Как правильно выбрать силовой трансформатор

Выбор мощности силового трансформатора

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:

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

Нагрузки в долях номинальной по току
	Маслонаполненные трансформаторы	Сухие трансформаторы
1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,75 2,00	— 120 90 70 45 20 10	60 45 32 18 5 — —

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

Источник

Как выбрать силовой трансформатор

В системах электроснабжения промышленных предприятий главные понизительные и цеховые подстанции используют для преобразования и распределения электроэнергии, получаемой обычно от энергосистем. На всех подстанциях для изменения напряжения переменного тока служат силовые трансформаторы различного конструктивного исполнения, выпускаемые в широком диапазоне номинальных мощностей и напряжений.

Что бы подобрать силовые трансформаторы требуется определить их число, тип, номинальные напряжения и мощность, а также группы и схемы соединения обмоток.

Цеховые трансформаторные подстанции (ТП) в настоящее время часто выполняются комплектными (КТП), и во всех случаях, когда этому не препятствуют условия окружающей среды и обслуживания, устанавливаются открыто. Правильное определение числа и мощности цеховых трансформаторов возможно только с учетом следующих факторов: категории надежности электроснабжения потребителей; компенсации реактивных нагрузок на напряжении до 1 кВ; перегрузочной способности трансформаторов в нормальном и аварийном режимах; шага стандартных мощностей; экономичных режимов работы трансформаторов в зависимости от графика нагрузки.

Основные учитываемые параметры при подборе следующие:

1. Первичное напряжение (ВН) – уровень высокого напряжения питающей сети. Например, 6, 10 или 20кВ.
2. Вторичное напряжение (НН) – уровень низкого напряжения, необходимого для питания потребителей электроэнергии. Например, 0,38кВ или 0,23кВ.
3. Количество фаз и частота (Гц).
4. Нагрузка в кВА, учитывающая потенциальный рост мощности в будущем.
5. Место установки силового трансформатора: снаружи/внутри помещения.
6. График нагрузки.
7. Категория надёжности электроснабжения потребителей.
8. Перегрузочная способность трансформатора.

Выбор требуемого числа трансформаторов

Обычно на подстанции выбирают один или два трансформатора.
При этом однотрансформаторные подстанции выбирают:

1. для питания электроприемников, допускающих питание только от одного нерезервированного источника (электроприемников III категории);
2. для питания электроприемников любых категорий через замкнутые сети, подключенные к двум или нескольким подстанциям (или через незамкнутые сети, связанные между собой резервными линиями).

Два трансформатора устанавливают на подстанциях, питающих электроприемники I или II категории и не имеющих на вторичном напряжении связи с другими подстанциями. Чтобы оба трансформатора могли надежно резервировать друг друга, их запитывают от независимых источников по не зависящим друг от друга линиям. Ввиду того, что взаимное резервирование трансформаторов должно быть равнозначным, их выбирают одинаковой мощности. Главные понизительные подстанции (ГПП) предприятий, как правило, сооружают двухтрансформаторными. Необходимость в большем числе трансформаторов встречается редко.

Однотрансформаторные подстанции рекомендуется применять при наличии в цехе электроприемников, допускающих перерыв электроснабжения на время доставки «складского» резерва, или при резервировании, осуществляемом по линиям низшего напряжения от соседних ТП, т. е. они допустимы для потребителей III и II категорий, а также при наличии в сети 380-660 В небольшого количества (до 20%) потребителей I категории.
Двухтрансформаторные подстанции рекомендуется применять в следующих случаях:

• при преобладании потребителей I категории и наличии потребителей особой группы (последним необходим третий источник);
• для сосредоточенной цеховой нагрузки и отдельно стоящих объектов общезаводского назначения (компрессорные и насосные подстанции);
• для цехов с высокой удельной плотностью нагрузок (выше 0,5-0,7 кВА/м2).

Область эксплуатации силового трансформатора

Исходя из особенностей конкретной области применения, требования, предъявляемые к силовому трансформатору, значительно варьируются. Так, при переменной нагрузке трансформатор должен быть устойчив к изменениям напряжения. При осуществлении бесперебойного питания, нагрузочные потери в силовом трансформаторе должны быть доведены до минимума. Когда трансформатор питает станки большой мощности, он должен стабильно справляться с краткими перегрузками. В отдельных отраслях промышленности от силовых трансформаторов требуются высокие эксплуатационные характеристики: стабильный уровень напряжения, минимальный уровень потерь, повышенная надёжность.

Номинальная мощность силового трансформатора

Когда дело касается выбора номинальной мощности исходят из суточного графика нагрузки, отображающего среднесуточную и максимальную активную нагрузку (кВт), а также из расчётной активной нагрузки (когда нет суточных графиков), темпа роста нагрузки и стоимости электроэнергии. В практических условиях значение номинальной мощности выбирают в соответствии с графиком нагрузки и коэффициентом начальной нагрузки. Номинальная полная мощность трансформатора должна быть выше расчётной полной мощности: Sнт>Sр.
Необходимо также учитывать и температуру, при которой эксплуатируется трансформатор.

Выбор конструктивного исполнения трансформаторов

По конструктивному исполнению трансформаторы делят на масляные, заполненные синтетическими жидкостями и сухие. Первые из них обладают хорошим отводом тепла от обмоток и сердечника, хорошей диэлектрической пропиткой изоляции, надежной защитой активных частей от воздействия окружающей среды, дешевизной. Их недостаток — возможность возникновения пожара, взрыва или выброса продуктов разложения масла при случайном повреждении изоляции, приводящая к дуговому короткому замыканию (КЗ) внутри бака трансформатора, особенно при отказе или неправильном срабатывании защиты. Поэтому такие трансформаторы используют для наружной установки или для установки в специальных трансформаторных помещениях подстанций.

Если трансформаторы должны устанавливаться внутри цеха в целях приближения ТП к центру электрических нагрузок, то по соображениям пожарной безопасности используют сухие (безмасляные) трансформаторы. Условия охлаждения таких трансформаторов хуже, чем у масляных, поэтому плотность тока в их обмотках меньше, а габариты, расход активных материалов и стоимость соответственно больше. Следовательно, выбор типа трансформатора (масляного или сухого) является технико-экономической задачей.

В сухих трансформаторах используют различные изоляционные материалы. Наиболее надежной считается литая изоляция из затвердевающих синтетических смол и, обычно на две трети, кварцевого порошкового заполнителя. Пожарная безопасность трансформатора обеспечивается и при применении синтетических негорючих заполняющих жидкостей.

В настоящее время разработаны новые негорючие и при этом нетоксичные жидкости, например, тетрахлорбензилтолуол, которые пока не нашли широкого применения.

Выбор номинальных напряжений и способа регулирования вторичного напряжения трансформаторов. Для двухобмоточных трансформаторов в паспортных данных приводятся номинальные напряжения обмотки высшего и низшего напряжения — UВН и UНН соответственно. Для трехобмоточных — соответственно номинальные напряжения обмоток высшего, среднего и низшего напряжения — UВН, UСН и UНН.

По способу регулирования вторичного напряжения трансформаторы делят на:

1. регулируемые при помощи переключения отводов первичной обмотки при отключении трансформатора; такие трансформаторы снабжены устройством ПБВ (переключения без возбуждения);
2. регулируемые под нагрузкой, т. е. при помощи переключения отводов первичной обмотки без отключения трансформатора; такие трансформаторы снабжены устройством РПН(регулирования под нагрузкой);

В первом случае возможны нечастые сезонные изменения коэффициента трансформации в пределах от —5 до +5 процентов; обычно применяются пять ступеней переключения (-5; —2,5; 0; +2,5; +5 процентов).

Во втором случае число ступеней больше (например, 13 ступеней в пределах от —9 до +9 процентов или 17 ступеней в пределах от —12 до +12 процентов, или 19 ступеней в пределах от —16 до +16 процентов). Трансформатор с РПН снабжен внешним контактным устройством для автоматического переключения ступеней.

В обоих случаях нулевой отвод имеет напряжение, соответствующее UВН трансформатора. Первичное напряжение ГПП предприятий поддерживается энергосистемами настолько стабильным, что обычно необходимость применения трансформаторов с РПН отпадает.

Выбор группы и схемы соединения обмоток силового трансформатора

Указанные параметры выбирают таким образом, чтобы они исключали возникновение высших гармоник и выравнивали нагрузку по стороне ВН при неравномерной нагрузке по стороне НН. Конкретные схема и группа определяются исходя из параметров питающей сети и подключённой нагрузки. Группу и схему соединения необходимо учитывать при параллельном включении силовых трансформаторов, так как их совпадение является обязательным условием параллельной работы.

Тип изоляции

Изоляция силовых трансформаторов может быть жидкой (трансформаторное масло) или сухой (литая изоляция). Выбор типа изоляции силового трансформатора напрямую сопряжён с местоположением данного оборудования: внутри помещения или вне его. При эксплуатации силового трансформатора за пределами помещения, предпочтение отдают жидкой изоляции (например, трансформаторы серии ТМ и ТМГ). Тогда как сухие трансформаторы (например, ТСЗ и ТЛС) применяют при установке в помещении. Жидкая изоляция дольше служит и эффективнее охлаждает трансформатор, но сильнее подвержена воспламенению. Для охлаждения обмоток сухих силовых трансформаторов используется приточная вентиляция. При установке такого оборудования в жарком климате необходимо обратить особое внимание на применение дополнительной вентиляции.

Конструктивное исполнение обмоток

Алюминиевые обмотки применяются в относительно недорогих силовых трансформаторах, тогда как оборудование с медными обмотками выгодно отличается более компактными габаритами и механической прочностью. Стоит обратить внимание и на материал сердечника трансформатора, ведь только высококачественная многослойная электротехническая сталь позволяет снизить потери на гистерезис и вихревые токи.

При выборе нового силового трансформатора необходимо обратить пристальное внимание на следующие детали:

• Нет ли течи масла из-под крепёжных соединений.
• Не потрескались ли резиновые уплотнители под фарфоровыми изоляторами.
• Надёжно ли зафиксированы шпильки вводов трансформатора.
• Исправен ли указатель уровень масла.
• Чётко ли срабатывает анцапфа (ручка регулирования напряжения без возбуждения).

Источник