Выбор и расчет мощности силовых трансформаторов

Выбор числа трансформаторов

Для трансформаторных подстанций используются схемы с одним или двумя трансформаторами. Распределительные устройства, в состав которых входит более 2-х трансформаторов, встречаются только на предприятиях или электростанциях, где использование небольшого их количества не соответствует условиям бесперебойного электроснабжения, условиям эксплуатации. Там экономически удобнее установить несколько трансформаторов сравнительно небольшой мощности, чем один-два мощных. Отремонтировать легче, а неисправный прибор дешевле заменить.

Одиночные трансформаторные подстанции устанавливают в следующих случаях:

• электроснабжение потребителей III категории надежности;
• электроснабжение потребителей любой категории с другими независимыми линиями электропередачи и собственной резервированной автоматикой, переключающей их на эти источники.

Но есть дополнительное требование к одиночным трансформаторным подстанциям. Потребители III категории по надежности электроснабжения хоть и допускают питание от одного источника, но его прерывание ограничено временем в одни сутки. Это обязывает эксплуатирующую организацию иметь запас трансформаторов для замены в случае аварии. Расположение и конструкция подстанции не должны препятствовать этой замене. При обслуживании группы однотрансформаторных подстанций мощность их трансформаторов по возможности выбирается одинаково или количество вариантов электроснабжения сокращается до минимально возможного. Это сводит к минимуму количество оборудования в резерве.

Киосковая подстанция

К третьей категории потребителей относятся:

• села и села;
• гаражные кооперативы;
• малые предприятия, закрытие которых не приведет к массовому отказу от производимой продукции, травмам, экологическому и экономическому ущербу, связанному с закрытием технологического процесса.

Диета для потребителей III категории

Для потребителей, отключение электроэнергии которых не допускается или ограничивается, используются двухтрансформаторные подстанции.

Категория мощности	Время возможного отключения электроэнергии	Силовая цепь
То	Невозможно	Два независимых источника с АВР и собственным генератором
II	В момент переключения оперативного питания	Два независимых источника
III	1 день	Источник питания

Разница между категориями источника питания I и II заключается в способе переключения питания. В первом случае это происходит автоматически (через АВР — АВР), а кроме того имеется собственный независимый источник питания. Во втором переключение происходит вручную. Но минимальное количество трансформаторов для питания таких объектов — не менее двух.

Схема электроснабжения потребителей II категории

В нормальном режиме работы каждый из двух трансформаторов питается от собственной линии и поставляет электроэнергию половине пользователей подстанции. Эти коммуникации подключаются к сборным шинам секции, питаемой от трансформатора. Второй трансформатор питает вторую секцию сборных шин, подключенных к автоматическому выключателю или автоматическому выключателю первой секции.

В аварийном режиме трансформатор должен взять на себя нагрузку всей подстанции. Для этого включается секционный переключатель. У потребителей первой категории включается АВР, у второй — вручную, для чего вместо автомата устанавливается выключатель

Таким образом, мощность трансформаторов подбирается с учетом питания всей подстанции, и в штатном режиме они находятся под нагрузкой. Это экономически нецелесообразно, поэтому по возможности усложняется схема кормления. Существующие потребители III категории отключаются в аварийном режиме, что приводит к снижению требуемой мощности.

Перегрузка трансформатора – режим, сокращающий срок эксплуатации устройства

Трансформатор — это электрическое устройство, используемое для преобразования переменного тока из одного напряжения в другое. Принцип действия основан на электромагнитной индукции.

Какие бывают трансформаторы

Виды трансформаторов

Трансформаторы различаются техническими характеристиками и назначением, делятся на несколько типов, это:

1. Силовые — используются для преобразования электрической энергии в электрических сетях различного напряжения (0,4 / 10,0 / 35,0 / 110,0 / 220,0 / 500,0 / 1150,0 кВ) промышленной частоты 50 Гц. Устанавливаются на трансформаторных подстанциях и специально оборудованных базах и площадках. Они различаются конструкцией системы охлаждения (масляная и сухая), количеством обмоток (2, 3 и более обмоток).
2. Сеть — используется для питания низковольтной бытовой техники и других устройств. Они отличаются количеством обмоток на вторичной стороне и выходным напряжением (от 1,5 до 127,0 В), при этом первичное напряжение составляет 220 В. Это низкочастотные трансформаторы.
3. Автотрансформаторы — отличительной особенностью этих устройств является то, что одна обмотка входит в состав второй (первичной вторичной или первичной вторичной), что позволяет регулировать напряжение на одной из обмоток.
4. Трансформаторы тока — это устройства, первичная обмотка которых включена в цепь питания источника электрической энергии, а устройства, рассчитанные на токи меньших значений, подключены к вторичной. Они используются в системах учета и контроля электроэнергии. Доступно для всех классов напряжения. Основная техническая характеристика — коэффициент трансформации, который определяется как соотношение между током в первичной обмотке и током во вторичной обмотке. Они различаются классом точности, различаются типом изоляции (масляная, литая, газовая, сухая), по принципу преобразования тока (электромагнитная, электрооптическая, магнито-полупроводниковая), по конструкции обмотки первичной (катушка, ввод , шина) в зависимости от условий позиционирования и типа преобразуемых значений.
5. Трансформаторы напряжения, измерения: по принципу действия аналогичны силовым трансформаторам. Различие в назначении — используются в системах измерения и контроля качества электроэнергии.

Принцип работы

Работа трансформатора основана на принципе электромагнитной индукции, которая создается в магнитопроводе аппарата.

Электромагнитная индукция возникает под действием электрического тока, который проходит по первичной обмотке устройства, а через него генерируется электрический ток во вторичной обмотке.

Первичная и вторичная обмотки устройства

Основные характеристики

Мощность — определяет количество энергии потребителя, которое может быть подключено к этому устройству при нормальной работе;

Напряжение: определяет характеристики электрической сети, для которой предназначено устройство.

Режимы работы трансформатора

1. Режим работы: при работе устройства в соответствии с заданными техническими параметрами и в соответствии с требованиями.
2. Режим холостого хода: в этом режиме работы по первичной обмотке протекает ток холостого хода, вторичная сеть разомкнута (без нагрузки);
3. Режим короткого замыкания — аварийный режим работы, характеризующийся коротким замыканием вторичной обмотки.

Еще один режим, который может возникнуть при эксплуатации, — это режим перегрузки, который еще не характеризуется режимом короткого замыкания, но, тем не менее, параметрами, не соответствующими рабочему режиму работы.

Перегрузка трансформатора, ее виды

Набор допустимых нагрузок и перегрузок — определяет нагрузочную способность трансформатора.

Допустимая нагрузка — это нагрузка, соответствующая номинальному режиму работы, неограниченному по времени, при котором отсутствует износ изоляции обмотки, вызванный нагревом во время работы.

Перегрузка — режим работы, вызванный подключением нагрузки с мощностью выше номинальной или температурой окружающей среды выше расчетной. Перегрузка приводит к ускоренному износу изоляции обмотки.

Перегрузки:

1. Систематические — вызваны ежедневным графиком работы. Эти режимы работы должны соответствовать допустимым коэффициентам перегрузки и их времени прохождения для каждого конкретного устройства.
2. Авария — вызванная аварийными ситуациями. К этому типу перегрузок относятся:

• В ближайщем будущем;
• Долгоиграющий.

Перегрузка масляных трансформаторов

Масляный трансформатор — это силовой агрегат, в котором в качестве хладагента используется масло.

Режим работы устройств этого типа регламентируется ГОСТ 14209-97 (IEC354-91) «Правила нагружения силовых масляных трансформаторов», вступивший в силу с 2001 года.

Пределы температуры и тока для режима перегрузки:

Тип нагрузки	Трансформеры
Распределение	средняя мощность	Высокое напряжение
Систематический
Значения электрического тока (относительные единицы)	1.5	1.5	1.3
Температура самой горячей зоны, ° С	140	140	120
Температура охлаждающего агента (масла) в верхнем слое, ° С	105	105	105
Долгосрочная чрезвычайная ситуация
Значения электрического тока (относительные единицы)	1,8	1.5	1.3
Температура самой горячей зоны, ° С	150	140	130
Температура охлаждающего агента (масла) в верхнем слое, ° С	115	115	115
Чрезвычайная ситуация, в краткосрочной перспективе
Значения электрического тока (относительные единицы)	2.0	1,8	1.5
Температура самой горячей зоны, ° С	См. Примечания	160	160
Температура охлаждающего агента (масла) в верхнем слое, ° С	См. Примечания	115	115

* Примечания:

• Для аварийных перегрузок, носящих кратковременный характер, предельные значения температуры хладагента (масла) в верхнем слое и в наиболее нагретой зоне не установлены. Причина этого в том, что при использовании этого типа оборудования невозможно контролировать продолжительность аварийной перегрузки этого типа трансформатора.
• При использовании распределительных трансформаторов следует помнить, что при температурах выше 140-160 ° C могут выделяться пузырьки газа, снижающие диэлектрическую прочность изоляции.

Перегрузка трансформаторов тока

Устройство и режим работы устройств регламентируются ГОСТ 7746-2001 «Трансформаторы тока. Общие технические условия», принятый Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол № 20 от 1 ноября 2001 г.) и внесенный в силу на 01.01.2003г.

Перегрузка данного типа аппаратов возникает при подключении нагрузки выше номинальной, в связи с этим увеличивается значение тока в первичной сети, что негативно сказывается на изоляции устройства.

Коэффициент запаса прочности (первичный ток перегрузки) определяется производителем устройства, соответствует требованиям ГОСТ и МЭК и составляет 5 и 10. / wpmfc_cab_sw

Защита от перегрузки

Для создания безопасных и надежных условий эксплуатации всех элементов электрических сетей и устройств предусмотрены различные системы защиты от нестандартных ситуаций, в том числе и в режимах перегрузки.

Защита от перегрузки иногда основана на использовании:

• Предохранители и автоматические выключатели;
• Релейная защита (максимальная токовая защита; защита от отключения по току; защита от дифференциального тока; защита от дифференциального тока.)
• Газовая защита;
• Противопожарная защита;
• Система для использования специальных программ и автоматизации процессов.

Требования к условиям защиты для различных типов трансформаторов регламентируются Правилами устройства электроустановок (ПУЭ), глава 3.1 «Защита электрических сетей до 1 кВ» и глава 3.2 «Релейная защита».

Выбор конструкции трансформатора

По способу охлаждения и изоляции обмоток трансформаторы производят:

• масло;
• с синтетическими жидкостями;
• воздух.

Трансформатор масляной ванны

Наиболее распространены масляные трансформаторы. Их обмотки размещены в резервуарах, заполненных маслом с повышенными изоляционными характеристиками (трансформаторное масло). Он действует как дополнительная изоляция между обмотками, обмотками разных фаз, разных напряжений и баком трансформатора. Циркулируя внутри бака, он отбирает тепло обмоток, образующееся во время работы. Для лучшего отвода тепла дуговые трубки приварены к корпусу трансформатора, что позволяет маслу циркулировать вне бака и охлаждаться окружающим воздухом. Мощные трансформаторы в масляной ванне оснащены вентиляторами, которые обдувают охлаждающие элементы.

Недостаток маслонаполненных трансформаторов — опасность возгорания при внутреннем повреждении. Поэтому их можно устанавливать только на подстанциях, расположенных отдельно от зданий и сооружений.

Трансформатор с воздушным охлаждением (сухой)

Если трансформаторное распределительное устройство необходимо установить рядом с нагрузкой или в цехах с риском взрыва или пожара, используются трансформаторы с воздушным охлаждением. Их обмотки изолированы материалами для облегчения передачи тепла. Охлаждение осуществляется либо естественной циркуляцией воздуха, либо вентиляторами. Но охлаждение сухих трансформаторов еще хуже, чем масляных трансформаторов.

Решить проблему пожарной безопасности позволяют трансформаторы с синтетическим диэлектриком. Их конструкция аналогична конструкции масляного трансформатора, но вместо масла в баке находится синтетическая жидкость, не склонная к возгоранию, как трансформаторное масло.

Выбор номинальных параметров трансформаторов тока

Перед определением номинальных параметров и проверкой их для различных условий необходимо выбрать тип ТТ, его схему и исполнение. В любом случае номинальные параметры будут общими. Некоторые критерии выбора будут отличаться, о чем ниже.

1. Номинальное рабочее напряжение CT

… Это значение должно быть больше или равно номинальному напряжению электрической системы, в которой должен быть установлен трансформатор тока. Выбирается из стандартного диапазона, кВ: 0,66, 3, 6, 10, 15, 20, 24, 27, 35, 110, 150, 220, 330, 750.

2. Кроме того, перед нами встает вопрос выбора первичного тока ТТ

… Значение этого тока должно быть больше номинального тока электрооборудования, на котором установлен ТТ, но с учетом перегрузочной способности.

Возьмем пример из книги. Допустим, рабочий ток статора ТГ составляет 5600А. Но мы не можем взять ТТ на 6000А, так как турбогенератор может работать с 10% перегрузкой. Это означает, что ток на генераторе будет 5600 + 560 = 6160. И мы не будем измерять это значение через ТТ на 6000А.

Получается, что из ряда токов по ГОСТу нужно будет взять следующее значение. Приведу следующие серии: 1, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 75, 80, 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 750, 800, 1000, 1200, 1500, 1600, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 8000, 10000, 12000, 14000, 16000, 18000, 20000, 25000, 28000, 30000, 32000, 35000, 40000. После 6000 идет 8000. Однако для некоторого электрического оборудования нет разрешить работу с перегрузкой… И для него значение тока будет равно номинальному.

Но на этом выбор первичного тока не заканчивается, так как тогда идет проверка теплового и электродинамического сопротивления при коротких замыканиях.

2.1 Контроль первичного тока по термическому сопротивлению осуществляется по формуле:

Эта проверка показывает, что ТТ выдержит определенное количество тока короткого замыкания (IT) в течение определенного периода времени (tt), а температура ТА не будет превышать допустимых пределов. Или, короче, тепловое воздействие тока короткого замыкания.

iud — пиковый ток короткого замыкания

Определение и формула коэффициента трансформации трансформатора

Получается, что коэффициент — это постоянная величина, показывающая шкалу электрических параметров, она полностью зависит от конструктивных особенностей устройства. Для разных параметров k рассчитывается по-разному. Выделяют следующие категории трансформаторов:

• по напряжению;
• по току;
• для сопротивления.

Перед определением коэффициента необходимо измерить напряжение на катушках. ГОСТ указывает, что проводить такое измерение необходимо по минимуму. Это когда к инвертору не подключена нагрузка, показания можно увидеть на паспортной табличке этого устройства.

Затем показания первичной обмотки делятся на показания вторичной, это будет коэффициент. Если есть информация о количестве витков в каждой катушке, количество витков первичной обмотки делится на количество витков вторичной. В этом расчете не учитывается активное сопротивление катушек. Если имеется несколько вторичных обмоток, они находят свой k для каждой.

Трансформаторы тока имеют свою особенность, их первичная обмотка включена последовательно с нагрузкой. Перед вычислением индекса k измеряются первичный и вторичный токи. Значение первичного тока разлагается на ток вторичной цепи. При наличии в паспорте данных о количестве витков допускается вычисление k путем деления количества витков провода вторичной обмотки на количество витков первичного провода.

При расчете коэффициента для трансформатора сопротивления его еще называют соответствующим, сначала находят входное и выходное сопротивление. Для этого рассчитайте мощность, которая равна произведению напряжения и тока. Затем разделите мощность на квадрат напряжения и получите сопротивление. Разделив входное сопротивление трансформатора и нагрузки по отношению к его первичной цепи и входное сопротивление нагрузки во вторичной цепи, мы получим k устройства.

Есть другой способ расчета. Вам нужно найти коэффициент напряжения k и возвести его в квадрат, результат будет таким же.

Расчет на основе мощности

При выборе трансформаторов для подстанций, обслуживающих жилые дома, в обязательном порядке собирается и анализируется информация о требуемых потребителями мощностях. Второй показатель — это распределение этих мощностей во времени. Расход может варьироваться в зависимости от времени суток и сезона. Образцы графиков есть в справочниках.

Предприятия учитывают технологические характеристики оборудования, время его включения и выключения, периоды зарядки и недогрузки, возможность расширения производства и подключения дополнительных потребителей.

необходимо определить коэффициент загрузки по формуле:

• β = Sр / S, где:

Sр — расчетная нагрузка;

S — номинальная нагрузка.

Если дневной график имеет большие провалы и пики, значение всегда одно и то же.

Есть рекомендуемые значения коэффициентов:

• 0,65-0,7 — для потребителей первой категории;
• 0,7-0,8 — для потребителей второй категории;
• 0,9-0,95 — для потребителей третьей категории.

При этих значениях один трансформатор может взять на себя нагрузку другого в случае неисправности.

В первую категорию входят потребители, которые без электричества могут нанести ущерб, нарушить сложный техпроцесс и остановить дорогостоящее оборудование. Чаще всего у них есть собственные источники питания (батареи, аккумуляторы, линии электропередач, собственные электростанции).

Вторая категория — это потребители, которые без электричества могут иметь брак, простой, нарушение распорядка дня большого количества лиц. Третья категория — это все остальные.

Для масляных преобразователей

Для масляных конвертеров допускаются перегрузки:

• 30% — 2 часа;
• 45% — 80 минут;
• 60% — 45 минут;
• 75% — 20 минут;
• 100% — 10 минут.

Для автотрансформатора эти показания относятся к наиболее нагруженной обмотке.

Для сухих преобразователей

• 20% — сейчас;
• 30% — 45 минут;
• 40% — 32 минуты;
• 50% — 18 минут;
• 60% — 5 минут.

Маслопреобразователи легче переносят перегрузки.

При установке трансформаторов их проверяют на подзарядку в аварийных ситуациях:

• β = Sр / S.

Показатель может достигать 1,7-1,8.

Разные виды трансформаторов и их коэффициенты

Хотя конструктивно преобразователи мало чем отличаются друг от друга, сфера их применения довольно широка. Помимо рассмотренных, существуют следующие типы трансформаторов:

• власть;
• автотрансформатор;
• запястье;
• сварка;
• разделение;
• координировать;
• пиковый трансформатор;
• двойной дроссель;
• трансфлюссор;
• вращающийся;
• воздух и масло;
• трехфазный.

Особенностью автотрансформатора является отсутствие гальванической развязки, первичная и вторичная обмотки выполнены одним проводом, а вторичная является частью первичной. Pulse масштабирует прямоугольные сигналы короткими импульсами. Сварщик работает в режиме короткого замыкания. Разделительные устройства используются там, где в электротехнике требуется особая безопасность: влажные помещения, помещения с большим количеством металлических изделий и тому подобное. Их k в основном равно 1.

Пиковый трансформатор преобразует синусоидальное напряжение в импульсное. Двойная индуктивность состоит из двух двойных катушек, но по конструктивным особенностям относится к трансформаторам. Transfluxor содержит сердечник, состоящий из магнитопровода с высокой остаточной намагниченностью, что позволяет использовать его в качестве памяти. Спиннер передает сигналы вращающимся объектам.

Воздушные и масляные трансформаторы различаются по способу охлаждения. Масло используется для масштабирования высокой мощности. Трехфазные используются в трехфазной цепи.

Для получения дополнительной информации см. Таблицу коэффициента трансформации трансформатора тока.

Номинальная вторичная нагрузка, В	3	5	10	15	ветры	тридцать	40	50	60	75	100
Коэффициент, n	Номинальная предельная кратность
3000/5	37	31 год	25	ветры	17	13	одиннадцать	девять	восемь	6	5
4000/5	38	32	26	22	ветры	15	13	одиннадцать	10	восемь	6
5000/5	38	29	25	22	ветры	16	14	12	одиннадцать	10	восемь
6000/5	39	28 год	25	22	ветры	16	15	13	12	10	восемь
8000/5	38	21 год	ветры	19	18	14	14	13	12	одиннадцать	девять
10000/5	37	16	15	15	14	12	12	12	одиннадцать	10	девять
12000/5	39	ветры	19	18	18	12	15	14	13	12	одиннадцать
14000/5	38	15	15	14	14	12	13	12	12	одиннадцать	10
16000/5	36	15	14	13	13	12	10	10	10	девять	девять
18000/5	41 год	16	16	15	15	12	14	14	13	12	12

Практически все эти устройства имеют магнитопровод. Поток появляется за счет движения электронов в каждом из витков обмотки, а сила токов не должна быть нулевой. Текущий коэффициент трансформации также зависит от типа сердечника:

Коэффициент трансформации трансформаторов — это соотношение между напряжением обмотки высокого напряжения (HV) и напряжением обмотки низкого напряжения (LV) в режиме холостого хода:

Где: Kl — коэффициент трансформации линейных напряжений;

U1 — линейное напряжение обмотки ВН;

U2 — линейное напряжение обмотки НН.

При определении коэффициента трансформации однородных трансформаторов или коэффициента трансформации трехфазных

трансформаторов, соотношение напряжений можно приравнять к соотношению количества витков обмотки

Рекомендуем исследовать охраняемую территорию ЛЭП

где: Кф — коэффициент фазового превращения;

U1f, U2f — фазные напряжения обмоток ВН и НН соответственно;

WI, W2 — количество витков обмоток ВН и НН соответственно.

При измерении коэффициента линейной трансформации трехфазного трансформатора равенство отношения наибольшего и наименьшего линейного напряжения обмоток и, как следствие, количества витков ВН и НН сохраняется только при одних и тех же группах включения этих обмоток обмотки.

Если первичная и вторичная обмотки соединены одинаково, например, как в звезду, так и в треугольник и так далее, коэффициенты фазового и линейного преобразования равны между собой. При разных схемах соединения обмоток, например, одна в звезду, а другая в треугольник, коэффициенты линейного и фазового преобразования не совпадают (в этом случае они отличаются друг от друга в 3 раза).

Определение коэффициента трансформации проводится по всем ветвям обмоток и по всем фазам. Эти меры, помимо проверки самого коэффициента трансформации, позволяют проверить правильность установки выключателя напряжения на соответствующих этапах, а также целостность обмоток.

Для определения коэффициента трансформации используется метод двух вольтметров (рис. 2)

Рис.2 Определение коэффициента трансформации.

Со стороны высокого напряжения (ВН) подается трехфазное напряжение 220 В и измеряется напряжение на вторичной обмотке.

Внимание! Напряжение подается только на обмотки ВН (A, B, C). Результаты измерений занесены в таблицу 2

Пределы измерения вольтметра: ПВ1-250В, ПВ2-15В

Результаты измерений занесены в таблицу 2. Пределы измерений вольтметров: ПВ1-250 В, ПВ2-15В.

Примечание: в этой работе трансформатор имеет положение переключателя.

Коэффициент трансформации отдельных фаз, измеренный на одних и тех же ветвях, не должен отличаться друг от друга более чем на 2%.

Существует несколько способов выбора силового трансформатора, но для конструктора, на мой взгляд, они не подходят.

Буду полагаться только на требования нормативных документов.

По своему опыту могу сказать, что в основном используются масляные трансформаторы, потому что они дешевле. Использование сухого трансформатора должно быть обосновано.

Количество используемых трансформаторов зависит от категории источника питания. Как правило, однотрансформаторные подстанции проектируются в структурах третьей категории электроснабжения, двухтрансформаторные подстанции — второй и первой категории напряжения.

Мощность двухтрансформаторных подстанций следует выбирать с учетом перегрузочной способности трансформатора в аварийном режиме.

Соотношения между допустимыми коэффициентами перегрузки маслонаполненных трансформаторов в послеаварийном режиме и коэффициентами нагрузки трансформаторов в нормальном режиме приведены в таблице.

Допустимый коэффициент перегрузки трансформатора в масле, определяемый по ГОСТ 14209-85	Коэффициент масляной нагрузки трансформатора в нормальном режиме
подстанция с двойным преобразованием	трехполюсная подстанция
1.0	0,5	0,666
1.1	0,55	0,735
1.2	0,6	0,8
1.3	0,65	0,86
1.4	0,7	0,93

Для сухих трансформаторов максимально допустимое значение коэффициента перегрузки трансформатора не должно превышать 1,2.

Заказывая трансформатор, лучше всего узнать у производителя соответствующие программы перегрузки. Они могут отличаться от производителя к производителю.

Согласно СН 174-75 следует принимать следующие коэффициенты нагрузки трансформаторов:

• для цехов с преобладающей нагрузкой I категории с подстанциями с двумя трансформаторами — 0,65-0,7;
• для цехов с преимущественной нагрузкой II категории с однотрансформаторными подстанциями с взаимным резервированием трансформаторов — 0,7-0,8;
• для магазинов с преобладающей нагрузкой II категории с возможностью использования централизованного резерва трансформаторов и для магазинов с нагрузками III категории — 0,9-0,95.

Отсюда видно, что в штатном режиме трансформатор должен быть загружен не более чем на 90-95%.

А теперь хочу остановиться на рекомендациях по выбору силового трансформатора.

Согласно данной инструкции, выбор мощности трансформаторов необходимо производить с учетом их перегрузочной способности в нормальных и послеаварийных режимах работы.

Суть выбора трансформатора заключается в сравнении нашей общей проектной мощности (кВА) с допустимыми диапазонами нагрузок трансформаторов для различных типов потребителей в нормальном и аварийном режимах. В общем, нужно проверить 3 условия.

В методических указаниях все очень подробно описано, а также даны 2 примера выбора однотрансформаторной и двухтрансформаторной подстанций.

Но самое удивительное, что по этой методической инструкции наш трансформатор почти всегда будет работать с перегрузкой или будет загружен почти на 100%. Например, 135 кВА соответствует трансформатору на 100 кВА.

Нормативные документы по выбору силовых трансформаторов:

1. НТП ЭПП-94. Проектирование источников питания для промышленных предприятий. Стандарт технологического проектирования (РФ, взамен СН 174-75).
2. Почтовый индекс 174-75. Инструкция по проектированию электроснабжения промышленных предприятий (похоже, в Республике Беларусь не работает).
3. Методические рекомендации по выбору мощности силовых трансформаторов 10 / 0,4 кВ (РБ).
4. ГОСТ 14209-97. Руководство по зарядке трансформатора в силовом масле.

Зависимость КПД от коэффициента нагрузки

При эксплуатации любого оборудования важна его эффективность. Для трансформаторного оборудования на подстанции или на производстве это отношение напряжения, подаваемого сетью, к напряжению, подаваемому потребителям:

В основном это эффективность преобразования напряжения.

На практике используется более точная формула:

• КПД = 1- (∑P — (P2 + ∑P)), где:

∑P — это сумма потерь в обмотках и в железе.

Потери определяются на основе испытаний на короткое замыкание (Pk) и без нагрузки (P).

КПД достигает максимального значения, если потери в стали и в обмотках равны.

Поскольку отношение потерь холостого хода к выходному напряжению (P / P1) составляет 0,25-0,4, максимальный КПД достигается при коэффициенте нагрузки 0,5-0,7.

Как на практике определить коэффициент нагрузки трансформатора? Существуют каталоги и стандарты с таблицами Pk и P .

Для расчета оптимального значения используется формула:

Это примерно 0,45-0,5.

При понижении или превышении показателя КПД снижается, что приводит к увеличению эксплуатационных расходов.

Если токи малы, полезная работа равна потерям. При превышении оптимальной нагрузки провода обмотки нагреваются и сердечник насыщается, преобразователь нагревается. Во время работы большую часть времени можно регулировать уровень нагрузки таким образом, чтобы получить оптимальное значение КПД.

Группы и схемы соединений

Критериями выбора группы электрических соединений разных фаз обмоток между собой являются:

1. Минимизация уровней высших гармоник в сетях. Это актуально при увеличении доли нелинейных нагрузок потребителей.
2. При несимметричной нагрузке фаз трансформатора токи первичных обмоток должны уравняться. Это стабилизирует режим работы электросетей.
3. При питании четырехпроводных (пятипроводных) сетей трансформатор должен иметь минимальное сопротивление нулевой последовательности для токов короткого замыкания. Это облегчает защиту от замыканий на землю.

Для соблюдения условий п. 1 и п. 2, одна обмотка трансформатора соединена с одной звездой при соединении с другой в виде треугольника. При обеспечении четырехпроводных сетей оптимальным вариантом считается схема Δ / Yo. Обмотки низкого напряжения соединены в звезду с выведенной нулевой клеммой, используемой как PEN-проводник (нейтральный провод).

Еще лучшими характеристиками обладает схема Y / Zo, в которой вторичные обмотки соединены по схеме «зигзаг» с нулевым выводом.

Схема Y / Yo имеет больше недостатков, чем преимуществ, и используется редко.

Определение оптимального режима работы трансформаторов

Определение оптимальной загрузки трансформаторов

Приведем, например, график зависимости потерь активной мощности в трансформаторах от их количества (n) для трансформаторов ТМ 1600/10 и различных значений полной нагрузки подстанции. Кроме того, мы определим оптимальное количество работающих трансформаторов для каждого значения общей нагрузки подстанции и коэффициентов нагрузки трансформаторов.

Рисунок. Зависимости суммарных потерь мощности в трансформаторах от количества работающих силовых трансформаторов для различных значений полной нагрузки подстанции.

Как выбрать силовой трансформатор по мощности

Не всегда достаточно собрать и проанализировать мощность потребителей, обеспечиваемую трансформатором.

Для производственных предприятий руководствуются порядком ввода оборудования в эксплуатацию. При этом учитывается, что всех потребителей нельзя включить одновременно. Однако также учитывается возможное увеличение производственных мощностей.

Поэтому при расчете и выборе мощности силового трансформатора руководствуются графиком активной суточной и полной средней нагрузки подстанции, а также продолжительностью максимальной нагрузки. Если рассчитан трансформатор, который будет участвовать в электроснабжении жилой инфраструктуры, то учитывается и сезон. Зимой нагрузка увеличивается за счет включения электрического отопления, летом — кондиционеров.

Таблица № 1 — Выбор силового трансформатора исходя из разрешенных силовых и аварийных нагрузок

Тип нагрузки	Диапазоны нагрузки (кВ-А) для трансформаторов мощностью (кВ-А)
25	40	63	100	160	250	400	630
Промышленные потребители, семьи, мастерские по обслуживанию сельхозтехники оборудование, строительство, овощехранилище е насосные станции водоснабжения, котельные	до 42	43-68	69-107	108-169	170–270	271-422	423-676	677-1064
Потребители коммунальных услуг и административные предприятия (школы, клубы, столовые, ванные, магазины) совмещен с жилыми домами	до 44	45-70	71-110	111-176	177–278	279-435	436-696	697-1096
Сельские жилые дома, группы сельские жилые дома (обычно одноэтажные)	до 45	46-72	73-113	114-179	180–286	287-447	448-716	717-1127
Сообщество потребителей населенных пунктов городского типа и города районного подчинения	до 43	44-68	69-108	109-172	173–270	271-422	423-676	677-1064
Жилые дома, городские поселки тип и город районного подчинения	до 42	43-68	69-107	108-170	171–273	274-427	428-684	685-1077
Смешанная нагрузка с преобладанием (более 60%) промышленные потребители	до 42	43-67	68-106	107-161	162–257	258-402	403-644	645-1014
Смешанная нагрузка с преобладанием (более 40%) отечественные потребители	до 42	43-68	69-107	108-164	165–262	263-410	411-656	657-1033

При отсутствии точной информации активная нагрузка определяется по формуле:

Snom ≥ ∑ Pmax ≥ Pp;

Где ∑ Pmax — максимальная активная мощность;

Pp — проектная мощность подстанции.

Если график работы подстанции характеризуется кратковременным режимом пиковой мощности — 30 минут или не более 1 часа, трансформатор будет работать в режиме недогрузки. Поэтому выгоднее выбрать трансформатор с мощностью, близкой к максимальной продолжительной нагрузке, и полностью использовать перегрузочные способности трансформатора с учетом систематических перегрузок в нормальном режиме.

В реальных условиях допустимая величина перегрузки определяется исходным коэффициентом нагрузки. На выбор размера нагрузки влияет температура окружающего воздуха, в которой находится рабочий трансформатор.

Коэффициент загрузки всегда меньше единицы.

Kn = Pc / Pmax = Ic / Imax; где Pc, Pmax и Ic, Imax — суточная и максимальная средняя мощность и ток.

Таблица №2 — Рекомендуемые коэффициенты нагрузки силовых трансформаторов цеха ТП. Коэффициент ограничивает перегрузку трансформатора, оставляя определенный запас мощности.

Коэффициент нагрузки трансформатора	Тип ТП и характер нагрузки
0,65… 0,7	Трансформаторные подстанции с двумя трансформаторами с преобладающей категорией нагрузки I
0,7… 0,8	Однотрансформаторные трансформаторные подстанции с преобладающей нагрузкой II категории при наличии взаимного резервирования в перемычках с другими подстанциями по вторичному напряжению
0,9… 0,95	Трансформаторная подстанция с нагрузкой III категории или с преимущественной нагрузкой II категории с возможностью использования складского резерва трансформаторов

Таблица 3 — продолжительность и степень перегрузки в аварийных режимах с принудительным охлаждением масла задаются заводскими параметрами.

Нагрузки в долях от номинального тока	Допустимая продолжительность, мин
Трансформаторы в масляной ванне	Сухие трансформаторы
1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1,75 2,00	— 120 90 70 45 ветры 10	60 45 32 18 5 — —

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

Рисунок 1 — График расчетной нагрузки. 1 — суточные по факту; 2 — двухступенчатый аналог фактического

Согласно графику, начальный период нагрузки характеризуется работой трансформатора с номинальной нагрузкой в ​​течение 20 часов и начальным коэффициентом нагрузки 0,705.

Второй период — коэффициент перегрузки kпер = 1,27 и время — 4 часа. Это означает, что перегрузки определяются программой загрузки, преобразованной в эквивалентную программу с учетом тепла. Допустимая нагрузка трансформатора зависит от номинальной нагрузки, срока его службы и максимальной пиковой нагрузки, определяется коэффициентом превышения нагрузки:

kper = Ie max / Inom

начальный коэффициент загрузки

kn.n. = Т.е. / Ином

То есть max — максимальная эквивалентная нагрузка;

Т.е. — эквивалентная начальная нагрузка.

Допускаются перегрузки трансформаторов, но их возможности: время и амплитуда ограничены стандартами, установленными производителем. Правила PTEEP, гл. 2. 1.20 и гл. 2. 1. 21 ограничить перегрузку трансформатора до 5%.

Таблица 4 — Перегрузка с течением времени для маслонаполненных трансформаторов

Величина перегрузки, %	тридцать	45	60	75	100
Продолжительность, мин.	120	80	45	ветры	10

Таблица 5 — Время перегрузки для сухого трансформатора

Величина перегрузки, %	ветры	тридцать	40	50	60
Продолжительность, мин.	60	45	32	18	5

 

Вентиляция помещения электромонтажных работ должна обеспечивать отвод тепла, чтобы при перегрузке и максимальной температуре воздуха нагрев трансформатора не превышал допустимого значения. Часто в теплых условиях на полях вдали от населенных пунктов применяют естественную вентиляцию, открывая дверцы трансформаторного отсека.

Правила ПУЭ допускают максимальную послеаварийную перегрузку трансформатора до 40% на время не более 6 часов в течение 5 дней.