7. Выбор мощности трансформатора
На основе типовых графиков (п1.3 Основные характеристики графиков электрических нагрузок) и других сведений, разработаны таблицы, существенно облегчающие выбор ТП.
Условием для выбора служит выражение:
(25)
где SЭ.Н и SЭ.В -соответственно нижняя и верхняя границы интервалов нагрузки для трансформаторов принятой номинальной мощности, кВА.
Таблица экономических интервалов разработанная институтом «Сельэнергопроект» указывает экономические интервалы нагрузок без учета предельных технических (тепловых) характеристик трансформаторов.
Согласно результата расчета проводов линии напряжением 0,38/0,22 кВ таблица 8 пояснительной записки курсового проекта. Выбираем по данной таблице мощность, приходящую па первый участок линий от ТП. Расчет проводим в зависимости от числа отходящих линий. Можно данной таблице пользоваться как активной, так и полной мощностью.
Формулы для расчета мощности ТП:
Надбавки по мощности выбираем по таблицам 
— (/2/табл.15.7 стр 147)
ΔS – методичка старое издание Каганова.
Выбор мощности трансформатора производим в зависимости от числа отходящих линий. Для выбора будем пользоваться активной мощностью.
Записываем самые большие активные мощности на каждой линии:
Линия — 1 Ртп-1 = 115 кВт cosφ=0,75
Линия — 2 Ртп-2 = 135 кВт cosφ=0,77
Линия — 3 Ртп-11 = 124 кВт cosφ=0,78
Линия — 4 Ртп-16 = 90 кВт cosφ=0,75
Линия — 5 Ртп-17 = 90 кВт cosφ=0,75
Линия — 6 Ртп-18 = 90 кВт cosφ=0,75
Линия — 7 Ртп-19 = 90 кВт cosφ=0,75
Линия — 8 Ртп-20 = 140 кВт cosφ=0,76
Ртп max-20 = 140 кВт – это максимальная мощность отходящей линии.
Для мощностей линии 1, 2 выбираем надбавку по активной мощности:
Ртп-1 = 115 кВт ΔР-1 = 81 кВт;
Ртп-2 = 135 кВт ΔР-2 = 97 кВт.
Ртп-11 = 124 кВт ΔР-2 = 87 кВт.
Ртп-16 = 90 кВт ΔР-2 = 62 кВт.
Ртп-17 = 90 кВт ΔР-2 = 62 кВт.
Ртп-18 = 90 кВт ΔР-2 = 62 кВт.
Ртп-19 = 90 кВт ΔР-2 = 62 кВт.
Рассчитываем расчётную полную мощность трансформатора:
Из таблицы экономических интервалов нагрузки трансформатора подстанций напряжением 6…10/0,4 кВ, выбираем стандартную мощность трансформатора по шифру наименования вида нагрузки 1.7, таблица 17 комплексы по производству свинины.
Мощность 850,4 разделена на 2, так как нет такой цифры в интервале и мы выбираем двухтрансформаторную подстанцию подходит Sтр-ра =2×400 кВ·А
Производим окончательную проверку выбранной номинальной мощности трансформатора в нормальном режиме работы при равномерной нагрузке:
(27)
где Sp – расчетная нагрузка трансформатора, кВА;
Sн.т – номинальная мощность трансформатора, кВА;
KС.Т = 1,37 – коэффициент допустимой систематической перегрузки трансформаторов, /10/ таблица 18.
1,
Рассчитываем коэффициент аварийности и перегрузки для одного трансформатора:
где Sоткл – нагрузка потребителей 2-ой и 3-ей категории надежности.
Р = 3 кВ – дом животновода; Р = 25 кВ – мельница вальцовая; Р = 15 кВ – склад концентрированных кормов и склад готовой продукции.
КАВ –коэффициент допустимой аварийной перегрузки /10/, таблица 17.
Вывод: кав = 1,97 больше 1,53, поэтому данный трансформатор не подходит и его нужно заменить на Sн.т. = 630 кВ*А.
В результате расчёта мы выбрали понижающий трансформатор напряжением 10/0,4 кВ. Параметры трансформатора занесены в таблицу 16.
Таблица 16 – Параметры понижающего трансформатора ТМГСУ — 630-160
Мощность, кВ∙А
Верхний предел первичного напряжения, кВ
Схема соединения обмоток
Потери мощности, кВт ΔРм/ ΔРхх
напряжение к.з.
Сопротивление прямой последовательности, мОм
Сопротивление при однофазном к.з. мОм
Самый экономичный для четырех проводных сетей 0,38 кВ с однофазной или смешанной нагрузкой трансформатор со схемой соединения обмоток У/Ун и новым симметрирующим устройством (СУ) разработан, изготовлен и испытан на соответствие всем требованиям ГОСТ Минским электротехническим заводом им. В.И. Козлова.
В этих трансформаторах ликвидировано явление перегрева их потоками нулевой последовательности, при неравномерной нагрузке фаз и при суммарной мощности нагрузки равной или ниже номинальной.
Трансформатор с СУ улучшают работу защиты и повышают безопасность работы электрической сети. В них резко снижено разрушающее воздействие на обмотки токов при однофазных коротких замыканиях.
СУ значительно улучшает синусоидальность формы кривой изменения напряжения при наличии в сети нелинейных нагрузок (люминесцентных ламп, выпрямительных устройств, сварочных аппаратов и т.п.), что крайне важно при питании многих чувствительных приборов, например, ЭВМ, автоматики, телевизоров.
Сокращен «скачек» повышения напряжения на здоровых фазах при однофазных коротких замыканиях в сети 0,38 кВ.
СУ снимает повышенный шум у трансформаторов У/Ун при их неравномерной по фазам нагрузке, что важно при установке их на ТП, встроенные в жилые здания.
Вместе с тем, симметрирование системы фазных напряжений при неравномерной нагрузке фаз, обеспечивает токоприемники качественным напряжением, отвечающим требованиям ГОСТ 13109-97, что в свою очередь, значительно сокращает выход из строя и продлевает срок службы трехфазных АД, ламп освещения, схем автоматики, электрооборудования многих бытовых объектов и пр.
Трансформаторы со схемой соединения обмоток У/Ун с симметрирующим устройством имеют ту же нулевую группу, как и трансформаторы без него. Это позволяет использовать их в одних и тех же сетях: там где нагрузка в основном трехфазная симметричная — трансформаторы У/Ун, а где однофазная – трансформаторы У/Ун с СУ.
СУ сокращает потери электроэнергии в трансформаторах У/Ун и сети, поэтому повышение стоимости серийных трансформаторов с СУ окупается в среднем за 0,6 года.
Достоинства трансформаторов ТМГ следующие:
— трансформаторы изготовляются в герметичном исполнении с полным заполнением маслом, без расширителя и без воздушной или газовой подушки;
— контакт масла с окружающей средой полностью отсутствует, что исключает увлажнение, окисление и шламообразование масла;
— перед заливкой масло дегазируется, заливка его в бак производиться в специальной вакуумзаливочной камере (при глубоком вакууме), что на много увеличивает электрическую прочность изоляции трансформатора;
— масло в трансформаторах ТМГ (в отличии от трансформаторов ТМ и ТМЗ) практически не меняет своих свойств в течении всего срока службы трансформатора, что исключает необходимость проведения испытаний масла трансформатора ТМГ как при его хранении, так и при вводе в эксплуатацию и в процессе эксплуатации;
— не требуется проведение профилактических, текущих и капитальных ремонтов в течение всего срока эксплуатации трансформатора.
Таблица 17 — Экономические интервалы нагрузки трансформаторов подстанций 6-10/0,4 кВ сельскохозяйственного назначения
Пример выбора мощности силового трансформатора
15 марта 2015 
k-igor
Хочу привести реальный пример выбора мощности силового трансформатора в одном из недавно выпущенных мною проектов. Проект проходил экспертизу и получил замечание по выбору силового трансформатора, вернее нужно было обосновать мощность силового трансформатора.
По техническим условиям было разрешено 180 кВт по третьей категории электроснабжения. На данном этапе я делал лишь одну позицию (склад) с потребляемой мощностью 20 кВт, остальные позиции будут запроектированы позже.
Естественно выбор силового трансформатора я делал исходя из мощности 180 кВт.
Вы, наверное, помните, что у меня же есть статья:
В этой статье я привел ссылки некоторых нормативных документов, поэтому повторяться не буду. Там же я привел и методические указания по выбору силового трансформатора.
На эту тему имеется еще одна статья:
Так что обязательно ознакомьтесь, о чем я писал ранее.
В общем, суть такая, что если выбирать трансформатор по методическим указанием, то нам достаточно мощности силового трансформатора 160 кВА. Именно на это и ссылался эксперт. В проекте выбрана трансформаторная подстанция 250 кВА в металлическом корпусе. Самый дешевый вариант.
Я в свою очередь привел ссылку из ТКП 45-4.04-297-2014 п.11.20. Там сказано, что коэффициент загрузки однотрансформаторной подстанции должен быть 0,9-0,95. Там же написано, что выбор трансформатора должен производиться на основании технических характеристик трансформаторов от заводов-изготовителей.
Рассчитаем коэффициент загрузки трансформатора.
Кз=Sр/Sтр
Sр – полная расчетная мощность, кВА;
Sтр – мощность силового трансформатора, кВА.
Коэффициент мощности я принял 0,8.
А теперь представим, лето, температура воздуха 30 градусов. Как вы думаете, металлическая оболочка будет сильно греться на солнце? В таких условия воздух вокруг трансформатора, на мой взгляд, будет тоже не менее 30 градусов, а скорее всего и больше, т.к. КТП будет под прямыми солнечными лучами. Утверждать не буду, это лишь мои догадки.
Следующая таблица показывает нормы максимально допустимых систематических нагрузок при температуре 30 градусов.
Нормы максимально допустимых систематических нагрузок
Проверим трансформатор 160 кВА. Sр=225 кВА – это не значит, что трансформатор постоянно будет загружен на такую мощность. На такую мощность он будет загружен лишь пару часов в день. В остальное время он будет загружен, скажем на 65 % от этой расчетной мощности.
Тогда К1=146,25/160=0,91, примем значение К1=0,9 – начальная загрузка трансформатора.
Согласно приведенной таблице и при температуре окружающей среды 30 градусов, К1=0,9 трансформатор 160 кВА в нормальном режиме с Sр=225 кВА (Кз=К2=1,4) сможет работать около…0 часов. В таких условиях максимальный коэффициент загрузки трансформатора 1,27 в течение 0,5 часа.
Конечно, следует еще привести таблицу норм допустимых аварийных перегрузок.
Нормы допустимых аварийных перегрузок
По этой таблице наш трансформатор сможет работать чуть больше 2 часов.
Не смотря на то, что трансформатор способен выдерживать аварийные перегрузки, следует иметь ввиду, что в таких режимах трансформатор очень сильно изнашивается и срок эксплуатации его сокращается.
Разумеется, по графику нагрузки значительно проще выбрать мощность силового трансформатора. В наших условиях проектирования, я считаю всегда должен быть небольшой запас прочности оборудования (резерв мощности), поскольку энергосистема развивается, количество потребляемой электроэнергии увеличивается и все чаше в ТУ пишут одним из требований: проверка существующих трансформаторов, т.е. многие подстанции загружены до предела, а для небольших предприятий это может оказаться проблемой.
Вывод: трансформатор 160 кВА не сможет нормально работать при наших условиях эксплуатации, поэтому в проекте выбран трансформатор 250 кВА.
Кстати, энергонадзор согласовал КТП без проблем.
Вы согласны со мной либо нужно тупо руководствоваться методическими указаниями?
Советую почитать:
Рубрика: Про выбор 
Метки: трансформатор
Понравился пост? Подпишись на обновления по e-mail:
Спасибо, не забудьте подтвердить подписку.
комментариев 25 “Пример выбора мощности силового трансформатора”
В соответствии с п. 2.3.9 НТП ЭПП-94 выбор мощности трансформаторов следует производить с учётом средств компенсации реактивной мощности.
В указанном Вами примере выбора мощности трансформатора коэффициент активной мощности слишком низкий принят. В соответствии Приказ МинпромэнергоРоссииот 22.02.2007 № 49, а также СТО 56947007-29.180.02.140-2012 предельное значение коэффициента реактивной мощности не более 0,35 для шин 0,4 кВ.
У меня не было обязательного требования установки КУ и выполнить компенсацию реактивной мощности на данном этапе нет возможности.
В примере я ориентировался на белорусские требования, кстати и методические указания разработаны в РБ и вряд ли имеют силу в РФ.
Для промышленных объектов эти методические указания в принципе и применять нельзя.
Если б это была цеховая КТП, то компенсацию выполнить можно было бы без проблем.
Полностью согласен с автором статьи, что выбор мощности трансформатора необходимо выполнять с учетом коэффициента загрузки в нормальном и аварийном режимах, а также на перспективу расширения сети, тем более, если сам Заказчик на это идет (у меня именно такие случаи были).
Помогите пожалуйста разобраться! Такой вот вопрос у меня возник, немного с пред историей, значит проектировался объект в 2007 году для электроснабжения была выбрана ТП 2×630 кВА, при расчетной полной мощности Sр=561, кВА. В 2015 году приходит письмо о том что фактические нагрузки которые были заявлены в проекте по мимо проектируемых на сегодняшний день выросли на 214,5 кВт и требуется замена трансформаторов на более мощные. Проводим расчет Рр=Кнс*(Сум. Рр потреб.)=0,55 (573,3+78,3+132+381,5)=640,8 кВт; Sр=640,8/0,9=712 кВА Cosf=0,9. Кз(1260)=712/1260=0,56 — Кз(630 авр.)=712/630=1,13 При таком аварийном режиме трансформатор по таблице 14 ГОСТ 14209-85 может работать до 24 часов в сутки при самых худших условиях охлаждения. Возникли вопросы: исходя из расчета замена трансформаторов на более мощные не требуется, как этого просят в письме, правильно ли сделан расчет?; Почему изначально были выбраны трансформаторы на 630 (предположение, что это связано с тем что потребитель 1 категории надежности э.с.), мне не понятно, можно было обойтись и менее мощными? (Люди которые работали над этим проектом давно уволились и найти их не представляется возможным)
Расчет и выбор силового трансформатора по мощности и количеству
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.
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, а Кпер > 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.
Как рассчитать мощность трансформатора по нагрузке в киловатт
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:
- Категория электроснабжения – определяется количество трансформаторов. Объекты категории электроснабжения III – один трансформатор. Объекты II и I категории электроснабжения – два или в некоторых случаях три трансформатора.
- Перегрузочная способность – определение мощности трансформатора.
- Суточный график распределения нагрузок – учет нагрузок по времени и дням в неделю.
- 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:
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.
| Коэффициент загрузки трансформатора | Вид ТП и характер нагрузки |
| Однотрансформаторные ТП с преобладающей нагрузкой II категории при наличии взаимного резервирования по перемычкам с другими подстанциями на вторичном напряжении | |
| ТП с нагрузкой III категории или с преобладающей нагрузкой II категории при возможности использования складского резерва трансформаторов |
Таблица №3 — длительности и величины перегрузки при аварийных режимах с принудительным охлаждением масла устанавливается по заводским параметрам. ПТЭ и ПТБ электроустановок тб. ЭП-4-1
Допустимая длительность, мин
Характер суточной нагрузки эквивалентен температуре окружающей среды, постоянной времени трансформатора, типу охлаждения, допускаются периодические перегрузки.
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:
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
Назначение, мощность и виды трансформаторной подстанции
Расчетная мощность трансформаторной подстанции – основной эксплуатационный показатель распределительного устройства, определяющий эффективность его работы.
Назначение
Прежде чем понять, что такое мощность подстанции – следует разобраться с назначением этой энергетической установки. Трансформаторная подстанция (ТП) предназначается для получения, преобразования и последующего распределения энергии по потребительским нагрузкам. Входящее в ее состав электротехническое оборудование должно:
- гарантировать бесперебойную поставку электроэнергии рядовому потребителю;
- обеспечивать своевременное перераспределение мощности между конечными нагрузками;
- предусматривать возможность расширения схемы (с учетом роста числа нагрузок).
В основу функционирования ТП заложен принцип понижения поступающего по высоковольтным линиям напряжения до приемлемого для поставки потребителю уровня (380 Вольт линейное и 220 Вольт – фазное). Основной функциональный показатель электроустановок типа ТП – их мощность, достаточная для гарантированного обеспечения электроэнергией без «проседания» напряжения в сети.
Достичь этого удается правильным выбором расчетных показателей как самого станционного оборудования, так и параметров распределительных линий с подключенными к ним нагрузками.
Устройство подстанций
Основным функциональным узлом ТП является понижающий трансформатор, для нормальной работы которого в составе подстанции предусмотрено следующее оборудование:
- приборы высоковольтной защиты (разрядники и пробойники);
- выключатели различного типа;
- ограничители перенапряжения;
- трансформаторы тока и напряжения;
- линейные шинные секции;
- приборы для снятия показаний и учёта электроэнергии.
Помимо этого любая подстанция содержит в своем составе устройства контроля, системы энергопитания для собственных нужд и другое вспомогательное оборудование.
Виды ТП
Известно множество разновидностей распределительных трансформаторных подстанций, различающихся по мощности, месту расположения и своему устройству. Среди них можно выделить следующие основные типы:
- ТП мощностью до 40 кВт, используемые для подачи электроэнергии на небольшие объекты.
- Мощные распределительные комплексы, применяемые для энергоснабжения городских микрорайонов и крупных предприятий.
- Комплектные трансформаторные подстанции или КТП, построенные по модульному (блочному) принципу.
Дополнительная информация: КТП в свою очередь подразделяются на проходные и тупиковые, входящие в систему распределительных магистралей.
По месту своего расположения все известные виды ТП делятся на закрытые и открытые станционные установки. Примером второго типа являются мачтовые или столбовые трансформаторные преобразователи.
Основы расчета электрических подстанций
Исходные условия
Перед тем как рассчитать трансформаторную подстанцию потребуется учесть следующие моменты:
- Показатель загруженности станционного оборудования определяется мощностью всех присоединенных к ТП электрических потребителей и потерями в распределительной сети.
- Режим потребления приемников электроэнергии никогда не бывает постоянным.
- Величина нагрузки в таких линиях все время меняется, что вызывает изменение потребляемой от ТП мощности.
Характер изменения нагрузки должен учитываться при расчете оборудования подстанции (включая параметры токопроводящих шин, силовых трансформаторов и преобразователей). Его необходимо принимать во внимание и при расчете величины тепловых потерь, диапазона изменения сетевого напряжения, а также при выборе приборов защиты и компенсирующих устройств.
Расчёт нагрузки
Перед расчетом трансформаторных подстанций следует знать, что их мощность «Р» определяется как сумма рабочих нагрузок на вводных шинах всех подключенных потребителей.
Важно! Этот показатель должен высчитываться с учетом фактора одновременности.
Последний вводится как поправочный коэффициент для действующих сетей напряжением 380/220 Вольт и приводится в специальных таблицах (смотрите ниже).
Рассчитать мощность ТП для каждого участка линии – это значит учесть все однотипные нагрузки, подключаемые одновременно и с примерно одинаковыми значениями энергопотребления. Однако в реальной обстановке эти показатели распределяются совсем не так, что отражается в сезонных, годовых и суточных графиках.
Прекрасное подтверждение этому – величина реактивной мощности (как составляющая общего потребления), которая существенно возрастает в ночное время. Для большинства частных и государственных объектов это объясняется тем, что ночью включены газоразрядные лампы уличного освещения, а также дежурные осветители общественных зданий.
Дополнительная информация: При таком расчете также учитываются пиковые и несимметричные показатели потребления, связанные с мощными индуктивными нагрузками (электродвигателями, например).
Для энергоснабжения сельских населенных пунктов и садово-огородных товариществ, где преобладает смешанный тип нагрузки, вполне достаточно одной или двух трансформаторных подстанций ТП 10/0,4 кВ мощностью до 10 кВА. При выборе вида распределительного устройства для городских районов предпочтение отдается КТП со значением «Р» до160 кВА. Указанные рабочие показатели задаются главным образом мощностью используемых в ТП трансформаторов.
Особенности подсчета мощности трансформаторов
Типовые значения рабочих мощностей преобразовательных изделий строго стандартизированы и могут принимать только дискретные значения (от 25 до 1000 Ватт).
Для определения мощности подстанций, оснащенных типовыми трансформаторами, в первую очередь потребуется собрать данные о подключенных к ней линейных нагрузках. Прямое суммирование полученных результатов в данном случае неприемлемо, поскольку для получения корректного показателя важно распределение потребления во времени.
В многоквартирных домах оно зависит не только от времени суток, но и от сезона: зимой в квартирах включается множество электрообогревателей, летом – не меньшее количество вентиляторов и кондиционеров. Значения поправочных коэффициентов, вводимых для учета сезонности нагрузок для многоквартирных домов, берутся из специальных справочников.
Обратите внимание! Для расчета мощностей, потребляемых промышленными предприятиями, необходим учет особенностей работы технологического оборудования (в частности – знание графика его включении и выключения).
При этом принимаются в расчет режимы максимальной сетевой загрузки (при включении в них предельного числа потребителей – Sмакс). Необходимо учесть и потенциальное расширение производственных мощностей данного предприятия, а также возможность подключения дополнительных нагрузок.
Принимается во внимание и общее число размещенных на подстанции преобразователей (N), мощность каждого из которых рассчитывается по следующей формуле:
Здесь Кз – коэффициент загрузки трансформаторного изделия, определяемый как отношение максимума потребляемой мощности к номиналу того же показателя.
Точное значение искомой величины находится затем из ряда дискретных значений от 25-ти до 1000 Ватт как ближайшее к ним.
Дополнительная информация: На практике доказано, что выбирать сильно заниженный Кз невыгодно из соображений экономии.
Рекомендуемые к применению значения коэффициента загруженности для разных категорий потребителей приведены ниже.
| Категория потребителей | Коэффициент загрузки |
| I | 0,65-0,7 |
| II | 0,7-0,8 |
| II | 0,9-0,95 |
Данные этой таблицы действительны лишь при том условии, что выход из строя одного из станционных трансформаторов автоматически перераспределяет нагрузку на оставшиеся изделия. При этом каждый их них выбирается исходя из допустимой перегрузки (то есть с небольшим запасом по мощности).
Этот показатель ограничивается требованиями предприятия-изготовителя и определяет возможность длительных перегрузок в рабочих цепях трансформаторной подстанции.
Обратите внимание! В соответствие с требованиями ПУЭ и ПТЭЭП перегрузка трансформаторов в течение длительного времени (для синтетических и масляных диэлектриков) ограничена значением 5 процентов.
Для масляных изделий
Для сухих образцов трансформаторов
Из приведенных выше таблиц следует вывод, что трансформаторы с сухой изоляцией критичны к режиму перегрузки больше, чем масляные.
В заключительной части обзора отметим, что расчет трансформаторной подстанции по ее основному показателю (мощности) проводится с учетом следующих исходных данных и соображений:
- количество всех подсоединенных к его шинам нагрузок;
- принятие во внимание постоянного изменения их эксплуатационных параметров (как активных, так и реактивных);
- допустимость перераспределения составляющих мощностей между отдельными потребительскими линиями в соответствие с возможностями входящего в их состав трансформаторного оборудования.
После того, как все эти факторы будут полностью учтены – расчет подстанции сводится к выбору нужных коэффициентов и простому суммированию скорректированных значений.