Трансформатор УТЗ

Трансформатор УТЗ: конструкция, типы, применение и технические характеристики

Трансформатор УТЗ – это силовой масляный трансформатор общего назначения, производимый на Уральском трансформаторном заводе (г. Екатеринбург). Аббревиатура расшифровывается как «Уральский Трансформаторный Завод» и является зарегистрированной торговой маркой предприятия. Данные трансформаторы предназначены для преобразования электрической энергии в сетях трехфазного переменного тока частотой 50 Гц и являются ключевым элементом в распределительных сетях напряжением 6 и 10 кВ. Их основная функция – понижение высокого входного напряжения (6 или 10 кВ) до низкого уровня (0.4 кВ), необходимого для питания конечных потребителей: жилых, административных и промышленных зданий.

Конструктивные особенности трансформаторов УТЗ

Конструкция трансформаторов УТЗ соответствует классической схеме масляного трансформатора и включает в себя следующие основные компоненты:

• Активная часть (магнитопровод с обмотками): Магнитопровод собирается из листов холоднокатаной электротехнической стали с высокими магнитными свойствами, что минимизирует потери на гистерезис и вихревые токи. Обмотки НН (низкого напряжения) и ВН (высокого напряжения) изготавливаются из алюминиевой или медной проволоки/фольги. Обмотка НН, как правило, является внутренней, цилиндрической, а обмотка ВН – внешней, многослойной цилиндрической или винтовой, в зависимости от мощности.
• Бак трансформатора: Изготавливается из листовой стали, обеспечивает механическую защиту активной части и служит резервуаром для трансформаторного масла. Для трансформаторов мощностью до 250 кВА применяются баки гладкого типа, а для больших мощностей – с радиаторами (трубчатыми или пластинчатыми) для улучшения охлаждения.
• Система охлаждения: В трансформаторах УТЗ используется естественное масляное охлаждение (тип охлаждения М). Масло, циркулируя через радиаторы или стенки бака, отводит тепло от активной части в окружающую среду.
• Вводы: Для подключения к сети высокого напряжения (6 или 10 кВ) используются проходные изоляторы фарфоровые или полимерные. Вводы низкого напряжения (до 1 кВ) обычно представляют собой шины, выведенные на крышку бака.
• Дополнительное оборудование: В стандартную комплектацию входят: расширительный бак (консерватор) с маслоуказателем, термосифонный фильтр (адсорбер) для осушки и очистки масла, газовое реле (для трансформаторов с консерватором), предохранительный клапан. На баке также расположена коробка с переключателем ответвлений (ПБВ), позволяющим регулировать коэффициент трансформации в небольших пределах (±2×2.5% от номинального напряжения ВН) для компенсации падения напряжения в сети.

Основные типы и серии трансформаторов УТЗ

Завод выпускает несколько серий и модификаций трансформаторов, различающихся по мощности, материалу обмоток и конструктивному исполнению.

Таблица 1: Основные серии трансформаторов УТЗ

Серия / Тип	Диапазон мощностей, кВА	Напряжение ВН/НН, кВ	Ключевые особенности
ТМ, ТМГ	25 — 2500	6(10) / 0.4	Классические трансформаторы с переключателем ПБВ. ТМ – с гладким баком или радиаторами, ТМГ – герметичного исполнения (без расширительного бака).
ТМЗ	25 — 2500	6(10) / 0.4	Модернизированная серия с пониженными потерями холостого хода и короткого замыкания за счет оптимизации магнитопровода и обмоток. Соответствует повышенным требованиям энергоэффективности.
ТМБ	25 — 630	6(10) / 0.4	Трансформаторы в баке с гофрированными стенками. Отсутствие сварных радиаторов повышает надежность, так как исключаются течи по сварным швам. Герметичное исполнение.
ТН	Стандартные мощности	6(10) / 0.4	Трансформаторы с литой изоляцией обмоток (не масляные). Не относятся к УТЗ, но часто упоминаются в одном контексте как альтернатива.

Технические характеристики и параметры

Основные параметры трансформаторов УТЗ регламентируются ГОСТ 11677-85 и другими отраслевыми стандартами. При выборе трансформатора ключевыми являются следующие характеристики:

• Номинальная мощность (S_ном): Полная мощность на выводах обмотки НН, выражаемая в кВА. Стандартный ряд мощностей: 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500 кВА.
• Номинальные напряжения обмоток: Для ВН – 6 или 10 кВ, для НН – 0.4 кВ (линейное напряжение 400 В, фазное – 230 В).
• Схема и группа соединения обмоток: Наиболее распространенная схема для распределительных трансформаторов – «звезда/звезда с выведенной нейтралью» (Y/Y_n-0). Это позволяет получить два уровня напряжения (линейное 400 В и фазное 230 В) и обеспечивает нормальную работу при неравномерной нагрузке фаз.
• Потери холостого хода (P_xx): Активная мощность, потребляемая трансформатором при номинальном напряжении на первичной обмотке и разомкнутой вторичной. Зависит от качества стали и конструкции магнитопровода.
• Потери короткого замыкания (P_кз): Активная мощность, потребляемая при коротком замыкании вторичной обмотки при номинальном токе в первичной. Определяется сопротивлением обмоток.
• Напряжение короткого замыкания (U_к): Напряжение, при подведении которого к первичной обмотке при замкнутой накоротко вторичной, в ней протекает номинальный ток. Выражается в процентах от номинального напряжения. Для трансформаторов УТЗ обычно составляет 4.5% или 5.5%.
• Ток холостого хода (I_xx): Ток в первичной обмотке при номинальном напряжении и разомкнутой вторичной. Обычно не превышает 1.5-2.5% от номинального тока.

Таблица 2: Примерные технические характеристики трансформаторов серии ТМЗ 10/0.4 кВ

Мощность, кВА	Потери холостого хода (Pxx), Вт	Потери КЗ (Pкз), Вт	Напряжение КЗ (Uк), %	Ток холостого хода (Ixx), %
100	270	1970	4.5	1.8
250	540	3700	4.5	1.5
630	940	7600	5.5	1.2
1000	1300	11000	5.5	1.0

Область применения и условия эксплуатации

Трансформаторы УТЗ устанавливаются на трансформаторных подстанциях (КТП, БКТП, МТП) как внутри зданий, так и на открытом воздухе. Они являются основным элементом для:

• Коммунально-бытового электроснабжения (районы жилой застройки).
• Электроснабжения промышленных предприятий, офисных и торговых центров.
• Сельскохозяйственных объектов.
• Инфраструктурных объектов (вокзалы, аэропорты, больницы).

Условия эксплуатации должны соответствовать указанным в паспорте: высота над уровнем моря до 1000 м (для больших высот требуется корректировка), температура окружающей среды от -45°С до +40°С, невзрывоопасная среда, отсутствие агрессивных паров и пыли в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Проверенная временем, надежная и ремонтопригодная конструкция.
• Высокая перегрузочная способность благодаря масляному охлаждению.
• Длительный срок службы (25 лет и более) при соблюдении правил эксплуатации.
• Наличие развитой сервисной сети и доступность запасных частей.
• Оптимальное соотношение цены и качества для массового применения.

Недостатки:

• Пожароопасность из-за наличия большого объема трансформаторного масла (требует специальных мер при установке внутри помещений).
• Необходимость регулярного обслуживания: контроль уровня и состояния масла, очистка, сушка.
• Экологические риски при утечке масла.
• Большие габариты и масса по сравнению с сухими трансформаторами аналогичной мощности.

Сравнение с сухими трансформаторами (ТН)

Выбор между масляным (УТЗ) и сухим трансформатором определяется условиями проекта. Сухие трансформаторы, где в качестве охлаждающей и изолирующей среды используется воздух, а обмотки имеют литую или вакуумную пропитку, предпочтительны для установки внутри жилых, общественных и промышленных зданий с повышенными требованиями пожарной безопасности. Их главные плюсы – пожаробезопасность и экологичность. Однако они имеют большие габариты, чувствительны к загрязнению и влажности среды, а их стоимость, как правило, выше. Масляные трансформаторы УТЗ остаются безальтернативным выбором для наружных установок, а также для объектов, где критична стоимость оборудования и требуются высокие перегрузочные способности.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличаются трансформаторы серий ТМ, ТМЗ и ТМГ?

ТМ – базовая серия с стандартными уровнями потерь. ТМЗ – модернизированная серия с пониженными потерями (энергоэффективная). ТМГ – трансформатор герметичного исполнения, не имеющий расширительного бака (консерватора), что исключает контакт масла с атмосферным кислородом и замедляет его старение.

Какое масло заливается в трансформаторы УТЗ и как часто его нужно менять?

Заливается трансформаторное масло по ГОСТ 982 или 10121 (типа ГК, ВГ). Полная замена масла не является плановой операцией и производится только при значительном ухудшении его электроизоляционных и химических свойств (по результатам лабораторного анализа). Регулярно проводится регенерация масла с помощью термосифонного фильтра и его доливка при необходимости.

Как правильно выбрать мощность трансформатора УТЗ для объекта?

Мощность выбирается на основе расчетной электрической нагрузки объекта с учетом коэффициента спроса, перспективы развития, а также допустимых систематических и аварийных перегрузок. Для предварительной оценки используются нормативные удельные нагрузки на квадратный метр (для жилых и общественных зданий) или данные о установленной мощности оборудования (для промышленности). Рекомендуется запас по мощности 15-20%.

Что означает группа соединений Y/Y_n-0 и почему она применяется?

Группа соединений Y/Y_n-0 означает, что обмотки как высшего, так и низшего напряжения соединены в «звезду», причем нейтраль обмотки НН выведена (нулевая точка доступна для подключения). Цифра «0» указывает на нулевой угол сдвига фаз между линейными напряжениями ВН и НН. Данная схема является стандартной для распределительных сетей 0.4 кВ, так как позволяет получить напряжение 230 В для однофазных нагрузок (фаза-ноль) и 400 В для трехфазных нагрузок.

Каков порядок приемо-сдаточных испытаний нового трансформатора УТЗ?

После получения и перед вводом в эксплуатацию трансформатор должен пройти проверку, включающую: внешний осмотр на отсутствие повреждений, контроль уровня масла, измерение сопротивления изоляции обмоток (мегаомметром на 2500 В), измерение коэффициента трансформации, проверку группы соединений, измерение сопротивления обмоток постоянному току, испытание повышенным напряжением промышленной частоты изоляции обмоток, анализ пробы масла на электрическую прочность и тангенс угла диэлектрических потерь.

Какие основные неисправности возникают в трансформаторах УТЗ в процессе эксплуатации?

Наиболее типичные проблемы: снижение уровня масла из-за течей в уплотнениях или сварных швах; ухудшение качества масла (увлажнение, загрязнение); нарушение контактов в переключателе ПБВ; повреждение изоляции обмоток вследствие старения или перегрузок; срабатывание газовой защиты из-за внутренних дефектов. Регулярное техническое обслуживание и диагностика позволяют выявить большинство проблем на ранней стадии.