Меню

Формула для выбора мощности трансформатора

Выбор мощности силового трансформатора

  • Статьи
  • Вопрос ответ
  • Новости
  • Чертежи и опросные листы
  • Вебинары
  • Калькулятор шины
  • Пуско-наладочные работы

ТМГ 100-10/0,4 (Силовые масляные трансформаторы в герметичном корпусе) Фото

Рациональная схема электроснабжения зависит от технически обоснованного подбора мощности трансформатора, влияющего на эксплуатационные затраты и окупаемость, которая возможна за 6 – 10 лет.

При выборе трансформатора руководствуются следующими критериями:

  1. Категория электроснабжения – определяется количество трансформаторов. Объекты категории электроснабжения III – один трансформатор. Объекты II и I категории электроснабжения – два или в некоторых случаях три трансформатора.
  2. Перегрузочная способность – определение мощности трансформатора.
  3. Суточный график распределения нагрузок – учет нагрузок по времени и дням в неделю.
  4. Экономичный режим работы тр-ра.

Выбор числа трансформаторов

Однотрансформаторные подстанции используются в двух случаях. Во-первых, для объектов III категории электроснабжения. Во-вторых, для потребителей, имеющих возможность резервирования электроснабжения с помощью АВР (автоматического включения резерва) с другого источника питания.

При питании потребителей I и II категории в аварийном режиме на двухтрансформаторной подстанции после срабатывания АВР целый трансформатор принимает на себя нагрузку неисправного. Поэтому его перегрузочной способности должно хватить на время замены вышедшего из строя трансформатора. В нормальном режиме трансформаторы работают недогруженными, что экономически нецелесообразно. Поэтому при аварийной ситуации некоторые потребители III категории электроснабжения отключают от сети.

Перерыв питания объектов II категории ограничен временем в одни сутки. Для восстановления схемы необходим стратегический складской резерв оборудования необходимого для ликвидации аварии. При этом мощность нового трансформатора должна быть идентична заменяемому. Таким образом, сокращается количество резервного оборудования.

Как выбрать силовой трансформатор по мощности

Сбор и анализ мощностей потребителей, запитанных от одного трансформатора, не всегда оказывается достаточным.

Для производственных объектов руководствуются порядком ввода оборудования в работу. При этом учитывают, что все потребители не могут быть включены одновременно. Однако также принимают во внимание возможное увеличение производственной мощности.

Поэтому при расчете и выборе мощности силового трансформатора руководствуются графиком среднесуточной и полной активной нагрузки подстанции, а также длительностью максимальной нагрузки. Если рассчитывается трансформатор, который будет участвовать в электроснабжении объектов жилой инфраструктуры, то учитывают и время года. В зимнее время нагрузка увеличивается за счет включения электрического обогрева, летом – кондиционеров.

Таблица №1 — Выбор силового трансформатора по мощности и допустимым аварийным нагрузкам

Вид нагрузки Интервалы нагрузки (кВ-А) для трансформаторов мощностью (кВ-А)
25 40 63 100 160 250 400 630
Производственные потребители, хоздворы,
мастерские по обслуживанию сельскохозяйственной
техники, стройцеха, овощехранилища и
насосные станции водоснабжения, котельные
до 42 43-68 69-107 108-169 170-270 271-422 423-676 677-1064
Комунально-бытовые потребители — общественные
и административные предприятия (школы,
клубы, столовые, бани, магазины)
в сочетании с жилыми домами
до 44 45-70 71-110 111-176 177-278 279-435 436-696 697-1096
Сельские жилые дома, группы
сельских жилых домов (как правило, одноэтажной застройки)
до 45 46-72 73-113 114-179 180-286 287-447 448-716 717-1127
Комунально-бытовые потребители поселков
городского типа и городов районного подчинения
до 43 44-68 69-108 109-172 173-270 271-422 423-676 677-1064
Жилые дома, поселки городского
типа и города районного подчинения
до 42 43-68 69-107 108-170 171-273 274-427 428-684 685-1077
Смешанная нагрузка с преобладанием (более 60%)
производственных потребителей
до 42 43-67 68-106 107-161 162-257 258-402 403-644 645-1014
Со смешанной нагрузкой с преобладанием (более 40%)
комунально-бытовых потребителей
до 42 43-68 69-107 108-164 165-262 263-410 411-656 657-1033

При отсутствии точных сведений активная нагрузка определяется по формуле:

Sном ≥ ∑ Pmax ≥ Pp;

Где ∑ Pmax – максимальная активная мощность;

Pp– проектная мощность подстанции.

Если график работы подстанции характеризуется кратковременным пиковым режимом мощности – 30 мин или не более 1 часа, то тр-ор будет работать в недогруженном режиме. Поэтому выгоднее подбирать трансформатор с мощностью, приближенной к продолжительной максимальной нагрузке и полностью использовать перегрузочные возможности трансформатора с учетом систематических перегрузок в нормальном режиме.

В реальных условиях значение допустимой перегрузки определяется коэффициентом начальной загрузки. На выбор величины нагрузки влияет температура окружающего воздуха, в котором находится работающий трансформатор.

Коэффициент загрузки всегда меньше единицы.

Kн = Pc/Pmax = Ic/Imax ; где Pc, Pmax и Ic, Imax – среднесуточные и максимальные мощности и тока.

Таблица №2 — Рекомендуемые коэффициенты загрузки силовых трансформаторов цеховых ТП. Коэффициент ограничивает перегрузку трансформатора оставляя по мощности некоторый запас.

Допустимая длительность, мин

Характер суточной нагрузки эквивалентен температуре окружающей среды, постоянной времени трансформатора, типу охлаждения, допускаются периодические перегрузки.

суточный график нагрузки

Рисунок 1 — Расчетный график нагрузки. 1 – суточный по факту; 2 – двухступенчатый эквивалентный фактическому

Согласно графику, начальный период нагрузки характеризуется работой трансформатора с номинальной нагрузкой за 20 часов и коэффициентом начальной нагрузки – 0,705.

Второй период – коэффициент перегруза kпер.= 1,27 и временем – 4 часа. Значит, перегрузки определяются графиком нагрузки преобразованном в эквивалентный график с учетом тепла. Допустимая нагрузка тр-ра зависит от номинальной нагрузки, ее длительности и максимального пика, определяется по коэффициенту превышения нагрузки:

Читайте также:  Паяльник для дома мощность

kпер = Iэ max / Iном

коэффициент начальной нагрузки

Iэ max – эквивалентный максимум нагрузки;

Iэ.н — эквивалентная начальная нагрузка.

Перегрузки трансформаторов допустимы, но их возможности: время и величина ограничены нормативами, установленными заводом изготовителем. Правила ПТЭЭП, глава 2. 1. 20 и гл. 2. 1. 21. ограничивают перегрузку трансформатора до 5%.

Таблица №4 — Перегрузка по времени для масляных трансформаторов

Источник



Определение мощности трансформатора

Одним из важнейших вопросов при проектировании подстанций является выбор силового трансформатора. Ведь он должен полностью обеспечить питание электроприемников при нормальном режиме работы, а также, в зависимости от категории надежности электроснабжения, обеспечить резерв, в случае возникновения аварийного отключения второго трансформатора или питающей линии.

Также при выборе трансформатора необходимо учесть коэффициент заполнения графика нагрузки и максимально использовать возможности перегрузки в часы наибольшей загруженности предприятия.

Трансформаторы наружной установки

Трансформаторы, установка которых производится вне помещений и на местности где среднегодовая и максимальная температура составляют 5 0 и 35 0 , могут нести постоянную нагрузку равную номинальной. Срок службы трансформаторы ограничивает срок службы изоляции его обмоток, и, примерно, составляет 20 лет.

Однако в реальных установках, будь то промышленные предприятия или бытовые потребители, постоянной нагрузки не существует, она все время меняется в течении суток, а также в течении сезонов. Если при проектировании подстанции максимум нагрузок будет соответствовать номинальной мощности трансформатора, то это означает, что нагрузочные способности трансформатора используются недостаточно и мощность подстанции в целом явно завышена. Поэтому выбор трансформатора стоит делать с учетом его перегрузочной способности и при этом учитывать график нагрузки предприятия или других потребителей.

Отношение ограниченной графиком площади, к площади прямоугольника, стороны которого представляют из себя абсциссу (Т=24 часа) и ординату, равной максимальной нагрузке Р max, называют коэффициентом заполнения суточного графика:

Если известна продолжительность максимума, а также коэффициента заполнения графика, то использовав кривые:

Получаем допустимый коэффициент перегрузки масляных трансформаторов:

Где Iн и Sн – соответствующие номинальные токи и мощности трансформаторов.

При максимуме нагрузки, который определяется из кривых показанных выше, износ изоляции не превышает 80% от износа при номинальной нагрузке длительной (естественного износа), что позволяет обеспечить определенный запас при возникновении аварийных перегрузок.

Ранее отмечалось, что указанные величины коэффициентов перегрузок справедливы лишь для трансформаторов, которые установлены не в помещениях, где среднегодовая температура воздуха равна 5 0 . Если же среднегодовая температура не равна 5 0 , а равна какому-то значению ΰ в, необходимо пересчитать коэффициенты перегрузки, умножив их на пересчетный коэффициент, равный:

В часы, когда температура больше 35 0 , но не больше 45 0 (довольно часто бывает летом), нагрузка силового трансформатора должна быть ниже номинальной на (ΰ в — 35 0 )%, независимо от величины коэффициента заполнения графика.

Трансформаторы внутренней установки

При установке трансформаторов внутри помещений неотапливаемых и вентилируемых, среднегодовую температуру можно приминать на 8 0 выше, чем при наружной установке. Кроме перегрузок отмеченных ранее, также могут допускаться дополнительные перегрузки без ущерба для срока службы в зимние месяцы, за счет недогрузки в летнее время. Звучит запутанно. Попробую объяснить.

Например, если в период времени с июня по август нагрузка в р% ниже номинальной, то есть происходит недогрузка, то в период с декабря по март возможно повышение нагрузки на этот же процент р%, но при условии, что она не превышает 15% номинальной нагрузки.

Оба вида этих перегрузок являются нормальными, но они не должны превышать 30% номинальной мощности при коэффициентах заполнения графика не менее 0,6, и 50% при коэффициенте заполнения графика 0,6÷0,3.

В случае возникновения аварийных ситуаций допускается перегрузка трансформаторов на 40% от номинальной мощности на время максимумов общей суточной продолжительности не более 6 часов и в течении менее 5 суток. При этом коэффициент заполнения суточного графика нагрузки в условиях перегрузки не должен превышать 0,75:

Но в рядах городов система электроснабжения допускает перегрузку до 80% (для трансформаторов до 400 кВА).

Формулы, приведенные выше учитывают только условия старения изоляции, и совершенно не учитывают таких факторов как капитальные затраты и прочие факторы.

Примеры

Для наглядности давайте рассмотрим несколько примеров.

Пример 1

Установленный на открытом воздухе трансформатор с номинальной мощностью 630 кВА, среднегодовая температура данной местности составляет 5 0 . Число максимума часов t = 6, а коэффициент заполнения суточного графика К з.г. = 0,7.

Из выше показанных кривых кратностей определяем:

Теперь можем получить максимальную допустимую нагрузку при номинальном значении вторичного напряжения:

Пример 2

Летом тот же трансформатор что в примере 1 загружен на 500 кВА. Необходимо определить допустимую нагрузку зимой (декабрь — март).

Недогрузка в летнее время в процентном соотношении будет иметь вид:

С учетом ограничения можно допустить перегрузку зимой за счет недогрузки летом в 15%.

Тогда получим максимально допустимую перегрузку 14+15 = 29%, где 14 – это значение m = 1,14; выраженное в процентах.

Читайте также:  Мощность одной катушки сабвуфера

Соответственно получаем максимальную нагрузку в течении 6 часового максимума в зимнее время:

Пример 3

Для трансформатора с примера 1, но установленного в помещении (неотапливаемом и вентилируемом), необходимо определить нагрузку в зимние месяцы.

Для решения принимаем среднегодовую температуру на 8 0 больше, чем при наружной установке, то есть 13 0 . Пересчетный коэффициент примет вид:

Определим номинальную мощность:

Недогрузка в летнее время, выраженная в процентах, составит:

Допустимая перегрузка за счет летней недогрузки принимается 13,7%; и, соответственно максимально допустимая перегрузка составит 13,7+14 = 27,7%.

Допустимая максимальная нагрузка

Работа трансформаторов в условиях перегрузки и недогрузки

Для улучшения условий работы перегруженных устройств рекомендуется применять форсирование их охлаждения (например, принудительное обдувание воздухом). Нагрузки подстанций изменяются по определенному графику, так как многие предприятия (особенно городские) имеют ярко выраженные пики и провалы в нагрузках. В летнее время и ночные часы нагрузка трансформаторов может снижаться до 30% от номинальной. В такие моменты в целях снижения потерь в трансформаторах целесообразней отключать один из них. При однотрансформаторных подстанциях очень часто используют перемычки по низшему напряжению, соединяющие смежные подстанции, часть подстанций вовсе отключают, оставляя в работе лишь несколько для покрытия нагрузки. При таком отключении уровень напряжения должен обеспечиваться соответствующий нормальному, то есть перемычки должны быть рассчитаны таким образом, что бы падение напряжений до самых отдаленных потребителей не превышало допустимого и могло обеспечивать нормальный (не аварийный) режим питания электроприемников.

Источник

Расчет и выбор силового трансформатора по мощности и количеству

Содержание

  1. Определение номинальной мощности трансформатора
  2. Режимы работы трансформатора
  3. Перегрузки силовых трансформаторов
  4. Расчет номинальной мощности трансформатора

Расчетный срок службы трансформатора обеспечивается при соблюдений условий:

При проектировании, строительстве, пуске и эксплуатации эти условия никогда не выполняются (что и определяет ценологическаятеория).

Определение номинальной мощности трансформатора

Для правильного выбора номинальной мощности трансформатора (автотрансформатора) необходимо располагать суточным графиком нагрузки, из которого известна как максимальная, так и среднесуточная активная нагрузки данной подстанции, а также продолжительность максимума нагрузки.

График позволяет судить, соответствуют ли эксплуатационные условия загрузки теоретическому сроку службы (обычно 20…25 лет), определяемому заводом изготовителем.

Для относительного срока службы изоляции и (или) для относительного износа изоляции пользуются выражением, определяющим экспоненциальные зависимости от температуры. Относительный износ L показывает, во сколько раз износ изоляции при данной температуре больше или меньше износа при номинальной температуре. Износ изоляции за время оценивают по числу отжитых часов или суток: Н=Li.

В общем случае, когда температура изоляции не остается постоянной во времени, износ изоляции определяется интегралом:

В частности, среднесуточный износ изоляции:

Влияние температуры изоляции определяет, сколько часов с данной температурой может работать изоляция при условии, что ееизнос будет равен нормированному износу за сутки:

При температуре меньше 80°С износ изоляции ничтожен и им можно пренебречь. Температура охлаждающей среды, как правило, не равна номинальной температуре и, кроме того, изменяется во времени. В связи с этим для упрощения расчетов используют эквивалентную температуру охлаждающей среды, под которой понимают такую неизменную за расчетный период температуру, при которой износ изоляции трансформатора будет таким же, как и при изменяющейся температуре охлаждающей среды в тот же период.

Допускается принимать эквивалентную температуру за несколько месяцев или год равной среднемесячным температурам или определять эквивалентные температуры по специальным графикам зависимости эквивалентных месячных температур от среднемесячных и среднегодовых, эквивалентных летних (апрель—август), осенне-зимних (сентябрь—март) и годовых температур от среднегодовых.

Если при выборе номинальной мощности трансформатора на однотрансформаторной подстанции исходить из условия

(где Рмах — максимальная активная нагрузка пятого года эксплуатации; Рр — проектная расчетная мощность подстанции), то при графике с кратковременным пиком нагрузки (0,5… 1,0 ч) трансформатор будет длительное время работать с недогрузкой. При этом неизбежно завышение номинальной мощности трансформатора и, следовательно, завышение установленной мощности подстанции.

В ряде случаев выгоднее выбирать номинальную мощность трансформатора близкой к максимальной нагрузке достаточной продолжительности с полным использованием его перегрузочной способности с учетом систематических перегрузок в нормальном режиме.

Режимы работы трансформатора

Наиболее экономичной работа трансформатора по ежегодным издержкам и потерям будет в случае, когда в часы максимума он работает с перегрузкой (эксплуатация же стремится работать в режимах, когда в часы максимума загрузки данного трансформатора он не превышает свою номинальную мощность). В реальных условиях значение допустимой нагрузки выбирается в соответствии с графиком нагрузки и коэффициентом начальной нагрузки и зависит также от температуры окружающей среды, при которой работает трансформатор.

Коэффициент нагрузки, или коэффициент заполнения суточного графика нагрузки, практически всегда меньше единицы:

В зависимости от характера суточного графика нагрузки (коэффициента начальной загрузки и длительности максимума), эквивалентной температуры окружающей среды, постоянной времени трансформатора и вида его охлаждения согласно ГОСТ допускаются систематические перегрузки трансформаторов.

Читайте также:  Формула измерения электрической мощности потребителя

Перегрузки силовых трансформаторов

Перегрузки определяются преобразованием заданного графика нагрузки в эквивалентный в тепловом отношении (рис. 3.5). Допустимая нагрузка трансформатора зависит от начальной нагрузки, максимума нагрузки и его продолжительности и характеризуется коэффициентом превышения нагрузки:

Допустимые систематические перегрузки трансформаторов определяются из графиков нагрузочной способности трансформаторов, задаваемых таблично или графически. Коэффициент перегрузки передается в зависимости от среднегодовой температуры воздуха /сп вида охлаждения и мощности трансформаторов, коэффициента начальной нагрузки кн н и продолжительности двухчасового эквивалентного максимума нагрузки tmах.

Для других значений tmax допустимый можно определить по кривым нагрузочной способности трансформатора.

Если максимум графика нагрузки в летнее время меньше номинальной мощности трансформатора, то в зимнее время допускается длительная 1%я перегрузка трансформатора на каждый процент недогрузки летом, но не более чем на 15 %. Суммарная систематическая перегрузка трансформатора не должна превышать 150 %. При отсутствии систематических перегрузок допускается длительная нагрузка трансформаторов током на 5 % выше номинального при условии, что напряжение каждой из обмоток не будет превышать номинальное.

На трансформаторах допускается повышение напряжения сверх номинального: длительно — на 5 % при нагрузке не выше номинальной и на 10% при нагрузке не выше 0,25 номинальной; кратковременно (до 6 ч в сутки) — на 10 % при нагрузке не выше номинальной.

Дополнительные перегрузки одной ветви за счет длительной недогрузки другой допускаются в соответствии с указаниями заводом — изготовителя. Так, трехфазные трансформаторы с расщепленной обмоткой 110 кВ мощностью 20, 40 и 63 М ВА допускают следующие относительные нагрузки: при нагрузке одной ветви обмотки 1,2; 1,07; 1,05 и 1,03 нагрузки другой ветви должны составлять соответственно 0; 0,7; 0,8 и 0,9.

Расчет номинальной мощности трансформатора

Номинальная мощность, MB • А, трансформатора на подстанции с числом трансформаторов п > 1 в общем виде определяется из выражения

Для сетевых подстанций, где примерно до 25 % потребителей из числа малоответственных в аварийном режиме может быть отключено, обычно принимается равным 0,75…0,85. При отсутствии потребителей III категории К 1-2 = 1 Для производств (потребителей) 1й и особой группы известны проектные решения, ориентирующиеся на 50%ю загрузку трансформаторов.

Рекомендуется широкое применение складского и передвижного резерва трансформаторов, причем при аварийных режимах допускается перегрузка трансформаторов на 40 % на время максимума общей суточной продолжительностью не более 6 ч в течение не более 5 сут.

При этом коэффициент заполнения суточного графика нагрузки трансформаторов кн в условиях его перегрузки должен быть не более 0,75, а коэффициент начальной нагрузки кпн — не более 0,93.

Так как К1-2 1 их отношение К = К 1-2 / К пер. всегда меньше единицы и характеризует собой ту резервную мощность, которая заложена в трансформаторе при выборе его номинальной мощности. Чем это отношение меньше, тем меньше будет закладываемый в трансформаторы резерв установленной мощности и тем более эффективным будет использование трансформаторной мощности с учетом перегрузки.

Завышение коэффициента к приводит к завышению суммарной установленной мощности трансформаторов на подстанции.

Уменьшение коэффициента возможно лишь до такого значения, которое с учетом перегрузочной способности трансформатора и возможности отключения неответственных потребителей позволит покрыть основную нагрузку одним оставшимся в работе трансформатором при аварийном выходе из строя второго трансформатора.

Таким образом, для двухтрансформаторной подстанции

В настоящее время существует практика выбора номинальной мощности трансформатора для двух трансформаторной подстанции с учетом значения к = 0,7, т.е.

Формально выражение (3.14) выглядит ошибочно: действительно, единица измерения активной мощности — Вт; полной (кажущейся) мощности — ВА. Есть различия и в физической интерпретации S и Р. Но следует подразумевать, что осуществляется компенсация реактивной мощности на шинах подстанции 5УР, ЗУР и что коэффициент мощности cos ф находится в диапазоне 0,92… 0,95.

Тогда ошибка, связанная с упрощением выражения (3.13) до (3.14), не превышает инженерную ошибку 10%, которая включает в себя и приблизительность значения 0,7, и ошибку в определении фиксированного Рмах

Таким образом, суммарная установленная мощность двухтрансформаторной подстанции

При этом значении к в аварийном режиме обеспечивается сохранение около 98 % Рмах без отключения неответственных потребителей. Однако, учитывая принципиально высокую надежность трансформаторов, можно считать вполне допустимым отключение в редких аварийных режимах какойто части неответственных потребителей.

При двух и более установленных на подстанции трансформаторах при аварии с одним из параллельно работающих трансформаторов оставшиеся в работе трансформаторы принимают на себя его нагрузку. Эти аварийные перегрузки не зависят от предшествовавшего режима работы трансформатора, являются кратковременными и используются для обеспечения прохождения максимума нагрузки.

Далее приведены значения кратковременных перегрузок масляных трансформаторов с системами охлаждения М, Д, ДЦ, Ц сверх номинального тока (независимо от длительности предшествующей нагрузки, температуры окружающей среды и места установки).

Аварийные перегрузки масляных трансформаторов со всеми видами охлаждения:

Для трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов указанные перегрузки относятся к наиболее нагруженной обмотке.

Источник