Практическая работа №2 «Выбор трансформатора. Ориентировочная оценка мощности трансформатора».

Практическая работа №2 «Выбор трансформатора. Ориентировочная
оценка мощности трансформатора».
Цель работы:
1. Изучить критерии выбора трансформатора и его мощности.
2.Ответить на контрольные вопросы.
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. Вопервых, 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.
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.
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:
kпер = Iэ max / Iном
коэффициент начальной нагрузки
Iэ max – эквивалентный максимум нагрузки;
Iэ.н — эквивалентная начальная нагрузка.
К основным параметрам трансформатора относят номинальную мощность,
номинальные первичное и вторичное напряжения, коэффициент
трансформации, напряжение короткого замыкания, потери холостого хода и
потери короткого замыкания.
Номинальная мощность трансформатора определяется его тепловым
режимом. Это та мощность, которую трансформатор может отдавать
длительно при номинальных температурных условиях окружающей среды,
которые регламентированы ГОСТом: максимальное значение температуры
окружающей среды составляет 35 °С, а среднегодовое 5°С.
Тепловой режим трансформатора, соответствующий длительно развиваемой
номинальной мощности, допускает превышение температуры обмоток над
температурой окружающего воздуха не более чем на 70°. При соблюдении
теплового режима в рамках допустимого, а также соответствии окружающих
условий номинальным температурным условиям срок службы
трансформатора составляет 20 лет.
Срок службы определяется степенью старения изоляции, то есть процессом
постепенной утраты ею эластичности, механической и электрической
прочности. Результатом старения изоляции чаще всего становятся короткие
замыкания в обмотках трансформатора.
Выбор числа и мощности трансформаторов на подстанциях определяется
величиной и характером электрических нагрузок (требуемой надежностью
электроснабжения и характером потребления электроэнергии),
территориальным размещением нагрузок, их перспективным изменением и
при необходимости обосновывается техникоэкономическими расчетами.
Основные принципы выбора трансформатора
Как правило, в системах электроснабжения применяются одно и двухт
рансформаторные подстанции. Применение трех трансформаторных
подстанций вызывает дополнительные капитальные затраты и повышает
годовые эксплуатационные расходы. Трехтрансформаторные подстанции
используются редко, как вынужденное решение при реконструкции,
расширении подстанции, при системе раздельного питания силовой и
осветительной нагрузок, при питании резкопеременных нагрузок.
На крупных подстанциях (ГПП) применяются в основном два
трансформатора (два независимых источника питания), так как через такие
подстанции должны обеспечиваться электроэнергией электроприемники I, II
и III категорий надежности электроснабжения.
Одно трансформаторные ТП
Однотрансформаторные ТП выгодны еще и потому, что если работа
предприятия сопровождается периодами малых нагрузок, то за счет наличия
перемычек между ТП на вторичном напряжении можно отключать часть
трансформаторов, создавая этим экономически целесообразный режим
работы. Под экономичным понимается такой режим работы, который
обеспечивает минимальные потери мощности в трансформаторах.
В данном случае решается задача выбора оптимального количества
работающих трансформаторов.
Такие ТП могут быть экономичны и в плане максимального приближения
напряжения 6—10 кВ к электроприемникам, поскольку за счет
децентрализации трансформирования электрической энергии уменьшается
протяженность сетей до 1 кВ. В этом случае вопрос решается в пользу
применения двух однотрансформаторных по сравнению с одной
двухтрансформаторной подстанцией.
Двух трансформаторные ТП
Двухтрансформаторные ТП применяются при преобладании
электроприемников I и II категорий. При этом мощность трансформаторов
выбирается такой, чтобы при выходе из работы одного Другой
трансформатор с учетом допустимой перегрузки принял бы на себя нагрузку
всех потребителей (в этой ситуации можно временно отключить
электроприемники III категории). Такие подстанции желательны и
независимо от категории потребителей, но при наличии неравномерного
суточного или годового графика нагрузки.
В этих случаях выгодно менять присоединенную мощность
трансформаторов, например, при наличии сезонных нагрузок, одно или
двухсменной работы со значительными изменениями загрузки смен.
Электроснабжение населенного пункта, микрорайона города, цеха, группы
цехов или всего предприятия может быть обеспечено от одной или
нескольких ТП. Целесообразность сооружения одно или
двухтрансформаторных подстанций определяется в результате
техникоэкономического сравнения нескольких вариантов системы
электроснабжения. Критерием выбора варианта является минимум
приведенных затрат на сооружение системы электроснабжения.
Сравниваемые варианты должны обеспечивать требуемый уровень
надежности электроснабжения.
Выбор мощности трансформатора
В общем случае выбор мощности трансформаторов производится на
основании следующих основных исходных данных: расчетной нагрузки
объекта электроснабжения, продолжительности максимума нагрузки, темпов
роста нагрузок, стоимости электроэнергии, нагрузочной способности
трансформаторов и их экономичной загрузки.
Основным критерием при выборе единичной мощности так же, как и
количества трансформаторов, является минимум приведенных затрат,
полученный на основе техникоэкономического сравнения вариантов.
Ориентировочно выбор единичной мощности трансформаторов может
выполняться по удельной плотности расчетной нагрузки (кВА/м2) и полной
расчетной нагрузки объекта (кВА).
При удельной плотности нагрузки до 0,2 ВА/м2 и суммарной нагрузке до
3000 кВА целесообразно применять трансформаторы 400; 630; 1000 кВА — с
вторичным напряжением 0,4/0,23 кВ. При удельной плотности и суммарной
нагрузке выше указанных значений более экономичны трансформаторы
мощностью 1600 и 2500 кВА.
Контрольные вопросы:
1. Какими критериями руководствуются при выборе трансформатора?
2. Чем обусловлен выбор количества трансформаторов?
3. Чем руководствуются при расчете и выборе мощности силового
трансформатора?
4. Какие основные параметры трансформатора? Их определение.