06.11.2023

Применение UNICORE в трансформаторах для распределительных сетей 6-10 кВ

Распределительные сети 6 - 10 кВ - самый массовый сегмент электроэнергетики. Трансформаторы здесь работают с недогрузкой, поэтому потери холостого хода выходят на первый план. Добавьте сюда требования по шуму, компактности и стойкости к токам КЗ. UNICORE закрывает все эти задачи.

Что такое UNICORE и почему он подходит для 6 - 10 кВ

UNICORE - технология изготовления магнитопроводов из холоднокатаной анизотропной электротехнической стали (GOSS). Разработана в 1997 году. Также известна как DUO или OWC (Octagonal Wound Core).

В отличие от традиционных шихтованных или витых сердечников, UNICORE формируется путём точного перегиба пластин под углом 30°, 45° или 90°. Магнитопровод состоит из двух половин - «мужской» и «женской». При сборке они вставляются одна в другую и образуют замкнутый магнитный контур.

Распределённый зазор

Ключевая особенность - распределённый (ступенчатый) зазор вместо сосредоточенного стыка. Пластины в месте соединения укладываются так, что стыки отдельных слоёв смещены друг относительно друга по длине стержня.

Это даёт три эффекта:

• Минимальный эффективный воздушный зазор. Магнитный поток не упирается в единую плоскость разъёма, а обходит её по соседним слоям.
• Снижение намагничивающего тока. По данным A.E.M. Cores, распределённый зазор уменьшает квадратурную составляющую тока намагничивания почти на порядок.
• Уменьшение потерь холостого хода. Устранение концентрации потока в углах и зонах стыка.

Типы исполнения UNICORE

Для распределительных трансформаторов применяют четыре основных типа.

Тип	Характеристика	Применение
DUO 1	Одна пластина на перекрытие	Минимальные потери, более длительная сборка
DUO 2	Две пластины на перекрытие	Баланс потерь и времени сборки
DUO 3	Три пластины на перекрытие	Быстрая сборка, несколько более высокие потери
DGAP	Распределённый зазор по всей длине стержня	Минимальные потери, трансформаторы до 10 МВА

Для распределительных трансформаторов 6 - 10 кВ оптимальным считается DUO с методом step-lap.

Преимущества UNICORE для сетей 6 - 10 кВ

Снижение потерь холостого хода

В распределительных сетях среднего напряжения трансформаторы часто работают с нагрузкой 30-50% от номинала. В этих условиях потери холостого хода доминируют в структуре суммарных потерь.

UNICORE обеспечивает снижение удельных потерь на 20 - 40% по сравнению с классическими C-образными магнитопроводами. Для трансформаторов 6 - 10 кВ это означает:

• уменьшение счёта за электроэнергию на протяжении всего срока службы;
• снижение нагрева магнитопровода;
• возможность работы при более высокой температуре - без пропитки смолой.

Снижение тока холостого хода

Распределённый зазор существенно снижает намагничивающий ток. Это важно для:

• уменьшения реактивной мощности, потребляемой из сети;
• снижения пусковых токов при включении - актуально для автоматики защиты;
• снижения уровня высших гармоник в токе холостого хода.

Снижение шума

UNICORE-трансформаторы для распределительных сетей характеризуются уровнем шума менее 45 дБ. Это критически важно для городских подстанций, встроенных в жилые здания, и для «карманных» подстанций в спальных районах.

Экономия материалов

Конструкция UNICORE снижает массу магнитопровода. Как следствие - сокращается расход обмоточного провода. Кроме того, технология не требует шлифовки торцов, пропитки и отжига в ряде исполнений. Это упрощает производство.

Совместимость с типовыми конструкциями

Использование существующих обмоток

Одно из важнейших преимуществ - совместимость с существующими конструкциями катушек. При сборке могут использоваться стандартные типы обмоточных форм. Необходимость изменения конструкции трансформатора отсутствует. Производитель может перейти на UNICORE без перепроектирования всего изделия.

Замена традиционных магнитопроводов

UNICORE может заменить практически любые классические шихтованные магнитопроводы. Также он является хорошей альтернативой витым магнитопроводам (wound core). При замене витого сердечника на UNICORE не образуется отходов. Коэффициент заполнения обычно составляет около 70% от митрового магнитопровода.

Технологические ограничения

При проектировании UNICORE для распределительных трансформаторов 6-10 кВ учитывайте:

• Максимальная масса одного магнитопровода - до 1500 кг.
• Максимальная высота - до 300 мм.
• Толщина стали - от 0,05 до 0,35 мм. Для распределительных трансформаторов обычно 0,23 - 0,30 мм.
• Ширина ленты - до 300 - 425 мм.
• Угол перегиба - 30°, 45° или 90°.

Эти параметры полностью покрывают потребности трансформаторов мощностью от 100 до 630 кВА и выше. Это типичные мощности для сетей 6 - 10 кВ.

Пример применения: трансформатор 630 кВА для сети 10 кВ

Рассмотрим трансформатор 630 кВА, 10/0,4 кВ. Он предназначен для установки в городской распределительной сети.

Требования:

• Потери холостого хода - не более 1000 - 1300 Вт.
• Уровень шума - не более 45 дБ.
• Устойчивость к токам КЗ.
• Компактность для размещения в КТП или подстанционном помещении.

Решение с UNICORE DUO 2:

Параметр	Традиционный	UNICORE DUO 2
Масса магнитопровода	1580 кг	1300 кг
Снижение потерь холостого хода	-	10 - 20%
Снижение массы обмоточного провода	-	40 - 50 кг
Уровень шума	-	менее 45 дБ

Результат: трансформатор соответствует требованиям IEC 60076. Он имеет меньшие габариты и массу, а также более низкие эксплуатационные расходы.

Применение в КТП и БКТП

Комплектные трансформаторные подстанции (КТП) и блочные КТП (БКТП) - основная площадка для UNICORE в сетях 6 - 10 кВ. Здесь важны все три фактора: компактность, низкий шум и низкие потери.

Уменьшение массы магнитопровода на 200 - 300 кг даёт прямую экономию на металлоконструкциях подстанции. Снижение шума до уровня менее 45 дБ позволяет ставить КТП ближе к жилым зонам. Снижение потерь холостого хода окупается на протяжении всего срока службы.

Рекомендации по внедрению

1. Выбор типа UNICORE. Для распределительных трансформаторов 6 - 10 кВ оптимален DUO 2 - баланс между потерями и технологичностью сборки. Для критичных по потерям применений (трансформаторы с постоянной недогрузкой) - DUO 1 или DGAP.
2. Согласование с существующими обмотками. Перед переходом на UNICORE проверьте совместимость геометрии окна магнитопровода с имеющимися каркасами катушек. В большинстве случаев изменения не требуются.
3. Учёт технологических ограничений. Убедитесь, что масса, высота и ширина ленты соответствуют возможностям выбранного поставщика магнитопроводов.
4. Испытания опытных образцов. Изготовьте и испытайте опытную партию для подтверждения расчётных характеристик: потери, ток холостого хода, шум.

Коротко о главном

UNICORE - зрелая технология магнитопроводов. В распределительных трансформаторах среднего напряжения она зарекомендовала себя как надёжное решение.

Для сетей 6 - 10 кВ технология даёт снижение потерь холостого хода на 10 - 40%, уменьшение тока холостого хода и уровня шума менее 45 дБ. UNICORE совместим с существующими конструкциями обмоток и может использоваться как прямая замена шихтованных и витых магнитопроводов без перепроектирования трансформатора.

Типовые ограничения (масса до 1500 кг, высота до 300 мм, ширина ленты до 425 мм) полностью покрывают потребности трансформаторов 6 - 10 кВ. Применение UNICORE в распределительных сетях позволяет снизить как капитальные затраты (за счёт экономии материалов), так и эксплуатационные расходы (за счёт снижения потерь).

Все силовые сухие трансформаторы производства «ЗЭМ» собраны в каталоге оборудования. Если нужно подобрать трансформатор под вашу задачу - свяжитесь с нами.

Нужен подбор трансформатора с магнитопроводом UNICORE для сетей 6 - 10 кВ?
Напишите нам - поможем разобраться с техническими параметрами.