными схемами соединения обмоток определяются одними и теми же формулами и отличаются незначительно.
В отличие от этих сопротивлений, сопротивления нулевой последовательности трансформаторов с разными схемами соединения обмоток отличаются принципиально.
В трансформаторах с схемой соединения обмоток треугольник – звезда с нулем токи прямой, обратной и нулевой последовательностей протекают как в первичной, так и во вторичной обмотках. При этом токи нулевой последовательности в первичной обмотке замыкаются внутри нее и в сеть не выходят. Создаваемые токами нулевой последовательности первичных и вторичных обмоток намагничивающие силы (ампер-витки) направлены встречно и почти полностью компенсируют друг друга, что обуславливает небольшую величину реактивных сопротивлений трансформатора. При этом сопротивления прямой и нулевой последовательностей приблизительно равны:R1 = R0; Х1 = Х0.
В трансформаторах со схемой соединения обмоток Y/Zн в аналогичном режиме ОКЗ токи нулевой последовательности протекают лишь по вторичной обмотке трансформатора, однако магнитного потока нулевой последовательности они не создают, что объясняется особенностью схемы Zн – «зигзаг».
Эта особенность состоит в том, что на каждом стержне трансформатора расположено по одной вторичной полуобмотке двух разных фаз (рис. 3). В режиме ОКЗ намагничивающие силы, создаваемые токами нулевой последовательности в этих полуобмотках, направлены встречно и друг друга взаимно компенсируют. При этом токи нулевой последовательности в первичной обмотке отсутствуют. В таких трансформаторах сопротивления нулевой последовательности оказываются меньше сопротивлений прямой последовательности: R0 < R1; Х0 < Х1.

Токи нулевой последовательности вызываемые гармониками кратные трём могут вести к большим токам в проводнике нейтрали, что приводит к значительному перегреву проводов и компонентов, особенно в трёхфазных  трансформаторах, содержащих обмотки соединенные в треугольник. Это связано с тем что гармоника кратная 3м будет циркулировать  только внутри  обмоток  трансформатора, соединенных в треугольник , то есть третья гармоника поглащается трансформатором. Таким образом  трансформатор с схемой соединения обмоток треугольник – звезда с нулем является фильтром гармоник кратных 3м. Но он же вынужден их и рассеивать на себе. То же самое из др. источника: По этой причине в линейных токах, которые представляют собой разность токов соответствующих фаз, гармоники, кратные трем, будут отсутствовать. Поэтому токи этих гармоник будут циркулировать внутри замкнутого треугольника, причем, будучи равными по величине и совпадая по фазе, они образуют общий замкнутый циркуляционный ток. Из изложенного следует, что в случае соединения одной из обмоток трансформатора в треугольник магнитные потоки, э. д. с. и напряжения фаз остаются синусоидальными. Это обстоятельство составляет существенное преимущество трехфазных трансформаторов, у которых одна из обмоток соединена в треугольник. Таким образом ИБП или стабилизатор имеющий трансформатор ∆/Υ устраняет гармонику (тока потребления) кратную 3м.  Сказанное в равной степени относится как к групповым трехфазным трансформаторам, так и к трехфазным трансформаторам с общим сердечником.

Таким образом, в зависимости от того какие однофазные нагрузки являются определяющими ,с точки зрения несимметрии, которая создается этими нагрузками, ( а именно включаемые на напряжение 220В или 380В ), и должен выбираться трехфазный трансформатор с гальванической развязкой и  необходимой схемой соединения обмоток.

Трансформаторная вышка

Перекос фаз и напряжений в трехфазной сети

Перекос фаз и напряжений

В современном электроснабжении чаще всего используется схема с тремя фазами и 4-мя или 5-ю проводами. В случае когда используется сеть, состоящая из пяти проводов, то три из них являются фазами, а оставшиеся два рабочими проводниками: нулевым и защитным. В сетях, состоящих из четырех проводов, три провода — это фазы, а четвертый сочетает в себе функции нулевого и защитного рабочего проводника.

Содержание:

  1. Как в идеале должна работать трехфазная сеть?
  2. Сущность явления перекоса фаз
  3. Причины перекоса фаз
  4. Последствия перекоса фаз
  5. Устранение перекоса фаз: традиционные способы
  6. Как устранить перекос фаз альтернативными способами?
  7. Выводы

Как в идеале должна работать трехфазная сеть?

Если рассматривать идеальную электрическую сеть, то напряжение каждой фазы относительно нулевого провода равно 220В. Линейные напряжения в такой схеме между любыми фазами равны 380В. Для наглядности можно использовать векторную диаграмму, отображающую взаимосвязь фазных и линейных напряжений.

Перекос фаз и напряжений

В идеальном случае диаграмма имеет следующие свойства (зеленый цвет на диаграмме):

    • Линейные напряжения тока равны между собой, их значение – 380В;

    • Векторы фаз относительно друг друга сдвинуты на угол 120 градусов;

    • Напряжение любой из фаз будет составлять 220В.

Эта ситуация изображена на диаграмме с равносторонним треугольником с вершинами A, B и C. Фазные напряжения NA, NB и NC равны между собой и сдвинуты друг относительно друга на угол 120°. Данная модель является идеальной и перекос фазных напряжений в ней отсутствует.

Сущность явления перекоса фаз

Перекос фаз (перекос напряжения) как явление происходит в электрической цепи, когда одна или несколько фаз испытывают большую нагрузку, относительно других. В промышленных сетях при таком явлении наблюдается снижение мощности двигателей и трансформаторов. В бытовых условиях перекос может стать причиной поломки электрических приборов, у которых преобладающей является реактивная нагрузка.

Векторная диаграмма при перекосе фаз приобретает следующие характеристики (красный цвет на диаграмме):

    • Векторы фаз сдвигаются по отношению друг к другу на произвольные углы;

    • Напряжение фаз имеют различные значения;

    • Линейные напряжения при этом останутся прежними и равны 380В.

Причины перекоса фаз

На практике можно отметить явления внешних и внутренних перекосов. Первый из них вызван источником электроэнергии (горэлектросеть), второй вызван потребителями на предприятии.

В случае когда энергия по фазам распределяется неравномерно, возникает перекос. Однако даже при равномерной нагрузке могут возникнуть факторы, являющиеся причиной возникновения перекоса:

    • Разные типы нагрузок в сети (индуктивная и емкостная);

    • Энергопотребители в разные моменты времени могут потреблять различную мощность. Например, в момент запуска прибора возникают пусковые токи, увеличивающие нагрузку;

    • Длительность и неравномерность включения приборов.

Тем самым, в любой трехфазной сети эффект перекоса фаз можно встретить практически всегда. Исключение составляют сети, в которых применяется симметрирующий трансформатор. Небольшие перекосы могут стать причиной уменьшения срока работы прибора, а сильные приводят к аварийным отключениям и возможным отказам.

Последствия перекоса фаз

Возникновение перекоса в работе приборов могут привести к негативным последствиям как для электроприемников и источников электроэнергии, так и для потребителей. Среди таковых могут возникнуть: 

    • замыкание и перегрев обмоток электродвигателей;

    • потребление большего количества топлива генератором;

    • аварийное отключение генератора;

    • выход энергопотребителей из строя;

    • отключение потребителей;

    • увеличение износа техники;

    • уменьшение срока службы приборов в сети;

    • рост потребления энергии;
    • увеличение затрат на ремонт и расходные материалы для генератора. 

Устранение перекоса фаз: традиционные способы

Для повышения качества электроэнергии и обеспечения заданного напряжения тока на каждой из фаз традиционно используются стабилизаторы напряжения. В бытовых условиях применяют однофазные стабилизаторы напряжения, которые обеспечивают защиты отдельных электроприемников или небольшой их группы. В промышленных условиях используются трехфазные стабилизаторы напряжения различной мощности, которые  конструктивно состоят из трех однофазных стабилизаторов.

В основе их принципа действия лежит реагирование на отклонения в каждой отдельно взятой фазе и поднятие или опускание напряжения до необходимого уровня в этой конкретной фазе, что провоцирует изменения напряжений на двух других фазах. Таким образом, стабилизаторы становятся вторичной причиной возникновения перекоса фаз.

Из изложенного выше ясно, что трехфазные стабилизаторы напряжения фактически не решают поставленную перед ними задачу, так как сами провоцируют несимметрию трехфазной системы. Помимо своего основного недостатка трехфазные стабилизаторы напряжения потребляют значительное количество электроэнергии и требуют серьезных сервисных расходов, так как обладают низкой надежностью — и электромеханические, и электронные стабилизаторы напряжения  имеют быстроизнашивающиеся и часто отказывающие детали.

Как устранить перекос фаз альтернативными способами?

Для решения задачи по устранению перекоса в трехфазной сети и обеспечения заданного фазного напряжения необходимо использовать технологию, которая позволит выравнивать напряжение не на каждой из фаз по отдельности, а симметрировать фазы между собой, то есть симметрировать всю трехфазную систему. Самым эффективным решением проблемы перекоса фаз на предприятиях является использование симметрирующего трансформатора. Принцип работы таких трансформаторов заключается в эффекте симметрирования, который заключается в распределении возникающей нагрузки на все три фазы. Тем самым нагрузка перераспределяется на соседние фазы, и трехфазная сеть приходит в равновесное состояние за счет приближению напряжения на каждой фазе к номинальному значению.

Модельный ряд изготавливаемых трансформаторов по мощности составляет от 10 КВА до 1 МВА. Также есть возможность выбора модели устройства в зависимости от его функциональных возможностей.

Преимущества симметрирования нагрузок в трехфазной сети

Установка симметрирующего трансформатора в сети принесет следующие положительные эффекты:

    • Возможность подключения различных одно- или двухфазных потребителей;

    • Реальность подключения однофазных потребителей к генератору, даже при условии, что мощность потребителя превышает мощность фазы генератора;

    • Высокая устойчивость работы дизель-генераторов на однофазную нагрузку;

    • Увеличение срока службы оборудования и его безотказной работы;

    • Значительное снижение уровня потребления электроэнергии;

    • Снижение износа оборудования, уменьшение расходов на его ремонт и обслуживание.

Функции симметрирующего трансформатора

Устройство имеет следующие основные функции работы:

    • Равномерное токораспределение нагрузки по всем фазам, позволяющее устранить возможность образования перекоса фаз при питании от автономных источников электроснабжения с ограниченной мощностью;

    • При питании потребителя от городской сети происходит равномерное распределение нагрузки по всем фазам и фазные напряжения будут симметрированы.

Выводы

Что дает технология симметрирования фаз:

Устранение перекоса фазных напряжений, т. е. выравнивание фаз сети друг относительно друга.

  • Равномерное распределение нагрузок по фазам.
  • Обеспечение заданной величины линейных напряжений.
  • Обеспечение заданной величины фазных напряжений.
  • Преобразование трехфазной сети в одно-(двух) фазную:
    • с гальванической развязкой
    • без гальванической развязки питающей сети и потребителя;
    • с изменением (увеличением или уменьшением) выходного напряжения;
  • Преобразование трехфазной трехпроводной сети в трехфазную четырехпроводную (т.е. формирование нулевого рабочего проводника для возможности подключения фазной нагрузки).

Ниже на рисунках представлены варианты подключения нагрузки без использования представленной технологии и с использованием представленной технологии.

Подключение нагрузки напрямую к сети. Максимальная нагрузка на одну фазу составляет треть от трехфазной мощности источника электроэнергии.
Рис.5 Подключение нагрузки напрямую к сети. Максимальная нагрузка на одну фазу составляет треть от трехфазной мощности источника электроэнергии.

Максимальная нагрузка на одну фазу составляет треть от трехфазной мощности источника электроэнергии.

Подключение мощного однофазного электроприемника вызывает перекос фаз и повышает риск его повреждений и повреждений других электроприемников. Если мощность такого фазного потребителя превышает треть трехфазной мощности, это вызывает его неправильную работу (сбой, отключение, отказ).

Подключение более мощной нагрузки к тому же (см. рис. 4) источнику электроэнергии с использованием представленной технологии.
Рис.6 Подключение более мощной нагрузки к тому же (см. рис. 4) источнику электроэнергии с использованием представленной технологии.

Максимальная нагрузка на одну фазу может составлять 50% от трехфазной мощности источника электроэнергии. Источник электроэнергии воспринимает нагрузку как равномерно распределенную по фазам.

Подключение той же нагрузки (см. рис. 4) к генератору меньшей мощности с использованием представленной технологии.
Рис.7 Подключение той же нагрузки (см. рис. 4) к генератору меньшей мощности с использованием представленной технологии.

Технологии симметрирования фаз позволяет подключать ту же группу электроприемников к генератору электроэнергии меньшей мощности, при этом источник электроэнергии будет воспринимать нагрузку как равномерно распределенную по фазам.

Представленная технология запатентована, не имеет аналогов в России и за рубежом. Оборудование, производимое на основе данной технологии, сертифицировано и соответствует ТУ.

Результат повышения энергоэффективности при массовом внедрении

Массовое внедрение симметрирующих трансформаторов позволит более рационально использовать электроэнергию, снизить ее потери; обеспечивать тех же потребителей (группы электроприемников) меньшим количеством электроэнергии; снизить затраты на электроэнергию, затраты на топливо, масло, охлаждающую жидкость при питании от генератора; продлить срок службы электроприемников, уменьшить их износ, обеспечить безотказную работу электроприемников; снизить расходы на источники электроэнергии, так как для той же группы электроприемников возможно использование генератора меньшей мощности.

Фильтросимметрирующие трансформаторы ТСТ (ТСТ2) с энергосбережением.

Симметрирующий трансформатор ТСТ

                        

Разработана новая модификация фильтросимметрирующих трансформаторов (нормализаторов) ТСТ (ТСТ2) с энергосбережением. Фильтросимметрирующие трансформаторы этой модификации обеспечивают снижение потерь электрической энергии при перекосе фаз, повышение качества симметрирования токов и напряжений в трехфазных сетях с нулевым проводом. Применение наиболее целесообразно при работе как от питающей сети, так и от автономных источников электрической энергии, и при изменяющейся по времени несимметрии нагрузок по фазам.

Для трансформаторов ТСТ-О (ТСТ2-О) применение целесообразно при изменении по времени тока однофазной нагрузки.

Энергосбережение обеспечивается за счет того, что мощность для симметрирования отстраивается от уровня несимметрии токов нагрузки, а для ТСТ-О (ТСТ2-О) — от тока нагрузки. ФСТ данной модификации включают в себя два симметрирующих трансформатора и обеспечивает работу при подключении одного трансформатора ,  или двух одновременно. Для автоматического управления устройством симметрирования используется схема управления в функции тока.

Задать вопросы по применению оборудования можно по телефону:
Либо воспользуйтесь
данной формой
Сайт защищён Google reCAPTCHA с применением Политики конфиденциальности и Правилами пользования.

Политика конфиденциальности

Администрация данного Сайта не может передать или раскрыть информацию, предоставленную пользователем (далее Пользователь) при регистрации и использовании функций сайта, третьим лицам, кроме случаев, описанных законодательством страны, на территории которой Пользователь ведет свою деятельность.

Для регистрации на сайте Пользователь обязан внести персональную информацию. Для проверки предоставленных данных сайт оставляет за собой право потребовать доказательства идентичности в онлайн- или офлайн-режимах.

Сайт использует личную информацию Пользователя для обслуживания и для улучшения качества предоставляемых услуг. Часть персональной информации может быть предоставлена банку или платежной системе в случае, если предоставление этой информации обусловлено процедурой перевода средств платежной системе, услугами которой Пользователь желает воспользоваться.

Сайт прилагает все усилия для сбережения в сохранности личных данных Пользователя. Личная информация может быть раскрыта в случаях, описанных законодательством, либо когда администрация сочтет подобные действия необходимыми для соблюдения юридической процедуры, судебного распоряжения или легального процесса, необходимого для работы Пользователя с Сайтом.

В других случаях ни при каких условиях информация, которую Пользователь передает Сайту, не будет раскрыта третьим лицам.