W zeszłym roku pomogłem fabryce wymienić transformator. Osoba odpowiedzialna powiedziała z przekonaniem: „Nasze obciążenie nie jest duże, 200 kVA wystarczy”. Dwa miesiące później, w najgorętszy letni dzień, obudowa transformatora była zbyt gorąca, aby można było jej dotknąć, a wskaźnik temperatury oleju wskazywał linię alarmową 85 stopni. Sprawdziliśmy – przez lata po cichu dodawali sprzęt, a rzeczywiste obciążenie już znacznie przekraczało parametry znamionowe transformatora. Zakup większego oznaczał, że stary fundament nie będzie działał, a prace budowlane kosztowały kupę pieniędzy.
Dobór transformatora wydaje się prosty, ale tak nie jest. Większość ludzi patrzy tylko na pojemność i ignoruje napięcie, straty, typ instalacji i pasujący osprzęt pomocniczy. Oto kilka rzeczy, których nauczyłem się spędzając czas na miejscu.
Pojemność znamionowa nie brzmi: „większa jest lepsza”, ale zbyt mała to katastrofa. Moc transformatora podana jest w kVA, a nie kW. Wiele osób myli moc czynną i bierną. Transformator o mocy 1000 kVA i współczynniku mocy 0,9 może dostarczyć 900 kW; przy współczynniku mocy 0,8, tylko 800 kW. Przed wybraniem pojemności sprawdź rzeczywiste obciążenie, a następnie dodaj marżę. Zazwyczaj należy dążyć do obciążenia od 65% do 75%. Poniżej 50% przez długi czas, straty bez obciążenia pochłaniają zbyt dużo energii; powyżej 85% przez długi czas, margines przeciążenia jest niewielki i letnie upały mogą go zabić. W przypadku zakładów przemysłowych należy dodać 20–30% na przyszłą rozbudowę w ciągu najbliższych trzech do pięciu lat.
Klasa napięcia zależy od systemu zasilania i strony obciążenia. Typowe napięcia pierwotne to 10 kV, 35 kV, 110 kV; napięcie wtórne wynosi zwykle 0,4 kV (380 V/220 V). W projektach zagranicznych czasami wykorzystuje się napięcia 13,8 kV, 24 kV, 33 kV. Zawsze sprawdzaj napięcie znamionowe i częstotliwość lokalnej sieci. Chiny używają 50 Hz; w niektórych krajach stosuje się częstotliwość 60 Hz – transformator nie jest w stanie obsłużyć obu częstotliwości. Sprawdź także zakres gwintowania. Przełączniki zaczepów pod obciążeniem mają zazwyczaj ±2×2,5%; Przełączniki zaczepów pod obciążeniem zapewniają szerszy zakres. Jeśli napięcie ulega dużym wahaniom, wybierz opcję przełączania zaczepów pod obciążeniem.
Straty to utrata obciążenia bez obciążenia i utrata obciążenia – to tutaj ujawniają się długoterminowe koszty. Tani transformator może spalić znacznie więcej energii elektrycznej w ciągu pięciu lat, niż wynosi różnica w cenie. Strata bez obciążenia (strata w rdzeniu) zależy od materiału rdzenia i konstrukcji. Amorficzne rdzenie metalowe zmniejszają straty bez obciążenia o około 70% w porównaniu ze stalą krzemową, ale są droższe. Strata obciążenia (strata miedzi) zależy od rezystancji uzwojenia. Uzwojenia miedziane dają mniejsze straty niż aluminium, ale są cięższe. Normy krajowe obecnie promują transformatory o wydajności Tier 1 i Tier 2. Kosztują więcej na początku, ale oszczędności w zużyciu energii zwracają się zwykle po trzech latach. Jeśli transformator przez większość czasu pracuje pod dużym obciążeniem, priorytetem jest utrata obciążenia. Jeśli przez większość czasu jest lekko obciążony, priorytetowo traktuj utratę bez obciążenia.
Rodzaj instalacji i środowisko decydują o konstrukcji. Transformatory olejowe (S11, S13, S20 itp.) są tańsze, dobrze odprowadzają ciepło i mają dobrą odporność na przeciążenia, ale wymagają ochrony przeciwpożarowej i nadają się do podstacji zewnętrznych. Transformatory suche (SCB10, SCB12, SCB14 itp.) są ognioodporne i można je stosować w warsztatach lub pomieszczeniach elektrycznych, ale są droższe i głośniejsze. Na obszarach przybrzeżnych lub w zakładach chemicznych o dużej korozji wybierz obudowy ze stali nierdzewnej lub specjalne powłoki. Na dużych wysokościach (powyżej 1000 m) obniż parametry transformatora o około 1–2% na każde dodatkowe 1000 m lub wybierz jednostkę typu „plateau”.
Urządzenia zabezpieczające należy dobrać razem z transformatorem. Po stronie pierwotnej potrzebne są bezpieczniki topikowe lub wyłącznik automatyczny. Dobór bezpieczników ochronnych musi być dostosowany do wydajności transformatora i prądu zwarciowego. W przypadku transformatorów o mocy poniżej 100 kVA należy wybrać wkładkę bezpiecznikową o wartości znamionowej 2–3 razy większej niż prąd pełnego obciążenia; dla mocy 100 kVA i większej 1,5–2 razy. Zbyt wysoka wartość bezpiecznika i usterka wtórna nie spowoduje przepalenia bezpiecznika głównego – transformator może się spalić. Zbyt niski, a prąd rozruchowy będzie go wysadzał przy każdym włączeniu zasilania. Również po stronie pierwotnej potrzebne są ograniczniki przepięć do ochrony odgromowej. Wybierz ogranicznik tlenków metali przystosowany do maksymalnego napięcia systemu i upewnij się, że rezystancja uziemienia jest dobra. Po stronie wtórnej typowy jest wyłącznik kompaktowy i zabezpieczenie przeciwprzepięciowe.
Metoda chłodzenia i stopień ochrony zależą od lokalizacji. W przypadku instalacji suchych do zastosowań wewnętrznych wymuszone chłodzenie powietrzem (AF) zapewnia wyższą krótkotrwałą odporność na przeciążenia. W przypadku stosowania na zewnątrz pomieszczeń wypełnionych olejem zwykle wystarcza olej naturalny powietrzno-naturalny (ONAN); jeśli ładunek jest ciężki, użyj oleju naturalnego i powietrza (ONAF). Stopień ochrony: IP54 dla zastosowań zewnętrznych (kurz i strumień wody), IP20 lub IP30 dla zastosowań wewnętrznych. Wejście/wyjście kabla może być od góry, od dołu lub z boku. Potwierdź przed złożeniem zamówienia, w przeciwnym razie otrzymasz urządzenie, które nie będzie się łączyć.
Jeszcze jeden punkt, który łatwo przeoczyć: napięcie impedancyjne i odporność na zwarcia. Napięcie impedancyjne (Uk%) wpływa na regulację prądu zwarciowego i napięcia. W przypadku transformatorów rozdzielczych wartość Uk% wynosi zwykle 4% lub 6%. Jeśli zdolność zwarciowa systemu jest duża, należy wybrać transformator o wysokiej impedancji, aby ograniczyć prąd zwarciowy – w przeciwnym razie rozdzielnica znajdująca się za nim może nie być w stanie go przerwać. Przed dostawą należy sprawdzić, czy wytrzymałość dynamiczna i termiczna (szczytowy prąd wytrzymywany i krótkotrwały prąd wytrzymywany) spełniają wymagania systemowe.
Informacje na tabliczce znamionowej i problemy z wymianą. Najgorszą rzeczą przy wymianie starego transformatora jest zakup takiego, który nie pasuje. Zmierz odległość od środka śruby podstawy, położenie i wysokość tulei głównej/wtórnej oraz wymiary całkowite. Wyślij wszystkie numery do producenta i sprawdź czy będzie to bezpośredni zamiennik. W przeciwnym razie będziesz modyfikować fundament ogromnym kosztem. Sprawdź także stare bezpieczniki odłączalne i ograniczniki przepięć na transformatorze – mogą wymagać wymiany w tym samym czasie. Najlepiej wybierać pasujące produkty tej samej marki, tak aby wymiary się zgadzały.
Oto wniosek: dobór transformatora nie polega wyłącznie na wyborze liczby kVA. Napięcie, straty, typ instalacji oraz odpowiednie bezpieczniki i ograniczniki przepięć – jeśli którykolwiek z nich zostanie wyłączony, pojawią się problemy. Zbierz parametry sieci obiektu, profil obciążenia, środowisko, budżet i oczekiwaną żywotność, a następnie przekaż dane profesjonalnemu producentowi w celu wyceny i porównania. W ten sposób otrzymasz właściwy.