Трансформаторы, устанавливаемые на поверхности грунта: решение задач масштаба и надёжности в Северной Америке

Инфраструктура распределения Северной Америки сталкивается с совокупностью факторов: изменение характера нагрузок, новое строительство, электрификация и растущие требования к устойчивости. Подземные распределительные системы расширяются в жилых районах, коммерческих объектах, промышленных парках, проектах зарядных станций для электромобилей (EV) и других приложениях с высокой нагрузкой. Одновременно центры обработки данных, распределённые источники энергии и аккумуляторные системы хранения энергии предъявляют новые требования к локальной распределительной мощности.

А трансформатор с установкой на постамент является ключевым компонентом во многих из этих подземных распределительных систем. Его герметичная наземная конструкция обеспечивает практичный способ понижения напряжения среднего уровня для жилых, коммерческих, промышленных и инфраструктурных нагрузок без использования воздушного оборудования на опорах.

Для энергоснабжающих организаций, застройщиков, подрядчиков EPC и инженеров-электриков выбор подходящего распределительного трансформатора в наземном исполнении требует больше, чем просто выбор номинальной мощности в кВА. Необходимо учитывать первичное и вторичное напряжение, рост нагрузки, конфигурацию питания (радиальную или кольцевую), конструкцию с изолированными (dead-front) или оголёнными (live-front) токоведущими частями, условия эксплуатации, требования энергоснабжающей организации, а также перспективы электрификации.

Являясь производителем трансформаторов и комплектных трансформаторных подстанций, Dingxin Electric предоставляет индивидуальные решения на основе трансформаторов для распределительных систем Северной Америки и международных рынков.

1. Что такое Трансформатор с установкой на постамент ?

А трансформатор с установкой на постамент это наземный трансформатор, установленный на бетонном или специально спроектированном фундаменте и заключённый в шкаф, защищённый от несанкционированного доступа.

Обычно применяется там, где кабели электрического распределения проложены под землёй. Трансформатор принимает среднее напряжение от распределительной сети и понижает его до уровня, необходимого для последующего электроснабжения жилых, коммерческих, промышленных объектов или инфраструктурных нагрузок.

Площадочные трансформаторы могут быть сконфигурированы как однофазный или трехфазные трансформаторы , в зависимости от конкретного применения и требований к электроснабжению.

Типичные применения включают:

• Жилые кварталы

• Коммерческие здания

• Промышленные объекты

• Деловые парки

• Школы и медицинские учреждения

• Инфраструктура по зарядке

• Проекты возобновляемой энергии

• Системы хранения энергии на основе аккумуляторных батарей

• Распределение электроэнергии на территории дата-центра

• Подземные распределительные сети энергоснабжающих организаций

Трансформаторы, устанавливаемые на опорах, и трансформаторы, устанавливаемые на фундаменте

Основное различие заключается в условиях монтажа и архитектуре распределительной сети.

А опорный трансформатор устанавливается на воздушной линии электропередачи и обычно используется в системах воздушного распределения. Трансформатор, устанавливаемый на фундаменте, размещается на уровне земли и, как правило, применяется совместно с подземными кабелями.

Для новых жилых комплексов, коммерческих кампусов, городских проектов и других применений, где использование воздушных проводников нежелательно или непрактично, трансформаторы, устанавливаемые на фундаменте, обеспечивают компактное решение для подземного электроснабжения.

Выбор подходящего типа трансформатора в конечном счёте зависит от конфигурации сетей электроснабжения, класса напряжения, требований к нагрузке, условий площадки и местных стандартов.

2. Почему спрос на трансформаторы, устанавливаемые на фундаменте, растёт по всей Северной Америке

Несколько тенденций в области инфраструктуры способствуют росту спроса на трансформаторы для подземных распределительных сетей.

Жилищное строительство и недвижимость

Многие новые жилые комплексы используют подземные электрические сети, чтобы сократить количество надземных инфраструктурных объектов и органично вписать электрооборудование в запланированные городские ландшафты.

По мере расширения новых застроек коммунальные службы и застройщики должны учитывать не только первоначальную нагрузку от жилых помещений, но и будущий спрос со стороны более крупных домов, зарядки электромобилей (EV), тепловых насосов и другого электрооборудования.

Расширение коммерческих и промышленных объектов

Коммерческие здания, склады, производственные предприятия, логистические центры и промышленные парки могут требовать значительно большей электрической мощности по сравнению с традиционными жилыми нагрузками.

Новые арендаторы, дополнительное производственное оборудование, автоматизация, системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) и электрификация со временем могут повышать нагрузку на трансформаторы.

Центры обработки данных и нагрузки высокой плотности

Центрам обработки данных требуется непрерывное электропитание для ИТ-оборудования, систем охлаждения, ИБП (UPS) и вспомогательного оборудования.

Хотя более крупные комплексы центров обработки данных могут использовать специализированные понижающие подстанции и несколько трансформаторов, трансформаторы в наземных корпусах также могут входить в состав распределительных систем уровня площадки или периферийных систем в зависимости от архитектуры проекта.

Связанная статья: [Трансформаторы для распределения электроэнергии в центрах обработки данных]

Инфраструктура по зарядке

Зарядка электромобилей (EV) порождает новый локальный спрос на коммерческих объектах, автопарковых депо, зарядных станциях на автомагистралях и городской инфраструктуре.

Объект, ранее требовавший сравнительно скромного электроснабжения, после установки нескольких высокомощных зарядных станций может нуждаться в существенно большей мощности.

Поэтому планирование мощности трансформаторов особенно важно для проектов зарядки электромобилей (EV).

Устаревшая распределительная инфраструктура

Электросетевые компании по всей Северной Америке также заменяют устаревшее распределительное оборудование и модернизируют сети для поддержки меняющихся профилей нагрузки.

Программы замены трансформаторов могут предоставить возможности для повышения мощности, безопасности, эффективности, экологических показателей и эксплуатационной гибкости.

Экстремальные погодные условия и устойчивость электросети

Ураганы, лесные пожары, наводнения, экстремальные температуры и другие природные явления могут дополнительно нагружать распределительную инфраструктуру.

По мере того как коммунальные службы и владельцы инфраструктуры инвестируют в повышение устойчивости, при выборе трансформаторов всё чаще учитываются такие параметры, как прочность корпуса, стойкость к коррозии, физическая безопасность, высота расположения площадки, стратегия замены и доступность оборудования.

3. Проблемы мощности: проектирование на сегодня и завтра

Один из наиболее важных вопросов при выборе наземного трансформатора заключается в следующем:

Следует ли подбирать трансформатор по текущей нагрузке или по будущим потребностям?

Ответ зависит от плана развития проекта, требований коммунальной службы, характеристик нагрузки, доступного пространства и стоимости будущего расширения.

Простой выбор трансформатора исходя только из текущей присоединённой нагрузки может вызвать проблемы, если рост электропотребления окажется быстрее ожидаемого.

Текущая нагрузка против будущей нагрузки

Команда проекта должна провести оценку следующих аспектов:

• Представляют собой разнообразные потребности

• Максимальная потребляемая мощность

• Постоянная нагрузка

• Сезонные колебания нагрузки

• Будущее расширение здания

• Рост зарядки электромобилей (EV)

• Добавление солнечных фотоэлектрических систем (Solar PV)

• Хранилище энергии батареи

• Новые арендаторы или производственное оборудование

• Запланированное обновление электроснабжения

Избыточное увеличение мощности трансформатора без необходимости может повысить первоначальную стоимость и снизить эффективность при низкой загрузке. Недостаточная мощность может привести к ограничению ёмкости, преждевременным модернизациям или сложным изменениям на объекте.

Цель состоит в том, чтобы найти конфигурацию, обеспечивающую баланс между текущими требованиями, будущим ростом, надёжностью, эффективностью и стоимостью жизненного цикла .

Вопросы, которые следует задать перед выбором кВА

Прежде чем выбирать номинальную мощность трансформатора, проектные команды должны задать следующие вопросы:

1. Какова текущая диверсифицированная электрическая нагрузка?

2. Какой рост нагрузки ожидается в ближайшие 3–10 лет?

3. Является ли нагрузка постоянной, сезонной или сильно изменяющейся?

4. Требуется ли резервирование трансформаторов?

5. Какие первичные и вторичные напряжения применяются?

6. Будет ли добавлена зарядка EV в будущем?

7. Может ли быть установлено солнечное PV или BESS в будущем?

8. Запланировано ли строительство дополнительных зданий или привлечение новых арендаторов?

9. Какие нормативные требования к электросетям регулируют монтаж?

10. Достаточно ли места для будущей замены или расширения трансформатора?

Окончательную мощность трансформатора следует определять на основе соответствующего анализа электрических нагрузок и инженерного обзора.

4. Радиальная подача питания против кольцевой подачи питания для наземных трансформаторов

Наземные трансформаторы могут быть настроены для различных схем распределения. Два распространённых варианта — радиальная подача питания и циклическое питание .

Функция	Радиальная подача питания	Циклическое питание
Путь подачи	Обычно один первичный путь подачи	Может подключаться к кольцевой системе распределения
Сложность системы	Относительно простая	Более сложные
Изоляция	Больше зависит от конфигурации вышестоящей сети	Может обеспечить большую гибкость эксплуатации
Типичное применение	Более простые распределительные ветви	Коммерческие объекты, кампусы и приложения с повышенными требованиями к непрерывности электроснабжения
Конфигурация	Прямолинейный	Спроектирован для интеграции в кольцевые системы

Радиальная подача питания

В радиальной распределительной системе трансформатор, как правило, получает питание по одному первичному питающему участку.

Такая конфигурация может быть подходящей для простых распределительных задач, где требуемый уровень непрерывности электроснабжения достигается при использовании одной линии электропередачи.

Циклическое питание

Конфигурация с питанием от кольцевой сети позволяет интегрировать трансформатор в кольцевую распределительную сеть среднего напряжения.

В зависимости от архитектуры системы коммутационные и разъединительные устройства могут обеспечить большую гибкость при техническом обслуживании и управлении линиями электропередачи.

Оборудование с питанием от кольцевой сети, таким образом, может рассматриваться для коммерческих проектов, кампусов и других приложений, где важны гибкость распределения и непрерывность электроснабжения.

Фактическая конфигурация должна соответствовать проекту сети местного энергоснабжающего предприятия, его принципам коммутации, требованиям к защите и техническим характеристикам оборудования.

5. Конструкции с изолированным фронтальным доступом и конструкции с открытым фронтальным доступом

Ещё одной важной спецификацией для североамериканского распределительного трансформатора в наземном исполнении является то, использует ли трансформатор конструкцию с изолированным фронтальным доступом или с открытым фронтальным доступом.

Что такое трансформатор с изолированными выводами?

А трансформатор с изолированным фронтальным доступом обычно использует экранированные и изолированные разъёмные соединители для среднего напряжения. Такая конструкция снижает риск контакта с находящимися под напряжением точками первичного подключения в штатном режиме эксплуатации.

Конструкции с изолированным фронтальным доступом широко применяются в современных подземных распределительных системах и могут быть выбраны в соответствии с требованиями энергоснабжающего предприятия и условиями монтажа.

Что такое трансформатор с открытым фронтальным доступом?

А трансформатор с открытым фронтальным доступом использует конфигурацию, при которой некоторые основные компоненты соединения могут быть открыты или доступны при открытии оборудования.

Оборудование с доступными токоведущими частями остаётся актуальным в некоторых существующих распределительных сетях и конкретных областях применения, хотя требования к проекту различаются в зависимости от энергоснабжающей организации, уровня напряжения, требований безопасности и применимых стандартов.

Какой из них следует использовать?

Универсального ответа не существует.

При выборе следует учитывать:

• Стандарты энергоснабжающей организации

• Напряжение первичной системы

• Процедуры обслуживания

• Требования к безопасности на объекте

• Конфигурацию коммутации

• Архитектуру существующей сети

• Применимые электротехнические стандарты

• Спецификации, разработанные под проект

Для проектов в Северной Америке производитель трансформаторов должен подтвердить предложенную конфигурацию в соответствии с текущими требованиями энергоснабжающей организации до начала производства.

6. Устойчивость: погодные условия, пожары, наводнения и физическая безопасность

Устойчивость электросети становится всё более важным фактором при проектировании распределительной инфраструктуры.

Трансформатор, устанавливаемый на открытом воздухе, должен функционировать в условиях окружающей среды конкретного места размещения и одновременно оставаться доступным для осмотра и технического обслуживания.

Защита от коррозии

Прибрежные зоны, промышленные районы, дорожная соль, влажность и другие факторы могут ускорять коррозию.

В зависимости от места установки инженерам может потребоваться учитывать следующее:

• Системы покрытия корпуса

• Материалы, устойчивые к коррозии

• Компоненты из нержавеющей стали — там, где это целесообразно

• Уплотнение и защита от атмосферных воздействий

• Классификация по степени воздействия окружающей среды

Риск наводнения

Для мест, подверженных наводнениям, необходимо тщательно рассмотреть следующие аспекты:

• Готовая отметка

• Проектирование фундамента

• Дренаж площадки

• Высота установки оборудования

• Организация ввода кабелей

• Местные требования по наводнениям

Трансформатор должен быть включён в общую стратегию устойчивости площадки к наводнениям, а не рассматриваться как изолированный элемент оборудования.

Лесные пожары и экстремальная жара

В районах, подверженных риску лесных пожаров или высоких температур окружающей среды, может потребоваться дополнительный учёт расположения оборудования, расстояния до растительности, требований к корпусу, выбора рабочей жидкости, условий нагрузки и местных требований со стороны энергоснабжающих организаций.

Тепловые характеристики трансформатора также должны быть оценены с учётом ожидаемых условий окружающей среды и профиля нагрузки.

Физическая безопасность

Поскольку трансформаторы в наземных корпусах устанавливаются на уровне земли, корпус и система доступа должны обеспечивать защиту от несанкционированного доступа и случайного прикосновения.

В зависимости от проекта требования могут включать:

• Шкафы с запираемыми дверцами

• Аппаратные средства, устойчивые к вскрытию

• Соответствующие предупреждающие этикетки

• Контролируемого доступа

• Прочную конструкцию корпуса

Конкретная конфигурация системы безопасности должна соответствовать требованиям энергоснабжающей организации и местным нормам безопасности.

7. Интеграция зарядки электромобилей, солнечной энергетики и систем хранения энергии

Современные распределительные сети становятся всё более двунаправленными и динамичными.

Трансформаторная подстанция на опоре, изначально обеспечивавшая традиционные нагрузки здания, впоследствии может быть затронута следующими факторами:

• Зарядка электромобиля

• Солнечная батарея на крыше

• Системы хранения энергии на основе аккумуляторных батарей

• Микросети

• Распределённой генерацией

• Электрическим отоплением

• Новые промышленные нагрузки

Зарядка электромобиля

Зарядные устройства для электромобилей высокой мощности могут создавать значительный локальный спрос, особенно при одновременной работе нескольких устройств.

Инженерам следует оценить:

• Мощность зарядного устройства

• Количество зарядных портов

• Одновременная зарядка

• Управление спросом

• Расширение сети зарядных устройств в будущем

• Нагрузка трансформатора

• Падение напряжения

• Пропускная способность вторичной распределительной сети

Солнечные панели и аккумуляторные системы накопления энергии (BESS)

Фотоэлектрические солнечные панели и аккумуляторные системы накопления энергии (BESS) могут изменить направление и характеристики потока электроэнергии.

В зависимости от конструкции системы инженерам может потребоваться оценить:

• Обратный поток энергии

• Регулирование напряжения

• Согласование защиты

• Тепловую загрузку трансформатора

• Требования к подключению к сети

• Качество питания

Трансформатор, предназначенный для традиционного одностороннего распределения электроэнергии, не следует автоматически считать пригодным для всех двунаправленных применений.

Связанная статья: [Распределительные трансформаторы для солнечных электростанций, систем хранения энергии (BESS) и двунаправленного потока мощности]

8. Чек-лист технических требований к наземным трансформаторам

Прежде чем запросить коммерческое предложение у производитель наземных трансформаторов , командам проекта следует подготовить как можно больше технической информации.

Электрические характеристики

• Однофазный или трёхфазный

• Номинальная мощность в кВА

• Первичное напряжение

• Вторичное напряжение

• Частота

• Базовый уровень изоляции (BIL)

• Импеданс

• Краны

• Требования к регулированию напряжения

• Конфигурация подключения

• Требования к устойчивости при коротком замыкании

Конфигурация распределительной сети

• Радиальная или кольцевая схема питания

• Скрытая или открытая панель

• Требования к основному разъёму

• Требования к переключению

• Конфигурация предохранителей

• Требования к защите от импульсных перенапряжений

Конструкция трансформатора

• Маслонаполненный или сухой тип

• Минеральное масло или эстерная жидкость, где применимо

• Обмотки из меди или алюминия

• Основной материал

• Нужд охлаждения

• Конфигурация корпуса

Требования к месту установки и окружающей среде

• Для внутреннего или наружного использования

• Температура окружающей среды

• Высота

• Воздействие коррозии

• Риск наводнения

• Риск лесного пожара

• Требования к физической безопасности

• Установка пространства

• Требования к вводу кабеля

Стандарты и требования коммунальных служб

• Применимые технические спецификации коммунальных служб

• Местные электротехнические нормы

• Требуемые сертификаты

• Требования к испытаниям

• Требования к документации

Предоставление этих данных на этапе составления коммерческого предложения помогает производителю определить подходящую конфигурацию трансформатора и выявить потенциальные проблемы с техническими спецификациями до начала производства.

Как выбрать производителя трансформаторов для установки на площадке

Выбор производитель наземных трансформаторов включает больше, чем сравнение цен на оборудование.

Для индивидуального распределительного проекта в Северной Америке покупателям следует оценить способность производителя обеспечивать поддержку следующих направлений:

• Инженерные решения для трансформаторов

• Индивидуальные конфигурации напряжения и мощности (кВА)

• Однофазные и трёхфазные решения

• Конфигурации с радиальным и кольцевым питанием

• Конструкции с изолированными (безопасными) выводами

• Индивидуальной настройки корпуса

• Требования к окружающей среде

• Заводские испытания

• Контроль качества

• Технической документации

• Производственная мощность

• Планирование поставки

• Технической поддержки после продажи

Для крупных проектов раннее техническое взаимодействие также может снизить риск изменения технических требований в ходе производства.

Решения Dingxin для трансформаторов на бетонных основаниях

Dingxin Electric является производителем трансформаторов и комплектных трансформаторных подстанций, предлагающим индивидуальное электротехническое оборудование для сетевых, коммерческих, промышленных, возобновляемых источников энергии и инфраструктурных применений.

Наш ассортимент трансформаторов включает трансформаторы на бетонных основаниях, распределительные трансформаторы, силовые трансформаторы, сухие трансформаторы, масляные трансформаторы и комплектные трансформаторные подстанции .

Для проектов в Северной Америке требования к трансформаторам могут значительно различаться в зависимости от спецификаций сетевых компаний, уровней напряжения, условий монтажа, архитектуры распределительных сетей и конкретного применения.

Dingxin поддерживает индивидуальные решения для трансформаторов основанные на проектно-специфических электрических и механических требованиях. В зависимости от применения, индивидуальная настройка может включать мощность трансформатора, напряжение, конфигурацию, корпус, схему подключения, требования к охлаждению, мониторинговые аксессуары и другие проектные параметры.

Независимо от того, включает ли применение подземную систему распределения для жилых районов, коммерческую застройку, промышленное предприятие, проект зарядной инфраструктуры EV, систему возобновляемой энергии или более крупный инфраструктурный проект, трансформатор должен проектироваться с учетом реальной электрической системы, а не выбираться исключительно из стандартного каталога.

Часто задаваемые вопросы

Для чего используется трансформатор в наземном исполнении?

Трансформатор в наземном исполнении в основном используется для понижения напряжения среднего уровня в подземных системах распределения. К типичным областям применения относятся жилые комплексы, коммерческие здания, промышленные предприятия, инфраструктура зарядных станций EV, проекты возобновляемой энергии и сети распределения коммунальных услуг.

В чём разница между трансформатором, установленным на фундаменте, и трансформатором, установленным на опоре?

Трансформатор, установленный на фундаменте, монтируется на уровне земли и обычно используется совместно с подземными распределительными кабелями. Трансформатор, установленный на опоре, крепится на воздушной линии электропередачи и обычно применяется в системах воздушного распределения.

Что такое трехфазный наземный трансформатор?

Трёхфазный трансформатор, установленный на фундаменте, предназначен для трёхфазного электроснабжения и широко используется в коммерческих, промышленных, институциональных и других задачах с повышенными требованиями к мощности.

Что такое трансформатор, установленный на фундаменте, с петлевым питанием?

Трансформатор, установленный на фундаменте, с петлевым питанием, настроен на подключение к средневольтной распределительной системе с замкнутой петлёй. Такая конфигурация обеспечивает повышенную эксплуатационную гибкость для некоторых сетей электроснабжения коммунальных служб и коммерческих потребителей.

Что такое трансформатор с изолированными выводами?

Трансформатор с закрытым фронтальным доступом обычно использует изолированные и экранированные разъёмные соединители среднего напряжения, что снижает риск контакта с находящимися под напряжением первичными точками подключения. Точная конструкция зависит от требований энергоснабжающей организации и конкретного проекта.

Как выбрать подходящий размер трансформатора на бетонной площадке?

При выборе мощности трансформатора следует учитывать текущую диверсифицированную нагрузку, максимальный и продолжительный спрос, рост будущей нагрузки, первичное и вторичное напряжение, резервирование, условия эксплуатации и требования энергоснабжающей организации. Окончательную номинальную мощность должен подтвердить квалифицированный инженер-электрик на основе анализа нагрузки и проектирования системы.

Может ли компания Dingxin адаптировать трансформаторы на бетонной площадке под конкретные задачи?

Да. Компания Dingxin предлагает индивидуальные решения по трансформаторам, ориентированные на специфические требования проекта, включая электрические параметры, конфигурацию, тип корпуса, схемы подключения и другие инженерные характеристики.

Планируете проект подземных распределительных сетей или зарядных станций для электромобилей (EV)?

Правильный распределительного трансформатора в наземном исполнении должен соответствовать электрической нагрузке проекта, требованиям энергоснабжающей организации, условиям установки и стратегии будущего расширения.

Вам нужен трансформатор в наземном исполнении для подземной распределительной сети, коммерческого, промышленного, станции зарядки электромобилей (EV) или энергоснабжающего проекта? Свяжитесь с инженерной командой Dingxin для получения технического коммерческого предложения на основе вашего первичного напряжения, вторичного напряжения, номинальной мощности в кВА, конфигурации, области применения и требуемого графика поставки.

Dingxin Electric — индивидуальные решения в области трансформаторов и комплектных трансформаторных подстанций для современных систем распределения электроэнергии.