Сухие силовые трансформаторы курсовая

Что такое сухой трансформатор и как он работает?

Для преобразования электрических величин при передаче и потреблении используется различное трансформаторное оборудование. Среди большого разнообразия данного типа электрических машин существуют модели с различным типом изоляции, количества фаз и охлаждения. Отдельным видом трансформаторного оборудования является сухой трансформатор, который постепенно вытесняет маслонаполненные агрегаты.

Что такое сухой трансформатор?

Понятие сухого трансформатора подразумевает, что пространство между обмотками и корпусом не заполнено жидким диэлектриком. Идея сухих преобразователей появилась относительно давно, однако их практическая реализация всячески тормозилась из-за отсутствия подходящих технических средств.

Поэтому на начальных этапах их изготавливали для внутренней установки в сухих помещениях, маломощных приборов с закрытым корпусом, лабораторных образцов и т.д. Но с появлением технологий и материалов, которые позволили не накапливать влагу из окружающего пространства, их сфера применения расширилась и на открытую часть электроустановок высоковольтного напряжения.

Конструкция и принцип работы

Конструкция сухого агрегата практически не отличается от классического масляного трансформатора.

Среди элементов силовых трансформатором с воздушным охлаждением выделяют:

• Магнитопровод – является элементом передачи магнитодвижущей силы между обмотками. Чаще всего изготавливается из шихтованной, ленточной или пластинчатой стали. По конструкции сердечники трансформаторов сухого типа могут быть стержневыми, кольцевидными или броневыми.

Рис. 2. Магнитопровод трансформатора

• Обмотки – представляют собой элемент для протекания электрического тока и формирования электромагнитного взаимодействия, последующей генерации ЭДС и МДС. Для изготовления обмоток применяются медные или алюминиевые проводники, круглого или прямоугольного сечения. Как и в силовых масляных трансформаторах, обмотки высокого напряжения размещаются на обмотках низкого, а в маломощных могут разноситься по полюсам сердечника.

Рис. 3. Обмотки сухого трансформатора

• Изоляция обмоток – применяется для электрического отделения токоведущих частей от заземленных, их защиты от воздействия окружающей среды. Литая изоляция производится электротехническим лаком, полиамидными и эпоксидными смолами, может покрываться полимерными составом, пропитанной тканью и прочими. В состав большинства материалов включаются антипирены – вещества, приводящие к самозатуханию при возгорании.
• Соединительные стяжки, болты, рамы, распорки и другие вспомогательные детали, обеспечивающие надежное закрепление и фиксацию всех частей. В каждой конкретной модели могут применятся все или только некоторые из вышеперечисленных.
• Защитный кожух или корпус – необходим для предотвращения приближения к токоведущим частям на недопустимое расстояние. Изготавливается специальный кожух из металла, а при работе заземляется.

Рис. 4. Сухой трансформатор в корпусе

• Изоляторы – необходимы для вывода концов обмоток высокого и низкого напряжения через корпус.

Принцип действия заключается в подаче напряжения на первичную обмотку сухого трансформатора, после чего по ней начинает протекать электроток. От направленного движения заряженных частиц возникает электромагнитный поток, наводящий во вторичной обмотке ЭДС. Которая и обеспечивает разность потенциалов во вторичной обмотке и возможность для протекания тока при подключении номинальной нагрузки.

Всего существует три типа обмоток в сухих агрегатах – открытые, монолитные и литые. Из-за применения монолитных и литых обмоток трансформаторы этой серии значительно хуже отводят тепло, поэтому в них используются проводники большего сечения. А в ходе работы отвод тепловой энергии может потребовать принудительной подачи воздуха или большего пространства в корпусе, наличия дополнительных вентиляционных каналов для отвода воздушных масс.

Рис. 5. Система вентиляции трансформатора

Технические параметры

Перед установкой сухого трансформатора важно точно определить его технические характеристики, которые предоставят базовую информацию о пригодности агрегата для работы в тех или иных условиях.

Среди наиболее важных параметров выделяют:

• Номинальная мощность – определяет объем перерабатываемой электроэнергии для сухого трансформатора.
• Номинальное напряжение – показывает значение уровня напряжения, которое может подаваться на каждую из обмоток высокого, среднего и низкого потенциала.
• Перегрузочный коэффициент – показывает, на какую величину рабочая нагрузка может превышать значение номинального тока.

Рис. 6. Перегрузочная способность

• Коэффициенты потерь холостого хода и короткого замыкания.
• Степень пыле- влагоустойчивости и климатического исполнения – определяет внешние условия, при которых допускается эксплуатировать агрегат и сохраняется прочность изоляции.
• Габаритные размеры и масса сухого трансформатора.

Область применения

В виду повсеместного использования электрической энергии для всех производственных и технологических процессов сухие трансформаторы, как высоковольтные преобразователи имеют довольно широкое применение. Их используют для электроснабжения систем наземного электрифицированного транспорта, тяговых и трансформаторных подстанций, питания производственных цехов. Кроме промышленного сектора сухие агрегаты используются в сельскохозяйственной отрасли, для торговых комплексов, курортных баз и поселков. В быту они применяются для электропитания многоквартирных домов, школ и дошкольных заведений.

Область применения слаботочных сухих трансформаторов малой мощности практически ничем не ограничена. Это всевозможные бытовые приборы, устройства и приспособления малой механизации, преобразователи и сварочное оборудование.

Преимущества и недостатки

В сравнении с широко применяемыми маслонаполненными электрическими машинами, сухие трансформаторы обладают рядом преимуществ:

• Не наносят вреда экологии местности в случае аварийной ситуации, в отличии от вытекающего трансформаторного масла.
• Более просты в обслуживании – нет нужды контролировать химический состав трансформаторного масла, температуру вспышки, производить слив для вскрытия крышки и т.д. Что существенно сокращает затраты собственника на текущее содержание сухого трансформатора.
• Обеспечивает высокую степень безопасности в аварийных ситуациях – отсутствует угроза возгорания масла, температурного расширения с последующим взрывом и т.д.
• Отличаются простотой конструкции, так как нет необходимости обеспечивать герметичность корпуса.
• Мощные модели обладают сравнительно меньшим весом из-за отсутствия жидкого диэлектрика.

Но, наряду с преимуществами сухие трансформаторы обладают и некоторыми недостатками. Во-первых, такое оборудование будет иметь сравнительно большие габариты, которые увеличиваются пропорционально увеличению мощности трансформатора. Это обуславливается необходимостью обеспечить достаточную ширину воздушного зазора для охлаждения. Во-вторых, из-за применения литой изоляции при низких температурах или их перепадах возможно механическое напряжение в диэлектрике, что может привести к его локальному разрушению в трансформаторе.

Источник

Расчет трехфазного сухого силового трансформатора

Расчет трехфазного трансформатора. Предварительный расчет обмоток. Определение основных параметров обмоток высшего и низшего напряжения; марки провода, из которого выполнены обмотки, потери на холостой ход и короткое замыкание. Оценка результатов расчета.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

КУРГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра энергетики и технологии металлов

Расчет трехфазного сухого силового трансформатора

Студент группы ТС-3666 Сединкин Д.С.

Трансформаторы — электромагнитные статические преобразователи электрической энергии. Основное назначение трансформаторов — изменять напряжение переменного тока. Они применяются также для преобразования числа фаз и частоты. Наибольшее распространение имеют силовые трансформаторы напряжения, которые выпускаются электротехнической промышленностью на мощности свыше миллиона киловольт-ампер и на напряжения до 1150 — 1500 кВ.

Для передачи и распределения электрической энергии необходимо повысить напряжение турбогенераторов и гидрогенераторов, установленных на электростанциях, с 16 — 24 кВ до напряжений 110, 150, 220, 330, 500, 750 и 1150 кВ, используемых в линиях электропередачи, а затем снова понизить до 35, 10, 6, 3, 0.66, 0.38 и 0.22 кВ, чтобы использовать энергию в промышленности, сельском хозяйстве и в быту. Так как в энергетических системах имеет место многократная трансформация, мощность трансформаторов в 7 — 10 раз превышает установленную мощность генераторов на электростанциях. Силовые трансформаторы выпускаются в основном на частоту 50 Гц.

Трансформаторы малой мощности широко используются в различных электротехнических установках, системах передачи и переработки информации, навигации и других устройствах. Диапазон частот на, которых могут работать трансформаторы, — от нескольких герц до 10 5 Гц.

По числу фаз трансформаторы делятся на однофазные, двухфазные, трехфазные и многофазные.

Трансформаторы имеют две или несколько обмоток, индуктивно связанных друг с другом. Обмотки, потребляющие энергию из сети, называются первичными. Обмотки, отдающие электрическую энергию потребителю, называются вторичными.

В зависимости от соотношения напряжений на первичной и вторичной обмотках трансформаторы делятся на повышающие и понижающие. В повышающем трансформаторе первичная обмотка имеет низкое напряжение, а вторичная высокое. В понижающем трансформаторе, наоборот, вторичная обмотка имеет низкое напряжение, а первичная — высокое.

Трансформаторы, имеющие одну первичную и одну вторичную обмотки, называется двухобмоточным. Достаточно широко распространены трехобмоточные трансформаторы, имеющие на каждую фазу три обмотки. Например, две на стороне низкого напряжения, одну — на стороне высокого напряжения или наоборот.

По конструкции силовые трансформаторы делят на два основных типа масляные и сухие. В масляных трансформаторах магнитопровод с обмотками находится в баке, заполненном трансформаторным маслом, которое является хорошим изолятором и охлаждающим агентом. Сухие трансформаторы охлаждаются воздухом. Они применяются в жилых и промышленных помещениях, в которых эксплуатация масляного трансформатора является нежелательной.

В данной работе рассчитывается сухой трехфазный понижающий трансформатор.

Поместим исходные данные для расчета трансформатора в таблицу 1. Исходные данные выбираются в соответствии с заданным вариантом из таблицы 1 методических указаний к выполнению курсовой работы «Расчет трехфазного сухого силового трансформатора».

Источник

Силовые трансформаторы

Общие требования и условия работы силовых трансформаторов, их выбор и обоснование. Требования к функциональности и описание основных технологических характеристик трансформаторов главных понижающих подстанций, принцип их работы и внутреннее устройство.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

силовой трансформатор технологический подстанция

Данная тема является чрезвычайно актуальной, так как 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.

Выбор трансформаторов заключается в определении их требуемого числа, типа, номинальных напряжений и мощности, 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.

Целью данной работы является необходимость описать силовые трансформаторы промышленных предприятий и их выбор.

Достижение данной цели предполагает решение ряда следующих задач:

1. Описать общие требования и условия работы силовых трансформаторов.

2. Описать процесс выбора силовых трансформаторов.

3. Охарактеризовать трансформаторы главных понижающих подстанций.

В процессе написания данной работы нами была использована монографическая, учебная и публицистическая литература.

1. Общие требования и условия работы силовых трансформаторов

Силовые трансформаторы являются основой системы электроснабжения крупных предприятий, имеющих в своем составе главные понижающие подстанции — ГПП (5УР), в средних предприятиях, имеющих распределительные подстанции — РП на 6; 10 кВ (4УР) с разветвленными высоковольтными сетями и несколькими трансформаторными подстанциями ТП на 6; 10 кВ(3УР). Производственная деятельность малых предприятий, как правило, имеющих в своем составе одну — две ТП на 6; 10/0,4КВ, во многом зависит от надежной работы силовых трансформаторов [щитов и шкафов, распределительных пунктов РП на 0,4кВ (2УР)]. В реальных условиях каждый из шести уровней системы электроснабжения может быть границей раздела предприятие — энергосистема, решения по которой юридически согласовываются между энергоснабжающими организациями и потребителем (абонентом).

По расчетной электрической нагрузке Р_р предприятия определяется необходимость сооружения ГПП (или ПГВ — подстанции глубокого ввода, или ОП — опорной подстанции электроснабжения предприятия). Наиболее распространенное число подстанций с напряжением пятого уровня на одном предприятии одна — две, но бывает до двух и более десятков. ГПП принимают электроэнергию от трансформаторов энергосистемы или, например, от блочной ТЭЦ или гидроэлектростанции (ГРЭС). Высшее напряжение трансформаторов ГПП в России35,110,154,220,330кВ; питание подводится по воздушным и кабельным линиям электропередач (ЛЭП). Отходящие от ГПП высоковольтные распределительные сети, рассчитанные на 6; 10 кВ (хотя могут быть и на 110кВ), называют межцеховыми (заводскими). Обычно ряд мощностей ГПП: 10,16,25,40,63,80,110, 125МВ•А, а в отдельных случаях и выше.

Для электроснабжения потребителей напряжением до 1 кВ (220,380,500,600В) сооружают трансформаторные подстанции с высшим напряжением чаще всего на 6; 10 кВ (но существуют подстанции, напряжением 3,20 кВ), которые обычно называют цеховыми, а с учетом комплектной поставки (с транформаторами, щитом низкого напряжения и оцинковкой, вводным высоковольтным отключающим устройством) их обозначают КТП. Ряд применяемых мощностей ТП:100, 160,250,400, 630, 1000, 1600,2500кВ•А. Из — за больших токов короткого замыкания (КЗ) на стороне 0,4кВ, вызывающих сложности коммутации и передачи электроэнергии приемникам, трансформаторы на 2500кВ•А применяются только в специальных случаях.

Кроме трансформаторов, устанавливаемых на 5 УР для присоединения предприятия к энергосистеме, и трансформаторов, устанавливаемых на 3УР, обеспечивающих потребителей низким (до 1кВ) напряжением трехфазного переменного тока, существуют специальные подстанции со своими силовыми трансформаторами: печными, выпрямительными (для создания сети постоянного тока до 1,5кВ), преобразовательными, сварочными и другими, которые могут использоваться и как ГПП, и как цеховые ТП.

Решение о строительстве трансформаторной подстанции принимается в составе решения о строительстве завода (цеха). Особенностью решения о строительстве трансформаторной подстанции является то, что она не выделяется, а рассматривается и утверждается как часть предприятия, сооружения — объекта, подлежащего новому строительству, реконструкции, модернизации, расширению перевооружению. Конечно, для электриков подстанции и сети являются самостоятельными объектами, согласование параметров которых с субъектами электроснабжения, а также их последующее проектирование, строительство и принятие в эксплуатацию осуществляется по отдельным срокам и графикам, не зависящих от основного производства.

Принятие технологического решения начинается с утверждения технологического задания на строительство завода определенного состава. По технологическим данным оценивают параметры энергопотребления, определяют нагрузку по цехам (для выбора мощности цеховых трансформаторов и выявления высоковольтных двигателей) и заводу в целом (для выбора ГПП, их числа и единичной мощности трансформаторов на каждой подстанции).

Готовые решения служат материалом для получения технических условий от энергосберегающей организации (энергосистемы). Одновременно собирают следующие сведения: особенности энергосистемы и вероятных мест присоединения потребителей; данные по объектам — аналогам и месту строительства. Определяющими данными на начальном этапе являются:

— значения расчетного максимума нагрузки и число часов использования этого максимума, связанных с электропотреблением;

— схема примыкающей районной энергосистемы с характеристиками источников питания, и сетей внешнего электроснабжения, позволяющая решать вопрос выбора мощности трансформатора и схемы его присоединения (размещение трансформатора следует увязывать с заходами ЛЭП).

Предложения или проектные проработки по выбору трансформатора 3УР (в диапазоне мощности 100…..2500кВ•А), определяются условиями потребителя, а для средних и крупных предприятий — особенностями энергосистемы, к сетям которой они подключены.

Основными параметрами, определяющими конструктивное выполнение и построение сети являются:

— для линий электропередачи — номинальное напряжение, направление (откуда и куда), протяженность, число цепей, сечение провода;

— для подстанций — сочетание номинальных напряжений, число и мощность трансформаторов, схема присоединения к сети и компенсация реактивной мощности 1 .

В России сложились две системы электрических сетей на номинальные напряжения 110 кВ и выше (110, 200, 500кВ), принятая на востоке страны, и 110 (154), 330, 750 кВ, принятая в западной части страны.

Для электроэнергетики страны это означает:

— увеличение потерь электроэнергии из — за повышения числа ее трансформаций, необходимость создания сложных коммутационных узлов и ограничения пропускной способности межсистемных связей;

— дополнительную нагрузку предприятий электропромышленности, то есть номенклатуры выпускаемых видов продукции;

— финансирование дополнительного строительства подстанций и линий передач предприятиям, попавшим в зону «стыковки»;

— необходимость учета тенденций развития электрохозяйства, то есть расчет и прогнозирование параметров электропотребления.

Таким образом, подводя итог, необходимо сделать следующие выводы.

На всех подстанциях для изменения напряжения переменного тока служат силовые трансформаторы различного конструктивного исполнения, выпускаемые в широком диапазоне номинальных мощностей и напряжений.

Выбор трансформаторов заключается в определении их требуемого числа, типа, номинальных напряжений и мощности, а также группы и схемы соединения обмоток.

2. Выбор силовых трансформаторов

Для правильно выбора номинальной мощности трансформатора (автотрансформатора), необходимо располагать суточным графиком, отражающим как максимальную, так и среднесуточную активную нагрузки данной подстанции, а также продолжительность максимума нагрузки. При отсутствии суточного графика с достаточной для практических целей определяется расчетный уровень максимальной активной нагрузки подстанции P_max (МВт).

Если при выборе номинальной мощности трансформатора на однотрансформаторной подстанции исходить из условия (1):

где ?P_max — максимальная активная мощность на пятом году эксплуатации — сроке, в условиях рыночной экономики согласованном с инвестором; P_р — проектная расчетная мощность подстанции), то есть при графике работы с кратковременным пиком нагрузки (0,5….. 1,0 ч) трансформатор будет длительное время недогружен. При этом неизбежно завышение номинальной мощности трансформатора и, следовательно, завышение установленной мощности подстанции. В ряде случаев более выгодно выбирать номинальную мощность трансформатора близкой к максимальной нагрузке достаточной продолжительности и в полной мере использовать ее перегрузочную способность с учетом систематических перегрузок в нормальном режиме.

Наиболее экономичной работа трансформатора по ежегодным издержкам и потерям будет в случае, когда в часы максимума он будет работать с перегрузкой. В реальных же условиях значения допустимой нагрузки выбирают в соответствии с графиком нагрузки и коэффициентом начальной нагрузки, а также в зависимости от температуры окружающей среды, при которой работает трансформатор.

Коэффициент нагрузки, или коэффициент заполнения суточного графика нагрузки, практически всегда меньше единицы, вычисляется по формуле (2):

где P_c, P_max и I_c и I_max — соответственно среднесуточные и максимальные мощности и токи.

В зависимости от коэффициента суточного графика нагрузки (коэффициента начальной нагрузки и длительности максимума), эквивалент температуры окружающей среды, постоянной времени трансформатора и вида его охлаждения, допустимы систематические перегрузки трансформаторов.

На рисунке 1 приведены фактический суточный график нагрузки и двухступенчатый, эквивалентный фактическому. С нуля часов начинается ночной провал нагрузки (от условно номинальной, равной 1,0), минимальный между 5 и 6 ч. (для объекта провал может быть и другие часы, например, между 3 и 5 ч). С 6 ч. начинается подъем нагрузки до дневной, обычно незначительно колеблющейся вокруг некоторого значения (но возможно наличие утреннего пика перегрузки, например, между 9 и 11 ч.) В 20 ч. нагрузка достигает номинального значения (1,0), а затем превосходит его, образовав пиковую часть графика, и лишь к 14 ч. вновь снижается до 1,0.

Реальный (фактический) график суточной нагрузки можно преобразовать в двухступенчатый. Для чего в виду невозможности из-за ценологических свойств получить аналитическую зависимость Р_нагр =? (t), реальный график разбивают на интервалы, в которых нагрузка осредняется. Эти интервалы могут составлять от 3 мин. до 0,5 ч. Интегрированием определяют площадь под фактическим графиком, а затем строят эквивалентный, в данном случае для периодов 0…..20 ч. и 20….24 ч.

Рисунок 1. Расчетные графики нагрузки

1 — фактический суточный; 2 — двухступенчатый, эквивалентный физическому

Первый период характеризуется коэффициентом начальной нагрузки k_и.н., равным 0,705 (физический смысл k_и.н. — отношение площади под графиком, характеризующим работу трансформатора с номинальной нагрузкой в период 0…. 20 ч., к фактической нагрузке, представленной ступенью, составляющей по оси ординат 0,705 номинальной). Аналогично для второго периода определяют коэффициент перегрузки k _пер. = 1,27.

Таким образом, перегрузки определяются преобразованием заданного графика нагрузки в график, эквивалентный ему в тепловом отношении. Допустимая нагрузка трансформатора зависит от его начальной нагрузки, ее максимума и его продолжительности и характеризуется коэффициентом превышения (перегрузки), определяемой формулой (3):

а коэффициент начальной нагрузки формулой (4):

где I_{э max} — эквивалентный максимум нагрузки; I_э.н. — эквивалентная начальная нагрузка, определяемая за 10 ч. предшествующие началу ее максимума.

Эквивалентный максимум нагрузки (и эквивалентная начальная нагрузка) определяется по формуле (5):

где a₁, a_{2 ……..}a_n — различные ступени средних значений нагрузок в долях номинального тока; t₁, t₂,………t_n — длительность этих нагрузок, ч.

Формулы (3) и (4) используются для упрощения расчетов по сравнению с построением графиков, заданных на рисунке 1, если ступень задана или делаются проектные предположения. Следует также иметь в виду, что k_и.н. определяется не за 20 ч., а за 10 ч. во всех случаях формула (5) дает правильный результат.

Допустимые систематические перегрузки трансформаторов определяются нагрузочной способностью, задаваемой с помощью таблиц или же графически. Коэффициент перегрузки k _пер. дается в зависимости от среднегодовой температуры воздуха t_с.г., вида охлаждения и мощности трансформаторов, коэффициента начальной нагрузки k_и.н. и продолжительности двухчасового эквивалентного максимума нагрузки t_max. Для других значений t_max. допускаемый k _пер. 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% — 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.

Допускается превышение напряжение трансформаторов сверх номинального:

— длительно — на 5% при нагрузке не выше номинальной и на 10% при нагрузке не выше 0,25 от номинальной;

— кратковременно (до 6 ч) в сутки — на 10% пери нагрузке не выше номинальной.

Дополнительные перегрузки одной ветви за счет длительной недогрузки другой допускаются в соответствие с указаниями завода — изготовителя. Так, для трехфазных трансформаторов с расщепленной обмоткой на 110кВ мощностью 20,40, и 63МВ• А допускаются следующие относительные нагрузки: при нагрузке одной ветви обмотки, равной 1,2; 1,07; 1,05 и 1,03, нагрузка другой ветви должна составлять соответственно 0; 0,7; 0,8 и 0,9.

Номинальная мощность каждого трансформатора двухтрансформаторной подстанции, как правило, определяется аварийным режимом работы подстанции: при установке двух трансформаторов их мощность выбирается такой, чтобы при выходе из работы одного из них оставшийся в работе трансформатор с допустимой аварийной перегрузкой мог обеспечить нормальное электроснабжение потребителей.

Номинальная мощность трансформатора S_ном, МВ• А на подстанции, числом трансформаторов n>1 в общем виде определяется из формулы (6):

где Р_р=Р_max k_I-II — расчетная мощность, МВт; Р_max — суммарная активная максимальная мощность подстанции на пятом году эксплуатации, МВт; k_{I-II —} коэффициент участия в нагрузке потребителей I-II категорий; k_пер — коэффициент допустимой аварийной перегрузки; cos ц — коэффициент мощности нагрузки.

Для двухтрансформаторной подстанции, то есть при n=2 формула (7):

Для сетевых подстанций, где в аварийном режиме до 25% потребителей из числа малоответственных может быть отключено k_I-II обычно принимается равным 0,75……0,85 (единице он равен, когда все потребители относятся к первой категории).

Рекомендуется широкое применение складского и передвижного резерва трансформаторов, причем при аварийных режимах допускается перегрузка трансформаторов на 40% во время максимума общей суточной нагрузки продолжительностью не более 6 ч. в течение не более 5 сут. При этом коэффициент заполнения суточного графика нагрузки трансформаторов k_н в условиях его перегрузки должен быть не более 0,75, а коэффициент начальной нагрузки k _и.н. — не более 0,93.

Коэффициент заполнения графика нагрузки определяется по следующей формуле (8):

где W — электропотребление (площадь под кривой нагрузки); Т — полное время по оси абсцисс.

Необходимо учитывать, что k_н — такой коэффициент заполнения, который имеет наибольшее значение во время аварийных режимов в течение пяти суток подряд.

Так как k_I-II 1, то их отношение k = k_I-II /k_пер, всегда меньше единицы, и характеризует собой резервную мощность трансформатора, заложенную при выборе его номинальной мощности. Чем данной отношение меньше, тем меньше будет резерв установленной мощности трансформатора и тем более эффективным будет использование трансформаторной мощности с учетом перегрузки.

Завышение коэффициента k приводит к завышению суммарной установленной мощности трансформаторов на подстанции. Уменьшение коэффициентов возможно лишь до такого значения, которое с учетом перегрузочной способности трансформатора и возможности отключения неответственных потребителей позволяет покрыть основную нагрузку одним оставшимся в работе трансформатором при аварийном выходе из строя второго.

Таким образом, установленная мощность трансформатора на подстанции формула (9):

В настоящее время существует практика выбора номинальной мощности трансформатора для двухтрансформаторной подстанции с учетом значения k = 0,7, то есть с учетом условия (10):

Формально эта формула выглядит ошибочной: действительно, единицы измерения активной мощности — Вт, а полной (кажущейся) — В•А. Есть различия и в физической интерпретации S и P. Но следует всегда полагать, что осуществляется компенсация реактивной мощности на шинах подстанций 5УР и 3УР и что коэффициент мощности cos ц находиться на уровне 0,92….. 0,95 (tg на уровне 0,42…. 0,33). Такая ошибка, связанная с упрщением формулы (9) до (10), не превосходит инженерную ошибку 10%, которая включает в себя и приблизительность значения 0,7, и ошибку определения фиксированного P_max. Становиться объяснимым формула (1), где активная и полная мощность не различаются.

Таким образом, суммарная установленная мощность двухтрансформаторной подстанции (11):

При значении k = 0,7 в аварийном режиме обеспечивается сохранение около 98% P_max без отключения неответственных потребителей. Однако, учитывая высокую надежность трансформаторов, можно считать вполне допустимым отключение в редких, аварийных режимах какой-то части неответственных потребителей.

Условие покрытия расчетной нагрузки в случае аварийного выхода из строя одного трансформатора с учетом использования резервной мощности S_рез. сетей низкого и среднего напряжений определяется формулой (12):

При аварии одного из двух или более параллельно работающих на подстанции трансформаторов, оставшиеся в работе принимают на себя его нагрузку. Эти аварийные перегрузки не зависят от предшествующего режима работы трансформатора, являются кратковременными и используются для прохождения минимума нагрузки.

3. Трансформаторы главных понижающих подстанций

Проектирование подстанций с высшим напряжением 35….330 кВ, к которым относятся главные понижающие подстанции (ГПП), подстанции глубокого ввода, опорные, осуществляется на основе технических условий, определяемыми схемами развития энергосистемы (возможностями источников питания) и электрических сетей района, а также схемами внешнего энергоснабжения предприятия, то есть присоединения к подстанциям энергосистемы или ВЛ, схемами организации их ремонта и применением систем автоматики и релейной защиты.

На рисунке 2 приведены схемы присоединения потребителей к подстанциям энергосистемы, которая все оперативные переключения производит выключателем Q. Самая простая схема показана на рисунке а, обычная на рисунке — б, редкая на рисунке г. Наиболее распространенная на ответственных районных подстанциях схема с двойной секционированной и обходной системами шин, что обеспечивает высокую надежность и маневренность управления с помощью выключателя QI.

Рисунок 2. Схема присоединения потребителей к подстанциям энергосистемы — а…..г соответственно с одной, двумя, тремя, четырьмя системами сборных шин; д — с двойной системой шин

Варианты схем присоединения подстанций 5УР5УР…… 3УР к воздушной линии отражены на рисунке 3.

Рисунок 3. Варианты схем присоединения подстанция 5УР…… 3УР к воздушной линии

В качестве необходимых данных при выборе трансформаторов ГПП необходимо знать:

— район размещения подстанции и загрязненность атмосферы;

— значения и рост нагрузки по годам с указанием ее распределения по напряжениям;

— значение питающего напряжения;

— уровни и пределы регулирования напряжения на шинах подстанции, необходимость дополнительных регулирующих устройств;

— режимы заземления нейтралей трансформаторов, значение емкостных токов в сетях на 10; 6 кВ;

— расчетные значения токов короткого замыкания;

— требующуюся надежность и технологические особенности потребителей и отдельных электроприемников.

Выбор трансформаторов выполняется на расчетный период (пять лет с момента предполагаемого срока ввода трансформатора в эксплуатацию). Дальнейшее расширение подстанции, включая резерв территории, производиться с учетом возможности ее развития в последующие пять лет. Площадка подстанции должна размещаться вблизи центра электрических нагрузок, автомобильных дорог (для трансформаторов, мощностью 10МВ•А и выше) и существующих инженерных сетей. Учитывается также и наличие железнодорожных путей промышленных предприятий.

На подстанциях устанавливается, как правило, не более двух трансформаторов. Большее их число допускается устанавливать на основе соответствующих технико — экономических расчетов и в тех случаях, когда на подстанциях требуются два средних напряжения, а по соотношению нагрузок, например 6 и 10 кВ, 10 и 3 кВ, не удается подобрать трансформатор с расщепленными обмотками.

При наличии крупных усредненных нагрузок и необходимости выделения питания ударных, резкопеременных и других специальных электрических нагрузок для производств, цехов и предприятий, преимущественно с электроприемниками I категории и особой группы I категории возможно применение трех и более трансформаторов с проведением соответствующего технико — экономического обоснования. В первый период эксплуатации при постепенном росте нагрузки подстанций допускается установка одного трансформатора при условии обеспечения резервирования питания потребителей по сетям среднего и низкого напряжений.

Мощность трансформаторов выбирается таковой, чтобы при отключении наиболее мощного из них, оставшиеся в работе обеспечивали бы питание нагрузки во время ремонта или замены этого трансформатора с учетом допустимой перегрузки оставшихся в работе и резерва по сетям низкого и среднего напряжений. При установке двух трансформаторов и отсутствии резервирования по сетям среднего и низкого напряжений мощность каждого из них выбирается с учетом загрузки трансформатора не более чем 70% от суммарной максимальной нагрузки подстанции на расчетный период. При росте нагрузки сверх расчетного уровня увеличение мощности подстанции производиться, как правило, путем замены трансформаторов более мощными.

Трансформаторы должны быть оборудованы устройством регулирования напряжения под нагрузкой. При отсутствии трансформаторов с устройством регулирования напряжения под нагрузкой допускается использование регулировочных трансформаторов.

Предохранители на стороне высокого напряжения подстанций 35; 110кВ с двухобмоточными трансформаторами могут применяться при условии обеспечения селективности предохранителей и релейной защиты линий высокого и низкого напряжений, а также надежной защиты трансформаторов с учетом режима заземлений нейтрали и класса ее изоляции. Для трансформаторов высшим напряжением 110 кВ, нейтраль, которых в процессе эксплуатации может быть разземлена, установка предохранителей недопустима. Определители на стороне высшего напряжения могут применяться как с короткозамыкателями, так и с передачей отключающего сигнала. Применение передачи отключающего сигнала должно быть обосновано (удаленностью от питающей подстанции, мощностью трансформатора, ответственностью линии, характером потребителя). При передаче отключающего импульса по высокочастотным каналам (кабелям связи) необходимо выполнять резервирование по другому высокочастотному каналу (кабелю связи) или с помощью короткозамыкателя.

Распределительные устройства на 6; 10 кВ на двухтрансформаторных подстанциях выполняются, как правило, с одной секционированной или двумя одиночными секционированными выключателями системами сборных шин с отходящими линиями. На однотрансформаторных подстанциях РУ выполняются, как правило, с одной секцией. На стороне напряжений 6; 10кВ подстанций должна быть предусмотриваться раздельная работа трансформаторов.

При необходимости ограничения токов короткого замыкания (КЗ) на стороне напряжений 6; 10 кВ могут предусматриваться:

— применение трехобмоточных трансформаторов с максимальным сопротивлением между обмотками высшего и низшего напряжений и двухобмоточных трансформаторов с повышенным сопротивлением;

— применение трансформаторов с расщепленными обмотками на 6; 10 кВ;

— применение токоограничивающих реакторов в цепях вводов трансформаторов на цепях вводов от трансформаторов.

Выбор варианта ограничения токов КЗ следует обосновать технико — экономическим сравнением. Степень ограничения токов КЗ распределительных устройств на 6; 10 кВ определяется с учетом применения наиболее легкой аппаратуры, кабелей, проводников и допустимых колебаний напряжения при резкопеременных и толчковых нагрузках.

При необходимости компенсации емкостных токов в сетях на 35, 10,

6 кВ на подстанциях должны устанавливаться заземляющие реакторы. При напряжении на 6; 10 кВ заземляющие реакторы подключаются к сборным шинам через выключатели и отдельные трансформаторы. Не допускается подключение к трансформаторам для собственных нужд, присоединенным к трансформаторам подстанций до ввода на шины низшего напряжения, а также трансформаторам, защищенным плавкими предохранителями.

В закрытых распределительных устройствах на все напряжения должны устанавливаться воздушные, малообъемные масляные или элегазовые выключатели. Баковые выключатели устанавливаются, когда отсутствуют малообъемные выключатели с соответствующим током отключения. Могут применяться и другие типы выключателей после начала их серийного производства. В открытых распределительных устройствах на 330 кВ и выше должны устанавливаться воздушные выключатели.

При выборе аппаратов и ошиновки по номинальному току оборудования (синхронных компенсаторов, реакторов, трансформаторов), необходимо учитывать нормальные эксплутационные, послеаварийные и ремонтные режимы, а также перегрузочную способность оборудования. Аппаратура и ошиновка в цепи трансформатора должны выбираться, как правило, с учетом установки в перспективе трансформаторов следующего габарита.

Выбор местоположения, типа, мощности и других параметров ГПП в основном обуславливаются значениями и характером электрических нагрузок и размещением их на генплане, а также производственными, архитектурно — строительными и эксплуатационными требованиями. Важно, чтобы ГПП располагалась возможно ближе к центру питаемых мим нагрузок, что сокращает протяженность питающих и распределительных сетей электроснабжения предприятия, а, следовательно, их стоимость и потери в них. Намеченное месторасположение уточняется по условиям планировки предприятия, ориентировочным габаритным размерам и типу подстанции (отдельно стоящая, пристроенная, внутренняя, закрытая, комплектная) и возможности подвода высоковольтных линий от энергосистемы (место ввода ЛЭП) к ГПП.

Допускается смещение подстанции на некоторое расстояние от геометрического центра питаемых ею нагрузок в сторону подвода линии от энергосистемы.

ГПП выполняется двухтрансформаторной. Мощность трансформаторов определяется активной нагрузкой предприятия и реактивной мощностью, передаваемой от системы в период максимума нагрузок. Мощность трансформатора выбирается такой, чтобы при выходе из работы одного трансформатора второй воспринял бы основную нагрузку подстанции с учетом допускаемой перегрузки в послеаварийном режиме и возможного временного отключения потребителей третьей категории. В соответствии с существующей практикой проектирования мощность трансформаторов на понижающих подстанциях рекомендуется выбирать из условия допустимой их перегрузки в послеаварийных режимах до 60….70% (на время максимума суточной нагрузки, продолжительностью не более 6 ч. в течение не более 5 сут.) формула (13):

Масляные трансформаторы в большинстве случаев устанавливаются открыто, а РУ на 10 кВ — внутри помещения или пристраиваются к цеху

(хотя в последнее время наметилась тенденция закрытой установки трансформаторов).

При разработке схем коммутации ГПП предприятий средней мощности следует стремиться к их максимальному упрощению и применению минимума коммутационных аппаратов. Линии и трансформаторы, как правило, работают раздельно. На высшем напряжении ГПП рекомендуется следующая схема: мостик с выключателем в перемычке и выключателями в цепи ВЛ.

На вторичном напряжении ГПП применяется лишь одна система шин, секционированная выключателем, который в большинстве случаев оборудуется устройством автоматического включения резерва (АВР).

Большинство подстанций промышленных предприятий выполняется без сборных шин на стороне первичного напряжения по блочному принципу, реализуемому в виде схем:

— линия — трансформатор — токопровод (магистраль).

Блочные схемы просты и экономичны. Установка их на подстанция промышленных предприятий, как правило, двух трансформаторов удовлетворяет по надежности электроснабжение потребителем I категории.

На рисунке 4 показаны схемы блочных ГПП, выполненных без перемычки (мостика) между питающими линиями 35; 110; 220; 330кВ, с двухобмоточными трансформаторами. При конкретном проектировании могут применяться трансформаторы с расщепленными обмотками, трехобмоточные и др. При напряжении 110 кВ в нейтрали трансформаторов устанавливается заземляющий разъединитель — разрядник, при 220 кВ нейтраль заземляется наглухо. При необходимости высокочастотной связи на вводах ВЛ устанавливается аппаратура высокочастотной (ВЧ) обработки линии.

Рисунок 4. Безмостиковые схемы блочных ГПП

Схема соединений распределительных устройств ГПП со стороны высокого напряжения определяется скорее внешними требованиями субъекта электроэнергетики и реальными сетями энергосистемы, чем мощностью трансформатора. Однако возможность переключений предопределяет предпочтительность различных режимов работы трансформатора, в том числе и аварийного, влияя тем самым на выбор его мощности.

Таким образом, подводя итог всему вышесказанному, необходимо сделать ряд следующих выводов.

Силовые трансформаторы являются основой системы электроснабжения крупных предприятий, имеющих в своем составе главные понижающие подстанции — ГПП (5УР), в средних предприятиях, имеющих распределительные подстанции — РП на 6; 10 кВ (4УР) с разветвленными высоковольтными сетями и несколькими трансформаторными подстанциями ТП на 6; 10 кВ(3УР). Производственная деятельность малых предприятий, как правило, имеющих в своем составе одну — две ТП на 6; 10/0,4КВ, во многом зависит от надежной работы силовых трансформаторов [щитов и шкафов, распределительных пунктов РП на 0,4кВ (2УР)]. В реальных условиях каждый из шести уровней системы электроснабжения может быть границей раздела предприятие — энергосистема, решения по которой юридически согласовываются между энергоснабжающими организациями и потребителем (абонентом).

Выбор трансформаторов заключается в определении их требуемого числа, типа, номинальных напряжений и мощности, 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.

Список используемой литературы

1. Быстрицкий Г.Ф., Кудрин Б.И. Выбор и эксплуатация силовых трансформаторов/Г.Ф. Быстрицкий, Б.И. Кудрин. — М.: Техническая литература, 2003. — 176 с.

2. Кацман М.М. Электрические машины/М.М. Кацман. — М.: Высшая школа, 2004. — 464 с.

3. Могузов В.Ф. Обслуживание силовых трансформаторов/В.Ф. Могузов. — М.: Энергоиздат, 1991.-192 с.

4. Перемутер Н.М., Электромонтер — обмотчик и изолировщик по ремонту электрических машин и трансформаторов: Учебник/Н.М. Перельмутер. — М.: Высшая школа, 1984. — 328 с.

5. Силовые трансформаторы. Справочная книга / Под ред. С.П. Лизунова, А.К. Лоханина. — М.: Энергоиздат, 2004.-616 с.

6. Соколова Е.М. Электрическое и электромагнитное оборудование. Общепромышленные механизмы и бытовая техника/Е.М. Соколова. — М.: Академия, 2006. — 224 с.

7. Хренников А. Силовые трансформаторы. Проблема электродинамической стабильности/А. Хренников // Новости электротехники. — 2008. — №6. — с. 14-18.

8. Щеховцов В.П., Электрическое и электромеханическое оборудование/В.П. Шеховцов. — М.: Издательство «Профессиональное образование», 2004. — 407 с.

Подобные документы

Общие требования и условия работы, выбор силовых трансформаторов, являющихся основой системы электроснабжения крупных предприятий. Основные параметры, определяющие конструктивное выполнение и построение сети. Трансформаторы главных понижающих подстанций.

реферат [419,4 K], добавлен 18.10.2009

Номенклатура силовых трансформаторов. Устройство и принцип действия трансформаторов. Конструкции линий электропередач и их составляющие. Виды и применение счетчиков электроэнергии. Действие электрического тока на организм человека, оказание первой помощи.

отчет по практике [465,9 K], добавлен 20.11.2013

Элементы конструкции силовых трансформаторов, их эксплуатация: нагрузочная способность, к.п.д., регулирование напряжения, включение и отключение. Расчет групп соединения обмоток, техническое обслуживание, диагностика состояния и ремонт трансформаторов.

дипломная работа [6,5 M], добавлен 05.06.2014

Устройство силовых трансформаторов. Этапы расчета электрических величин: проектирование трансформатора, выбор основных размеров, электромагнитные нагрузки. Краткие сведения об обмотках трансформаторов. Эксплуатационные требования. Изоляционные промежутки.

курсовая работа [1,0 M], добавлен 28.12.2010

Понятие трансформатора, его сущность и особенности, принцип работы и назначение. Классификация и разновидности трансформаторов, их характеристика и отличительные черты. Режимы работы различных трансформаторов, методика увеличения их производительности.

реферат [304,3 K], добавлен 01.05.2009

Анализ серий сухих трансформаторов мощностью от 40 до 2500 кВА при разном напряжении. Основные технические характеристики сухих трансформаторов. Отсутствие горючего масла как главное преимущество сухих трансформаторов, условия их работы в помещениях.

реферат [3,8 M], добавлен 10.02.2014

Назначение, устройство и принцип действия однофазного и трёхфазного трансформаторов, коэффициент трансформации, обозначение зажимов обмоток. Устройство и принцип работы асинхронного двигателя, соединение обмоток статора. Устройство магнитных пускателей.

шпаргалка [8,7 K], добавлен 23.10.2009

Источник