Transformator de distribuție - Distribution transformer

Transformator monofazat de distribuție în Canada
Transformator de distribuție trifazat în Siria

Un transformator de distribuție sau transformator de serviciu este un transformator care asigură transformarea finală a tensiunii în sistemul de distribuție a energiei electrice , reducând tensiunea utilizată în liniile de distribuție la nivelul utilizat de client. Invenția unui transformator practic eficient a făcut fezabilă distribuția de curent alternativ; un sistem care utilizează transformatoare de distribuție a fost demonstrat încă din 1882.

Dacă sunt montate pe un stâlp de utilitate , acestea se numesc transformatoare cu montare pe stâlp . În cazul în care liniile de distribuție sunt situate la nivelul solului sau în subteran, transformatoarele de distribuție sunt montate pe tampoane de beton și blocate în cazuri de oțel, astfel , cunoscut sub numele de robinet de distribuție pad-mount transformatoare .

Transformatoarele de distribuție au în mod normal puteri mai mici de 200 kVA , deși unele standarde naționale pot permite ca unitățile de până la 5000 kVA să fie descrise ca transformatoare de distribuție. Deoarece transformatoarele de distribuție sunt alimentate 24 de ore pe zi (chiar și atunci când nu suportă nicio sarcină), reducerea pierderilor de fier are un rol important în proiectarea lor. Deoarece nu funcționează de obicei la sarcină maximă, acestea sunt proiectate pentru a avea o eficiență maximă la sarcini mai mici. Pentru a avea o eficiență mai bună, reglarea tensiunii în aceste transformatoare ar trebui menținută la minimum. Prin urmare, acestea sunt proiectate pentru a avea o reactanță de scurgere mică .

Tipuri

Transformatoarele de distribuție sunt clasificate în diferite categorii pe baza unor factori precum:

  • Locație de montare - stâlp, tampon, bolta subterană
  • Tipul de izolație - imersat în lichid sau uscat
  • Numărul de faze - monofazat sau trifazat
  • Clasa de tensiune
  • Nivelul de bază de izolare la impuls (BIL).
Două transformatoare trifazate în Ungaria

Utilizare

Transformatoarele de distribuție sunt situate în mod normal la o cădere de serviciu , unde firele rulează de la un stâlp de utilitate sau de la liniile electrice subterane către sediul clientului. Ele sunt adesea utilizate pentru alimentarea cu energie a instalațiilor din afara așezărilor, cum ar fi case izolate, curți agricole sau stații de pompare la tensiuni sub 30 kV. O altă aplicație este alimentarea cablului aerian al căilor ferate electrificate cu curent alternativ. În acest caz sunt utilizate transformatoare de distribuție monofazate.

Numărul de clienți alimentați de un singur transformator de distribuție variază în funcție de numărul de clienți dintr-o zonă. Mai multe case pot fi alimentate dintr-un singur transformator în zonele urbane. Distribuția rurală poate necesita un transformator per client, în funcție de tensiunea rețelei. Un complex comercial sau industrial mare va avea transformatoare de distribuție multiple. În zonele urbane și în cartierele unde liniile de distribuție primare rulează subteran, se folosesc transformatoare montate pe plăci , transformatoare în incinte metalice blocate montate pe un plăcuț betonat . Multe clădiri mari au servicii electrice furnizate la tensiunea de distribuție primară. Aceste clădiri au transformatoare deținute de clienți în subsol în scopuri de coborâre.

Transformatoarele de distribuție se găsesc, de asemenea, în rețelele de colectoare de putere ale parcurilor eoliene , unde intensifică puterea de la fiecare turbină eoliană pentru a se conecta la o stație care poate fi la câțiva kilometri distanță.

Conexiuni

Transformator fază-fază în Marea Britanie
Linia primară din dreapta spre linia din față și cea secundară din spatele acestui transformator monofazat

Atât transformatoarele montate pe stâlp, cât și cele montate pe tampon convertesc tensiunea „primară” ridicată a liniilor de distribuție aeriene sau subterane la tensiunea „secundară” sau „de utilizare” inferioară din interiorul clădirii. Firele de distribuție primare utilizează sistemul trifazat . Liniile principale de distribuție au întotdeauna trei fire „fierbinți” plus un neutru opțional. În sistemul nord-american, unde transformatoarele monofazate se conectează la un singur fir de fază, liniile „laterale” mai mici care se separă pe drumurile laterale pot include doar unul sau două fire de fază „fierbinți”. (Când există un singur fir de fază, un neutru va fi întotdeauna asigurat ca cale de întoarcere.) Elementele primare furnizează energie la tensiunile de distribuție standard utilizate în zonă; acestea variază de la 2,3 kV la aproximativ 35 kV, în funcție de practica și standardele de distribuție locale; adesea se folosesc 11 kV (sisteme de 50 Hz) și 13,8 kV (sisteme de 60 Hz), dar multe alte tensiuni sunt comune. De exemplu, în Statele Unite , 12,47 kV este cel mai frecvent. Acesta are o tensiune fază-neutru de 7,2 kV, exact de 30 de ori mai mare decât 240 V pe partea secundară în fază divizată .

Primar

Înfășurările primare de înaltă tensiune sunt scoase la bucșele din partea superioară a carcasei.

  • Transformatoarele monofazate, utilizate în general în sistemul nord-american, sunt atașate la firele de distribuție aeriene cu două tipuri diferite de conexiuni:
    • Wye - Pe un circuit de distribuție wye, se folosește un transformator „wye” sau „fază la neutru”. Un transformator wye monofazat are de obicei doar o bucșă deasupra, conectată la una dintre cele trei faze primare. Celălalt capăt al înfășurării primare este conectat la carcasa transformatorului, care este conectată la firul neutru al sistemului wye și este, de asemenea, împământată . Este de preferat un sistem de distribuție wye, deoarece transformatoarele prezintă sarcini dezechilibrate pe linie care provoacă curenți în firul neutru și apoi sunt împământate. Dar, cu un sistem de distribuție delta, sarcinile dezechilibrate pot provoca variații ale tensiunilor pe firele trifazate.
    • Delta - Pe un circuit de distribuție delta, se folosește un transformator „delta” sau „fază la fază”. Un transformator delta monofazat are două bucșe conectate la două dintre cele trei fire primare, astfel încât înfășurarea primară vede tensiunea fază-fază. Acest lucru evită întoarcerea curentului primar printr-un neutru care trebuie să fie solid împământat pentru a-și menține tensiunea aproape de potențialul pământului. Deoarece neutrul este oferit și clienților, acesta este un mare avantaj de siguranță într-o zonă uscată precum California, unde conductivitatea solului este scăzută. Principalul dezavantaj este costul mai mare, de exemplu, din necesitatea a cel puțin două fire izolate de fază „fierbinte” chiar și pe un circuit de ramificare. Un alt dezavantaj mai mic este că, dacă doar una dintre fazele primare este deconectată în amonte, aceasta va rămâne activă pe măsură ce transformatoarele încearcă să returneze curent prin ea. Acest lucru ar putea fi un pericol pentru lucrătorii de linie.
  • Transformatoarele care furnizează energie secundară trifazată, care sunt utilizate pentru servicii rezidențiale în sistemul european, au trei înfășurări primare atașate la toate cele trei fire de fază primară. Înfășurările sunt aproape întotdeauna conectate într-o configurație „wye”, cu capetele celor trei înfășurări conectate și împământate.

Transformatorul este întotdeauna conectat la liniile de distribuție primare prin siguranțe de protecție și întrerupătoare de deconectare . Pentru transformatoarele montate pe stâlpi, aceasta este de obicei o „ decupare topită ”. O defecțiune electrică topește siguranța și dispozitivul se deschide pentru a da o indicație vizuală a problemelor. Poate fi, de asemenea, deschis manual, în timp ce linia este alimentată de către lucrătorii de linie folosind bastoane izolate . În unele cazuri sunt utilizate transformatoare complet autoprotejate, care au un întrerupător automat încorporat, deci nu este necesară o decupare topită.

Secundar

O „bancă de transformatoare”, utilizată pe scară largă în America de Nord: trei transformatoare monofazate conectate pentru a face un transformator trifazat.

Înfășurările secundare de joasă tensiune sunt atașate la trei sau patru borne pe partea transformatorului.

  • În reședințele nord-americane și întreprinderile mici, secundarul este cel mai adesea sistemul cu fază divizată de 120/240 volți. Înfășurarea secundară de 240 V este centrală, iar firul neutru central este împământat, ceea ce face ca cei doi conductori finali să fie "fierbinți" în raport cu robinetul central și să fie defazați la 180 de grade unul cu celălalt. Aceste trei fire rulează în josul căderii de serviciu către contorul electric și panoul de service din interiorul clădirii. Conectarea unei sarcini între firul fierbinte și neutru dă 120 de volți, care este utilizat pentru circuitele de iluminat. Conectarea între ambele fire fierbinți dă 240 volți, care este utilizat pentru sarcini grele, cum ar fi aparatele de aer condiționat, cuptoarele, uscătoarele și stațiile de încărcare a vehiculelor electrice .
  • În Europa și în țările care folosesc sistemul său, secundarul este adesea sistemul trifazat 400Y / 230. Există trei înfășurări secundare de 230 V, fiecare primind energie de la o înfășurare primară atașată la una dintre fazele primare. Un capăt al fiecărei înfășurări secundare este conectat la un fir „neutru”, care este împământat. Celălalt capăt al celor 3 înfășurări secundare, împreună cu punctul neutru, sunt aduse în jos căderea de serviciu la panoul de service. Sarcinile de 230 V sunt conectate între oricare dintre firele trifazate și neutru. Deoarece fazele sunt de 120 de grade unul față de celălalt, tensiunea dintre oricare două faze este sqrt (3) * 230V = 400V, comparativ cu 2 * 120V = 240V în sistemul de fază divizată din America de Nord. În timp ce puterea trifazată este aproape nemaiauzită în reședințele individuale din America de Nord, este comună în Europa pentru încărcături grele, cum ar fi aparatele de aer condiționat și încărcătoarele de vehicule electrice.

Tensiuni secundare mai mari, cum ar fi 480 volți, sunt uneori necesare pentru utilizări comerciale și industriale. Unii clienți industriali necesită alimentare trifazată la tensiuni secundare. Pentru a furniza acest lucru, pot fi utilizate transformatoare trifazate. În SUA, care folosește în mare parte transformatoare monofazate, trei transformatoare identice monofazate sunt adesea cablate într-o bancă de transformatoare fie într-o conexiune wye, fie în conexiune delta, pentru a crea un transformator trifazat.

Constructie

Transformator de distribuție trifazat răcit cu ulei, similar cu cel din fotografia de mai sus, cu carcasa dezactivată, care arată construcția.
Stațiile de distribuție din interiorul unei mici clădiri de tip turn sunt frecvente în Europa. Lângă Jelenia Góra , Polonia

Transformatoarele de distribuție constau dintr-un miez magnetic realizat din laminări de tablă de oțel siliciu ( oțel de transformare ) stivuite și fie lipite împreună cu rășină, fie bandate împreună cu benzi de oțel, cu înfășurările sârmei primare și secundare înfășurate în jurul lor. Această construcție de miez este concepută pentru a reduce pierderile de miez , disiparea energiei magnetice ca căldură în miez, care sunt o cauză importantă din punct de vedere economic a pierderii de energie în rețelele de utilități. Pierderile de bază sunt cauzate de două efecte; pierderea de histerezis în oțel și curenții turbionari . Oțelul silicon are pierderi reduse de histerezis , iar construcția laminată împiedică curenții turbionari să curgă în miez, care disipă puterea în rezistența oțelului. Eficiența transformatoarelor tipice de distribuție este între aproximativ 98 și 99 la sută. În cazul în care un număr mare de transformatoare sunt realizate la modele standard, un miez în formă de C înfășurat este economic de fabricat. O bandă de oțel este înfășurată în jurul unei forme, presată în formă și apoi tăiată în două jumătăți în formă de C, care sunt re-asamblate pe înfășurările de cupru.

Bobinele primare sunt înfășurate din sârmă de cupru sau aluminiu acoperite cu smalț , iar secundarele de curent ridicat și joasă tensiune sunt înfășurate folosind o panglică groasă de aluminiu sau cupru. Înfășurările sunt izolate cu hârtie impregnată cu rășină. Întregul ansamblu este copt pentru a vindeca rășina și apoi este scufundat într-un rezervor de oțel acoperit cu pulbere , care este apoi umplut cu ulei de transformator (sau alt lichid izolant), care este inert și neconductiv. Uleiul transformatorului răcește și izolează înfășurările și protejează înfășurarea transformatorului de umezeală, care va pluti pe suprafața uleiului. Rezervorul este evacuat temporar în timpul fabricației pentru a îndepărta orice umezeală rămasă care ar putea provoca arcuri și este sigilat împotriva intemperiilor cu o garnitură în partea de sus.

În trecut, transformatoarele de distribuție pentru uz interior se umpleau cu un lichid bifenil policlorurat (PCB). Deoarece aceste substanțe chimice persistă în mediu și au efecte adverse asupra animalelor, acestea au fost interzise. Alte lichide rezistente la foc, cum ar fi siliconii, sunt utilizate în cazul în care un transformator umplut cu lichid trebuie utilizat în interior. Anumite uleiuri vegetale au fost aplicate ca ulei de transformator; acestea au avantajul unui punct de foc ridicat și sunt complet biodegradabile în mediu.

Transformatoarele montate pe stâlp includ adesea accesorii precum descărcătoarele de supratensiune sau legăturile de siguranță. Un transformator auto-protejat include o siguranță internă și un descărcător de supratensiune; alte transformatoare au aceste componente montate separat în afara rezervorului. Transformatoarele montate pe stâlpi pot avea praguri care permit montarea directă pe un stâlp sau pot fi montate pe brațele încrucișate la stâlp. Transformatoarele aeriene, mai mari de aproximativ 75 kVA, pot fi montate pe o platformă susținută de unul sau mai mulți poli. Un serviciu trifazat poate utiliza trei transformatoare identice, câte unul pe fază.

Transformatoarele proiectate pentru instalare sub un nivel inferior pot fi proiectate pentru scufundarea periodică în apă.

Transformatoarele de distribuție pot include un schimbător de robinet descărcat pentru a permite o ușoară ajustare a raportului dintre tensiunea primară și secundară, pentru a aduce tensiunea clientului în intervalul dorit pe liniile lungi sau puternic încărcate.

Transformatoarele montate pe plăcuță au carcase metalice securizate, blocate și cu șuruburi, pentru a descuraja accesul neautorizat la piesele interne sub tensiune. Carcasa poate include, de asemenea, siguranțe, comutatoare de izolare, bucșe de rupere a sarcinii și alte accesorii, așa cum este descris în standardele tehnice. Transformatoarele montate pe tampon pentru sistemele de distribuție variază de obicei între 100 și 2000 kVA, deși sunt utilizate și unele unități mai mari.

Vezi si

Referințe

Bibliografie