Выбор трёхфазного распределительного трансформатора с заземлённой нейтралью

Выбор трёхфазного распределительного трансформатора с заземлённой нейтралью

Выбор трёхфазного распределительного трансформатора для системы с заземлённой нейтралью требует большего, чем простое сопоставление напряжения и мощности в кВА. На работу защиты от замыканий на землю влияют схема соединения обмоток, доступность вывода нейтрали, способ заземления и характеристики нулевой последовательности. Неравномерность нагрузки и гармоники также могут существенно изменить тепловую нагрузку, даже если суммарная потребляемая мощность значительно ниже номинальной мощности трансформатора.

Начинать следует не с вопроса «Есть ли у этого трансформатора нейтраль?», а с вопросов: «Какой ток должна проводить нейтраль и по какому пути будет протекать ток повреждения?» Ответьте на них до сравнения цен или согласования стандартной схемы соединения обмоток.

Определите, какую нейтраль необходимо заземлить

Заземлённая сеть среднего напряжения не означает, что на стороне низкого напряжения автоматически будет доступна пригодная для использования заземлённая нейтраль. В обычном двухобмоточном трансформаторе обмотки электрически изолированы друг от друга. Поэтому заземление вторичной обмотки необходимо проектировать отдельно, координируя его с вышестоящей защитой и требованиями энергоснабжающей организации.

Для коммерческого здания, получающего питание при 20 kV и распределяющего его при 400/230 V, обычно требуется низковольтная обмотка, соединённая звездой, с выведенной к нейтральному выводу нейтральной точкой. В соответствии с проектом установки этот вывод используется как для предусмотренного соединения с землёй, так и для подключения нейтрали нагрузки. Вторичная обмотка, соединённая треугольником, не обеспечивает такой же доступной нейтральной точки звезды.

Также различайте заземление нейтрали и защитное заземление оборудования. Соединение корпуса трансформатора с системой защитного заземления не задаёт опорный потенциал нейтрали вторичной обмотки. На однолинейной схеме должны быть чётко показаны оба решения, включая любой импеданс заземления и предусмотренное место соединения нейтрали с землёй.

Изучите группу соединения обмоток и проверьте, какую информацию она не содержит

Соединение первичной обмотки треугольником и вторичной обмотки звездой с выведенной нейтралью — распространённый вариант для низковольтного четырёхпроводного распределения. В обозначениях IEC одним из знакомых примеров является Dyn11: строчная буква «n» означает, что выведена нейтраль низковольтной обмотки, а число на циферблате указывает на фазовый сдвиг. Это вариант для рассмотрения, а не универсальное требование.

Обмотка, соединённая треугольником, обеспечивает внутренний контур для циркуляции токов нулевой последовательности, связанных со вторичной обмоткой. Эти токи не передаются в линейные проводники первичной обмотки как линейные токи нулевой последовательности. Это важно учитывать при выборе места установки защиты от замыканий на землю: не следует считать, что измерение остаточного тока на вышестоящем участке обнаружит замыкание на землю ниже по цепи через эту обмотку, соединённую треугольником.

Конструкции с заземлённой звездой на обеих сторонах требуют более тщательного рассмотрения всей схемы. На характеристики нулевой последовательности влияют конструкция сердечника, заземление нейтрали первичной обмотки и наличие третичной обмотки, соединённой треугольником. Поэтому два трансформатора с одинаковыми номинальными мощностью в кВА и напряжением могут по-разному реагировать на замыкание на землю. Запросите предлагаемую схему соединения обмоток и данные о нулевой последовательности, а не полагайтесь на формулировку «для систем с заземлённой нейтралью» в коммерческом предложении.

При параллельной работе фазовый сдвиг — лишь одно из условий совместимости. Также должны быть согласованы коэффициент трансформации, положение ответвлений, импеданс, чередование фаз и схемы нейтрали. Трансформатор на замену может соответствовать рабочему напряжению, но при этом оказаться непригодным для подключения к существующим шинам.

Учитывайте способ заземления при расчёте защиты

Глухое заземление, заземление через сопротивление и другие способы создают разные условия работы оборудования. Вторичная обмотка с глухозаземлённой нейтралью может обеспечивать значительный ток замыкания на землю, однако его фактическое значение зависит от импедансов последовательностей трансформатора и полного импеданса цепи повреждения. Низкоомный металлический обратный путь и путь возврата тока через заземлитель не следует считать эквивалентными.

Заземление через сопротивление намеренно ограничивает ток. Выбор этого способа зависит от напряжения, подключённых нагрузок, требований к непрерывности электроснабжения и применимых правил. Его не следует без необходимости применять вместо традиционной четырёхпроводной системы, питающей нагрузки между фазой и нейтралью. Резистор заземления, схема контроля, требования к изоляции и принцип отключения при повреждении должны проектироваться совместно.

При однофазном замыкании на землю расчёт выполняется с использованием сетей прямой, обратной и нулевой последовательностей, а также импедансов заземления и повреждения. Процентного значения импеданса, указанного на паспортной табличке и обычно используемого для расчёта трёхфазного тока короткого замыкания, недостаточно. Запросите данные об импедансе нулевой последовательности, соответствующие предлагаемой схеме соединения обмоток и условиям заземления, либо согласуйте инженерную оценку, если результаты измерений отсутствуют.

Защита должна срабатывать при обоих предельных значениях. Максимальный ожидаемый ток повреждения определяет требования к отключающей способности и стойкости, а минимальный — сможет ли удалённое повреждение отключиться достаточно быстро. Проверьте также расположение датчиков. Трансформатор тока нулевой последовательности должен охватывать предусмотренные токоведущие проводники, включая нейтраль, если это применимо, но не защитный проводник заземления.

Учитывайте нагрузку фаз и нагрев нейтрали, а не только суммарную мощность в кВА

Рассмотрим объект с трёхфазными электродвигателями, однофазными офисными цепями и электронными источниками питания. По ежемесячному отчёту суммарная нагрузка может казаться сбалансированной, хотя в отдельную смену одна фаза оказывается сильно нагруженной. Оценка только суммарной мощности в кВА может скрыть перегрузку обмотки. Анализируйте максимальный ток каждой фазы и реалистичные сочетания режимов работы, а не только сумму подключённых нагрузок.

Нелинейные нагрузки создают дополнительную проблему. Гармоники, кратные третьей, от однофазных нагрузок могут суммироваться в нейтрали, а не компенсировать друг друга. Некоторые современные устройства эффективно подавляют гармоники, поэтому нельзя считать ни то, что «все электронные нагрузки создают высокий уровень гармоник», ни то, что «при сбалансированной нагрузке ток нейтрали отсутствует». Если доступны данные оборудования или результаты измерений спектра гармоник, используйте их.

Попросите производителя указать длительно допустимый ток нейтрального вывода и его внутренних соединений. Кабель нейтрали большого сечения снаружи не компенсирует недостаточную токовую нагрузочную способность внутреннего соединения. При значительных гармонических нагрузках оцените дополнительные потери в обмотках, превышение температуры, а также необходимость снижения номинальной мощности или исполнения для работы с гармониками. Трансформатор с более высокой стандартной мощностью в кВА не всегда является лучшим решением.

Для ориентировочной проверки масштаба: номинальный линейный ток трёхфазного трансформатора мощностью 1,000 kVA при напряжении 400 V составляет примерно 1,443 A, исходя из формулы I = S / (√3 × V). Это определяет основу для номинального тока фаз, но не допустимый ток нейтрали и не способность работать с гармоническими нагрузками.

Оценивайте условия установки наряду с электрической конструкцией

Сухое оборудование с литой изоляцией стоит рассмотреть для промышленных и коммерческих помещений, где на выбор оборудования влияют требования к локализации утечки жидкости и противопожарной защите. Тем не менее ему необходимы достаточная вентиляция, надлежащие зазоры и корпус, соответствующий условиям запылённости, влажности и доступа. Литая изоляция не делает приемлемыми любые условия установки.

Для проекта на 20 kV компания Jinshida Electric Power Technology Co., Ltd. предлагает линейку трёхфазных сухих распределительных трансформаторов с литой изоляцией на 20kV с указанными вариантами вторичного напряжения 0.4 kV или 0.415 kV и диапазоном переключения ответвлений высокого напряжения ±2 × 2.5%. Область компетенций компании в производстве и инженерном сопровождении применения оборудования делает обсуждение с поставщиком актуальным не только для номинальных характеристик: запросите подтверждение схемы соединения обмоток, номинального тока нейтрали и совместимости заземления конкретного предлагаемого устройства.

Указанные корпус IP23 и класс пожарного поведения F1 относятся к разным аспектам. Ни то ни другое не подтверждает пригодность оборудования для любых наружных, загрязнённых или пожароопасных мест. Проверьте подтверждающие документы по соответствующей классификации и фактическую конфигурацию корпуса. Аналогично, заявленную возможность работы при нагрузке 120% номинальной мощности с принудительным воздушным охлаждением следует рассматривать как условную: уточните допустимую продолжительность работы, температуру окружающей среды, предельные значения превышения температуры и режим работы при отказе вентилятора.

Сухие трансформаторы также нуждаются в осмотре. Вентиляционные каналы могут засоряться, к выводам необходимо применять соответствующие процедуры проверки, а температурная защита должна оставаться работоспособной. Возможность доступа для выполнения этих работ следует учитывать при планировке, особенно если соединение нейтрали или заземляющий проводник расположены за загромождённой зоной кабельных оконцеваний.

Преобразуйте заявления поставщика в проверяемые критерии выбора

Длинный перечень стандартов или знаков сертификации менее полезен, чем документы, относящиеся к предлагаемой конструкции. К сухим трансформаторам применим IEC 60076-11, а другие положения IEC 60076 применяются по мере необходимости. В проектах, где требуются нормы IEEE, необходимо использовать соответствующую договорную спецификацию. Сертификат системы менеджмента качества ISO 9001 не подтверждает, что конкретный трансформатор соответствует всем электротехническим требованиям.

Перед техническим утверждением устраните следующие конкретные пробелы:

• Получите гарантированную группу соединения обмоток, схему выводов, номинальный ток нейтрали и сведения об изоляции нейтрали.
• Подтвердите значения и допуски импеданса, а также данные или допущения по нулевой последовательности, использованные в расчёте защиты.
• Запросите гарантии по потерям и превышению температуры для выбранной мощности, указанных условий отсчёта и режима охлаждения.
• Определите перечень типовых испытаний, требуемые типовые или специальные испытания и отчёты, относящиеся к предлагаемой конструкции.
• Согласуйте температурные сигналы тревоги, контакты отключения, управление вентиляторами и интерфейсы с защитой объекта.

Сравнивайте заявления об эффективности только при указанных значениях нагрузки, коэффициента мощности и температуры. Заявленный показатель выше 99% сам по себе не определяет годовое энергопотребление. Более полезную основу для сравнения дают гарантированные потери холостого хода и нагрузочные потери вместе с ожидаемым профилем нагрузки.

Итоговый пакет документации для утверждения должен объединять три документа: паспорт трансформатора, схему заземления и расчёт защиты. Если они расходятся в вопросах подключения нейтрали, доступного тока повреждения или способа отключения, выбор не завершён. Устраните это несоответствие до передачи трансформатора в производство, а не после его доставки в распределительное помещение.