1. Выбор количества, типа и мощности силовых трансформаторов. Шкала мощностей силовых трансформаторов

4. Шкала стандартных мощностей трансформаторов. Выбор числа и мощности силовых трансформаторов

Шкала стандартных мощностей силовых трансформаторов

В нашей стране принята единая шкала мощностей трансформаторов. Выбор рациональной шкалы является одной из основных задач при оптимизации систем промышленного электроснабжения. На сегодняшний день существует две шкалы мощностей: с шагом 1,35 и с шагом 1,6. То есть первая шкала включает мощности: 100, 135, 180, 240, 320, 420, 560 кВА и т. д, а вторая включает 100, 160, 250, 400, 630, 1000 кВА и т. д. Трансформаторы первой шкалы мощностей в настоящее время не производятся и используются на уже существующих ТП, а для проектирования новых ТП применяется вторая шкала мощностей.

Следует отметить, что шкала с коэффициентом 1,35 более выгодна с точки зрения загрузки трансформаторов. Например, при работе двух трансформаторов с коэффициентом загрузки 0,7 при отключении одного из них второй перегружается на 30 %. Такой режим работы соответствует требованиям условий работы трансформатора. Таким образом, его мощность может использоваться полностью.

При допустимой перегрузке в 40 % появляется недоиспользование установленной мощности трансформаторов со шкалой 1,6.

Допустим, два трансформатора на ТП работают раздельно и нагрузка каждого составляет 80 кВА, при отключении одного из них второму требуется обеспечить нагрузку 160 кВА. Вариант установки двух трансформаторов по 100 кВА не может быть принят, поскольку в этом случае перегрузка составит 60 % при выводе из работы одного трансформатора. При установке же трансформаторов по 160 кВА ведёт к их загрузке в нормальном режиме лишь на 50%.

При использовании шкалы с шагом 1,35 можно установить трансформаторы мощностью 135 кВА, тогда их загрузка в нормальном режиме составит 70 %, а в аварийном перегрузка составит не более 40%.

Исходя из этого примера видно, что шкала с шагом 1,35 более рациональна. А около 20% мощности выпускаемых трансформаторов не используется. Возможным решением этой проблемы является установка двух трансформаторов на ТП разной мощности. Однако это решение нельзя считать технически рациональным, поскольку при выводе из строя трансформатора большей мощности, оставшийся трансформатор не покроет всю нагрузку цеха.

Встаёт закономерный вопрос: чем был обусловлен переход на новый ряд мощностей? Ответ, видимо, кроется в сокращении многообразия мощностей для унификации оборудовании: не только трансформаторов, но и смежного с ним (выключатели, выключатели нагрузки, разъединители и др.).

Исходя из всего сказанного, выбор числа и мощности трансформаторов для питания заводских подстанций производится следующим образом:

1) определяется число трансформаторов на ТП, исходя из обеспечения надёжности электроснабжения с учётом категории приёмников;

2) выбираются наиболее близкие варианты мощности выбираемых трансформаторов (не более трёх) с учётом допустимой нагрузки их в нормальном режиме и допустимой перегрузке перегрузки в аварийном режиме;

3) определяется экономически целесообразное решение из намеченных вариантов, приемлемое для конкретных условий;

4) учитывается возможность расширения или развития ТП и решается вопрос о возможной установке более мощных трансформаторов на тех же фундаментах, либо предусматривается возможность расширения подстанции за счёт увеличения числа трансформаторов.

Дата добавления: 2015-09-02; просмотров: 115 | Нарушение авторских прав

mybiblioteka.su - 2015-2018 год. (0.007 сек.)

mybiblioteka.su

1. Выбор количества, типа и мощности силовых трансформаторов.

При проектировании ПС выбор мощности силовых трансформаторов выполняют на основании расчета систематических нагрузок и аварийных перегрузок по ГОСТ 1420997.

Наиболее часто проектируются двухтрансформаторные ПС, другое количество силовых трансформаторов применяется редко и должно быть экономически обосновано.

Рассчитаем приближенную мощность силового трансформатора по следующей формуле:

где Pmax– максимальная нагрузка (зимняя), МВт;

КΙ ,ΙΙ,ΙΙΙ – коэффициент участия в максимальной нагрузке потребителей Ι,ΙΙ,ΙΙΙ – категории;

Кп – коэффициент перегрузки, равный 1,4;

n – количество трансформаторов, равное 2;

cos φ – коэффициент мощности.

(1.1)

Округлим полученное значение до номинальной стандартной мощности (6,3; 10; 16; 25; 40)

Выбираем трансформатор мощностью 16 МВА, так как 10МВА не проходит по аварийной перегрузке.

Определим максимальную нагрузку подстанции:

(1.2)

при 38%

при 35%

при 32%

при 30%

при 25%

при 40%

при 60%

при 90%

при 100%

при 70%

при 65%

при 80%

при 75%

S, %/МВА

100/23,75

80/19

60/14,25

40/9,5

0 4 8 12 16 20 24 ч

Рис.1. суточный график нагрузок

Корректировка заданного графика нагрузки для послеаварийного режима.

Послеаварийный режим может возникнуть в результате повреждения оборудования электрических установок или ошибочных действий обслуживающего персонала. При этом часть малоответственных потребителей III категории могут быть переведены в режим работы в ночное время “провала” заданного ГН без ущерба для технологического процесса промышленного предприятия.

В результате этого ГН в именованных единицах должен быть скорректирован с учетом заданного процента резерва.

Электроприемники первой категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения

при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.

Примем 3% резерва для потребителей Ι-ой категории надежности.

Мощность резерва:

(1.3)

№	S, МВА	%	t, ч	Sск, МВА
1	9,025	38	1	8,312
2	8,31	35	1	7,597
3	7,6	32	1	6,887
4	7,125	30	2	6,412
5	5,94	25	1	5,227
6	9,5	40	2	8,787
7	14,25	60	2	13,537
8	21,375	90	3	20,662
9	23,75	100	1	23,037
10	16,625	70	3	15,912
11	15,44	65	2	14,727
12	19	80	2	18,287
13	17,81	75	3	17,097

Эквивалентная нагрузка в зоне максимальных перегрузок послеаварийного режима.

(1.4)

hА=9ч

Эквивалентная нагрузка в зоне начальной перегрузки послеаварийного режима

(1.5)

где – нагрузки в МВА на различных ступенях ГН продолжительностьюсоответственно в зоне максимальных систематических нагрузок послеаварийного режима.

В этом случае при вычислении учитываются все участки максимальной нагрузки послеаварийного режима, а продолжительность аварийной перегрузкиhaопределяется как сумма интервалов временина отдельных участках ГН

Коэффициент перегрузки:

K2A=2ПАВ/SНОМ=19,91/16=1,24 (1.6)

Коэффициент начальной нагрузки послеаварийного режима:

K1A=1ПАВ/SНОМ=11,55/16=0,72 (1.7)

Так как К1А<1, то трансформатор подходит для следующей проверки.

Определим возможности аварийных перегрузок

Возможность аварийных перегрузок определить по ГОСТ 14209-97.

Для этого:

а) скорректируем заданную эквивалентную зимнюю температуру в зависимости от системы охлаждения силового трансформатора по графику (рис. 3.3), если она отрицательная, т.к. условия охлаждения силового трансформатора зависят от вида системы охлаждения.

Qсэк, ºС

OFAF (ДЦ)

-15

-10

ONAN (М)

-5 ONAF (Д)

0 -5 -10 -15 -20 Qэк, ºС

Рис. 3.3 График корректировки эквивалентной температуры

т.к. , то

б) определим допустимый коэффициент аварийных перегрузок , используя значения эквивалентнойили эквивалентной скорректированной зимней температуры=-5С, продолжительность аварийной перегрузкиha=9 ч, коэффициент начальной нагрузки послеаварийного режима =0,72.

Используя таблицу из Методических указаний [3] с помощью линейной интерполяции найдем

1,42

в) сопоставим расчетный коэффициент с допустимым коэффициентом, возможность аварийных перегрузок определяется условием:

1<. (1.8)

Так как условие выполняется, следовательно аварийные перегрузки допустимы и данные трансформаторы могут быть применены на подстанции.

ПС двухтрансформаторная.

Тит выбранного трансформатора и его номинальные параметры [6]

Таблица 1

Марка

Номинальная

мощность, S МВА

Напряжение, кВ

Потери, кВт

Uкз, %

Iхх, %

ВН

кВ

НН

кВ

Рхх

Ркз

ТДН -16000/110

115

6,6

10,5

0,7

его основные параметры приведем в приложении (Приложение A).

studfiles.net

4.2. Пример выбора трансформаторов

Выбрать номинальную мощность и тип трансформатора для однотрансформаторной понижающей ПС 110/10 кВ предназначенной для ЭС потребителей IIIкатегории (централизованный трансформаторный резерв предусмотрен) с максимальной нагрузкойМВтприcosφ=0.8. Эквивалентная температура воздуха= –10С зимой и=20С летом.

Решение: Максимальное значение полной мощности передаваемой через трансформатор.

МВА

Рис 4.3. Двуступенчатый суточный

график нагрузки

зима: (нагрузка на каждой ступени)

0-6:МВА

6-10: МВА

10-14: МВА

14-22: МВА

22-24: МВА

Лето:

0-6: МВА

6-10: МВА

10-14: МВА

14-22: МВА

22-24: МВА

Предварительная мощность трансформатора:

МВА,

где – коэффициент перегрузки трансформатора.

Выбираем трансформатор типа ТДН-10000/110 МВА

;

ч.

Для допустимых систематических перегрузок по таблице при системе охлаждения Д, ,ч находим

Начальная нагрузка эквивалентного суточного летнего графика

кратность максимальной нагрузки летом

Для допустимых систематических перегрузки при ,ч система охлаждения трансформатора Д находим

Таким образом, трансформатор удовлетворяет расчетным условиям, следовательно выбран верно.

5. Технико-экономическое сравнение вариантов

5.1 Технико-экономический расчет

Очень важно принять наиболее экономичный вариант сети с лучшими технико-экономическими показателями. Для этого совершим технико-экономический расчет.

Каноническая формула дисконтированных затрат на сооружение и эксплуатацию какого-либо объекта в течение расчетного периода (Tp=10 лет) имеет вид:

, (5.1)

где – капиталовложения на сооружение объекта и суммарные издержки его эксплуатации в год t, тыс. руб.;

– ликвидационная (остаточная) стоимость объекта на момент окончания расчетного периода (t=Tp), тыс. руб.;

Е– норматив дисконтирования (приведения разновременных затрат) E=0,1

Суммарные издержки на эксплуатацию определяются:

, (5.2)

где – отчисления на ремонт и обслуживание (без отчислений на реновацию), тыс. руб.;

– издержки на возмещение потерь электроэнергии, тыс. руб.

В свою очередь находятся по формуле:

; (5.3)

, (5.4)

где – суммарная дисконтированная стоимость сооружения объекта на момент начала его эксплуатации, т.е. за период строительства (t=Tс), тыс. руб.

– коэффициент отчислений на реновацию;

– общие нормы отчислений от капиталовложений.

С– стоимость 1 кВтч электроэнергии, принимаем по данным АО «Мариэнерго» на 2006 год равными 1,24 руб./кВтч;

Ликвидационная стоимость определяется:

(5.5)

где Тэ = Тр – Тс,– время эксплуатации объекта до окончания расчетного периода, лет. (Тс =2 года – срок строительства обоих вариантов подстанций)

В соответствии (5.1) и (5.2) дисконтированные затраты могут быть предсталены в виде суммы четырех составляющих:

, (5.6)

; (5.7)

; (5.8)

; (5.9)

; (5.10)

Первые три составляющие определяются стоимостью сооружения объекта. Поэтому их целесообразно объединить в общий параметр, присвоив ему условное название «капитальные затраты»

. (5.11)

Тогда капитальные затраты можно представить в виде:

(5.12)

– эквивалентный дисконтирующий множитель, определяется как

(5.13)

– расчетный дисконтирующий множитель за срок эксплуатации до окончания расчетного периода:

. (5.14)

Тогда окончательно получим:

(5.15)

Таким образом, при выборе наилучшего варианта следует использовать критерий минимума суммарных дисконтированных затрат, который записывается в виде

(5.16)

и формируется следующим образом: оптимальному варианту электрической сети соответствует наименьшее значение суммарных дисконтированных затрат на ее сооружение и эксплуатацию в течение заданного расчетного периода.

Суммарные капитальные вложения определяются по укрупненным стоимостным показателям элементов электрической сети.

studfiles.net

Трансформаторы

ТРАНСФОРМАТОРЫ

Трансформатор—неподвижная электрическая машина. Предназначен для изменения параметров электрического сигнала (I, U и др.).

Виды трансформаторов:

измерительные трансформаторы—предназначены для согласования параметров контролируемых цепей и приборов, для разделения (гальванической развязки) силовых цепей и цепей управления;
разделительные трансформаторы—гальваническая развязка цепей и ограничение передаваемой мощности;
согласующие трансформаторы
силовые трансформаторы.

Силовые трансформаторы по числу фаз:

однофазные
многофазные

по типу обмоток:

двухобмоточные
трехобмоточные
многообмоточные
с расщепленной обмоткой

Существуют также автотрансформаторы—они имеют только одну обмотку.

Силовой однофазный трансформатор.

Номинальная мощность—полная мощность на первичной обмотке—измеряется в кВА. До 10 кВА—трансформаторы малой мощности, 101000 кВА—средней мощности, >1000 кВА—большой мощности. Трансформаторы не имеют обмотки первичного и вторичного напряжения—есть обмотки высшего и низшего напряжения, бывает также обмотка среднего напряжения. По типу магнитопровода трансформаторы бывают:

стержневой конструкции,
броневой конструкции,
тороидальной конструкции.

Рис. 85, 86, 87, 88

	стержневая конструкция
	броневая конструкция

тороидальная конструкция

Принцип действия. Основные уравнения.

Под действием напряжения в обмотке течет ток , который создает магнитный поток. Этот поток, если он синусоидальный, создает в первой обмотке ЭДС самоиндукции.

—поток рассеивания.

Запишем уравнение состояния первичной обмотки:

, где

—ЭДС первичной обмотки, вызванная рабочим магнитным потоком 

—активное сопротивление первичной обмотки

—индуктивное сопротивление первичной обмотки, обусловленное потоками рассеяния.

—коэффициент трансформации, не комплексное число, т.к. исмещены на один угол. Под действиемпотечет ток черезzН, возникнет .

Уравнение состояния вторичной обмотки:

, где —индуктивное сопротивление вторичной обмотки, обусловленное потоками рассеяния.

Активное сопротивление больше омического. Омическое сопротивление измеряется на постоянном токе, активное—на переменном. Активное сопротивление больше, т.к. присутствует скин-эффект (вытеснение проводящего слоя во внешнюю часть проводника  уменьшается эффективная площадь проводника).

Вторичная обмотка создает рабочий поток, направленный встречно рабочему потоку первичной обмотки  при нагрузке трансформатора рабочий магнитный должен уменьшаться, что приводит к уменьшению  увеличивается ток  рабочий поток увеличивается.

—баланс намагничивающих сил

—ток первичной обмотки при разомкнутой вторичной, т.н. ток холостого хода трансформатора.

Холостой ход трансформатора.

Вторичная обмотка разомкнута  весь ток, потребленный первичной обмоткой, и вся мощность будут расходоваться на создание магнитного поля в машине и сопутствующие процессы. Если напряжение синусоидальное, то ток тоже синусоидальный  в трансформаторе существует пульсирующее магнитное поле. Принято ток в первичной обмотке при холостом ходе обозначать—.

связать обмотки можно соотношением:

и создаются рабочим магнитным потоком. Раз поток один, то ЭДС в каждой обмотке одинакова и фазы тоже одинаковые (т.к. ЭДС—производная потока по времени).

Рис.92

(вектор направлен перпендикулярно, т.к. ЭДС—производная потока по времени, вектор направлен также).

В магнитопроводе возникают какие-то потери, на их покрытие нужна мощность, которую можно взять только из сети  будет под углом к, угол будет меньше 90. —угол магнитных потерь. 0  

—намагничивающий ток (реактивная составляющая ).

Активная составляющая отвечает за покрытие потерь в ферромагнетике. Если сравнить с номинальным током трансформатора, тосущественно меньше номинального тока (=0,55% от ). Т.к. ток не большой, то и потери, вызываемые этим током в активном сопротивлении первичной обмотки, тоже малы, во вторичной обмотке потерь нет, т.к. она разомкнута. Трансформатор спроектирован так, что в номинальном режиме электрические и магнитные потери почти равны друг другу. Электрические потери~ квадрату тока в первичной обмотке. Даже если , то электрические потери составят 0,5%. Если в номинальном режиме электрические потери больше магнитных в 2 раза, то все равно электрические потери при холостом ходе составляют 1% от магнитных.

Номинальные данные: номинальная мощность трансформатора—полная мощность S [кВА].

Стандартный ряд мощностей 10, 16, 20, 25, 40, 63, 8010n, где n—целое число, в том числе и отрицательное.

Схемы и группы соединения обмоток, U1ном /U2ном. UК в % от номинального напряжения.

Каталожные данные: все вышеперечисленное, а также I0 % к Iном, потери короткого замыкания Pк, потери холостого хода P0, Uном=Uл трехфазной цепи.

Номинальное напряжение потребителя:

220, 380, 660—низшее

6, 10 кВ—среднее

20, 35, 110, 220, 330, 500, 750, 1150 кВ—высшее.

U генератора = U потребителя + 5%.

Вся потребленная мощность при холостом ходе расходуется на магнитные потери. Поскольку падение напряжения в первичной обмотке при холостом ходе достаточно мало, то U1 близко к E1  отношение , т.е.U20=U2н.

Процесс намагничивания магнитопровода в однофазном трансформаторе

Пусть на вход трансформатора поступает идеальное синусоидальное напряжение, пусть r1 и x1 трансформатора пренебрежимо малы, тогда в режиме холостого хода напряжение U1 должно полностью уравновешиваться ЭДС трансформатора  ЭДС трансформатора тоже должна быть строго синусоидальной. Такую ЭДС мы получим, если магнитный поток (или индукция) будет строго синусоидален. Рис.94.

Основная кривая намагничивания зависит только от ферромагнетика. В намагничивающем токе в явном виде присутствует третья гармоника. Она находится в противофазе с первой. Несинусоидальность тока вызывает несинусоидальность падения напряжения на всех элементах. Высшие гармоники забивают потерями все железо и т.д.

Т.к. реально в первом квадрате не основная кривая намагничивания, а петля гистерезиса, то кривая становится несимметричной относительно /2, появляются также высшие четные гармоники. Чем больше амплитуда ЭДС, тем больше несинусоидальность, i растет нелинейно. Т.е. для трансформатора крайне нежелательно перенапряжение. Рис.95.

Несинусоидальность вызывается тем, что магнитный поток (индукция) изменяется синусоидально  магнитный поток растет ~ ЭДС, магнитные потери растут ~ B2, мощность потерь ~ производной тока на ЭДС  активная составляющая тока холостого хода растет линейно и в ней не должно быть несинусоидальных искажений, а I0 = сумме двух этих составляющих  будет иметь высшие гармоники.

Рис.96.

x0, r0—намагничивающая ветвь,

x0—реактивное сопротивление, в нашей схеме моделирует возникновение рабочего магнитного потока,

x0, r0—нелинейны,

r0—моделирует магнитные потери,

P0 ~ E2

, r0 должно быть нелинейным (для обеспечения P0 ~ E2 нужно, чтобы r0 была нелинейной, т.к. P0 ~ I20, а I0—нелинеен  нелинейность I20 уничтожается нелинейностью r0). Рис.97.

Можно нарисовать другую схему замещения: Рис.98.

В этой схеме только x нелинейно, теперь избавились от нелинейности r, т.к. I0 акт линейное. Обе схемы замещения, учитывая нелинейность сопротивлений, не позволяют учесть нелинейность искажений. Они хороши для действующих значений. Нелинейностью можно пренебречь, если напряжение на входе трансформатора не меняется, несинусоидальностью намагничивающего тока можно пренебречь.

Характеристики холостого хода трансформатора.

Рис.99

Меняется только сопротивление x , поэтому с ростом U1, т.е. степени насыщения железа трансформатора, увеличивается реактивная составляющая тока I0, которая увеличивается быстрее, чем активная составляющая.

Соотношения между сопротивлениями:

r1 ≪ r0

x1 ≪ x0

r0 ≪ x0

r ≫ x

x0  x

Опытом холостого хода называются все эти параметры, снятые при номинальном значении U1.

Характеристики короткого замыкания.

Опытом короткого замыкания называется такой режим, при котором вторичная обмотка замкнута накоротко, а напряжение в первичной обмотке такое, что ток в первичной обмотке равен номинальному. Для многообмоточного трансформатора опыты проводятся попарно. Uк.з выражается в процентах о номинального (относится к паспортным данным). В опыте измеряется мощность, потребляемая трансформатором и контролируется ток. Uк.з для силовых трансформаторов средней и большой мощности находится в пределах 4,512,5% от Uн. Рис.100

Во вторичной обмотке есть E2 и оно полностью гасится падением напряжения на вторичной обмотке. Вторичная обмотка обладает активным и индуктивным сопротивлением (из-за потоков рассеяния)  ток отстает от E2. Если трансформатор малой мощности, то активное сопротивление большое, а реактивное—мало. Для трансформаторов большой мощности преобладает реактивное сопротивление и cos  0.

Уравнение баланса намагничивающих сил: .I0 мало, т.к. U≪Uном. Рабочая точка I1 расположена дальше точки перегиба. Опыт поставлен так, что ток в первичной обмотке равен номинальному, I2 тоже не слишком далек от своего номинального значения. Величиной можно пренебречь. по направлению вектор тока совпадет с вектором тока.Рис.101.

В опыте к.з. трансформатор для питающей сети моделируется некоторым сопротивлением (ZК): , гдеUк—напряжение короткого замыкания, I1ном—номинальный ток первичной обмотки. Трансформатор в опыте короткого замыкания потребляет некоторую мощность PК. U1 мало, I0 тоже мал  магнитный поток и индукция в опыте короткого замыкания значительно меньше, чем в номинальном режиме. ЭДС трансформатора по крайней мере в 10 раз меньше номинального. ЭДС напрямую связана с индукцией в магнитопроводе  она понизится как и ЭДС. Магнитные потери ~ В2  магнитные потери пренебрежимо малы по сравнению со своим значением в номинальном режиме. Электрические потери остаются почти, что и в номинальном режиме, т.к. токи практически не изменились по сравнению с номинальными токами  PК с хорошей точностью соответствует электрическим потерям трансформатора в номинальном режиме. ZК имеет активную и реактивную составляющие:

схема замещения для опыта короткого замыкания: Рис. 102

В опыте короткого замыкания магнитопровод размагничен  сталь магнитопровода не насыщена  это размагничивание будет иметь место и при аварийном коротком замыкании (U1к= U1н, I1 велик). Размагничивание представляет собой некий аналог с реакцией якоря (первичная обмотка в некотором смысле является индуктором, а вторичная обмотка—якорем). Т.к. Uк%—это паспортные данные, то из схемы замещения делаем вывод:

≃(точность велика, здесь можно ставить прямое равенство).

Характеристики короткого замыкания

Рис.103

Падение косинуса: как бы слабо магнитопровод не был насыщен, петля гистерезиса все равно присутствует. Вообще, если говорить, что cosк практически не меняется, то против истины почти не грешим. Помимо напряжения Uк принято определять составляющие:

Приведенный трансформатор

Приведение трансформатора к одной из его обмоток нужно для того, чтобы можно было построить схему замещения. Для облегчения расчета заменяем магнитные связи электрическими. Приведение можно осуществить к одной из обмоток. Направление приведения решается определением класса задач, решаемых с помощью схемы замещения. Для того, чтобы заменить магнитные связи гальваническими, нужно, чтобы коэффициент трансформации был равен 1. При всех приведениях должно что-то оставаться неизменным. Должна сохраняться неизменной мощность. Наиболее употребительна Т-образная схема замещения. Рис.104. (штрихи обозначают, что трансформатор приведен к первичной обмотке).

Если , то

Если мощность сохраняется, то

Переход от начального трансформатора к приведенному не меняет начальных фаз. Сохранение фаз во вторичных обмотках объясняется тем, что комплексы исвязаныkT, который является вещественным числом. Если мы приводим вторичную обмотку к первичной и мощность сохраняется, то все то, что подключено ко вторичной обмотке, должно тоже быть приведено к первичной.

Т.к. параметры холостого хода и короткого замыкания являются каталожными данными  схему замещения можно рассчитать. Для трехфазного трансформатора схема замещения рассчитывается для одной фазы.

КПД трансформатора

(,, предположим, что,).

Рис.105

Максимальный КПД и номинальный отличаются друг от друга незначительно. Оптимальный коэффициент загрузки: опт=0,50,65, для трансформаторов малой мощности: опт=0,61.

Работа трансформаторов под нагрузкой.

Характеристики трансформатора существенно зависят от характера нагрузки (активная нагрузка). Для трансформаторов средней и малой мощности преобладает индуктивное сопротивление. Разное соотношение r и x приводит к тому, что для трансформаторов средней и большой мощности наибольшее падение напряжения при индуктивной нагрузке. Если считать трансформатор источником нелинейной ЭДС с переменным током, то при нагрузке на эквивалентном сопротивлении будет падение напряжения. Для трансформаторов наиболее сильное падение напряжение будет при индуктивной нагрузке. Для трансформаторов малой мощности максимальное падение напряжения будет при активной нагрузке.

Активное сопротивление.

Рис. 106

Построение векторной диаграммы начинается с вектора магнитного потока. Вектор ЭДС строим перпендикулярно вектору потока. , т.к. трансформатор приведенный.отклоняется отна 180 из-за удобства построения. совпадает с, т.к. трансформатор приведенный, но не с, т.к. есть падение напряжения.

Векторная диаграмма имеет качественный характер, размеры с реальными не совпадают.

Рис.107

Характеристика начнется из точки холостого хода (), характеристика закончится, где

Если нагрузка активная: ток увеличивается, токприближается к вектору,падает. За точкойграфик не выйдет. Увеличениеприводит к удлинению векторов, соответственно, к увеличению. Т.к.ирастет в отрицательном направлении (по часовой стрелке), тоудаляется от растет падает. Реальнозафиксирован, все вектора «крутятся» вокруг него, включая и вектор потока.

Индуктивная нагрузка.

Рис.108

Если нагрузка индуктивная: будет больше, чем при активной нагрузке, но никогда не будет равным 90 (т.к. есть активная составляющая). Вектор стал намного меньше, векторстал длиннее, чем при активной нагрузке.стало больше. Чтобы сравнить две диаграммы, нужно зафиксировать векторU1, тогда диаграмма поворачивается, а остальные вектора уменьшаются (вектор U2 уменьшается), вектор E2 уменьшается  уменьшается магнитный поток, получаем некую аналогию с реакцией якоря. При индуктивной нагрузке реакция якоря сильнее, чем при активной и она размагничивающая.

Емкостная нагрузка

Рис. 109

Вектор короче, чем в предыдущем случае. Для приведения векторной диаграммы в нормальный вид нужно изменить масштаб так, чтобыстал таким же, как был приведет к увеличению ,и вектора магнитного потока. Вектор токасущественно меньше, чем в предыдущих случаях. В случае емкостной нагрузки имеем некоторую аналогию намагничивающей реакции якоря. На вторичной обмотке:больше, чем. Фактическое изменение вектора напряженияв зависимости от нагрузки отражается на внешней характеристике трансформатора.Рис.110.

studfiles.net

Выбор числа и мощности трансформаторов

Верный выбор числа и мощности трансформаторов на подстанциях промышленных компаний является одним из принципиальных вопросов электроснабжения и построения оптимальных сетей. В обычных критериях трансформаторы должны обеспечивать питание всех потребителей предприятия при их номинальной нагрузке.

Число трансформаторов на подстанции определяется требованием надёжности электроснабжения. С таким подходом лучшим является вариант с установкой 2-ух трансформаторов, обеспечивающий бесперебойное электроснабжение потребителей цеха всех категорий. Но если в цехе установлены приёмники только II и III категории, то более экономными, обычно, являются однотрансформаторные подстанции.

При проектировании внутризаводских сетей установка однотрансформаторных подстанций производится в этом случае, когда обеспечивается резервирование потребителей по сети низкого напряжения, также когда вероятна подмена повреждённого трансформатора в течение нормируемого времени.

Рис. 1 Схемы электроснабжения цеха с одним (а), и 2-мя (б) трансформаторами

Двухтрансформаторные подстанции используются при значимом числе потребителей II категории, или при наличии потребителей I категории. Не считая того, двухтрансформаторные подстанции целесообразны при неравномерном дневном и годичном графике нагрузки предприятия, при сезонном режиме работы при значимой различием нагрузки в сменах. Тогда при понижении нагрузки один из трансформаторов отключается.

Задачка выбора количества трансформаторов состоит в том, чтоб из 2-ух вариантов (рис. 1 а и б) избрать вариант с наилучшими технико-экономическими показателями. Сбалансированный вариант схемы электроснабжения выбирается на базе сопоставления приведённых годичных издержек по каждому варианту:

Зi=Cэ,i+kн,эКi+Уi,

где Cэ,i – эксплуатационные расходы i-го варианта, kн,э – нормативный коэффициент эффективности, Кi – серьезные издержки i-го варианта, Уi – убытки потребителя от перерыва электроснабжения.

трансформаторная подстанция Необходимо подчеркнуть, что при варианте рис. 1 (а) наступает полный перерыв в электроснабжении, и тут питание потребителей по запасной полосы на напряжение 0,4 кВ не может быть принято во внимание, потому что такая схема подобна двухтрансформаторной схеме, но с худшими показателями за счёт длинноватой лини 0,4 кВ.

При сопоставлении вариантов немаловажную роль играет вопрос о многообещающем развитии предприятия. Так, к примеру, если в текущее время в цехе имеются потребители только 2-ой категории, то рассмотрение вариантов имеет смысл. Но если, через год планируется переоборудование производства, и в цехе возникают потребители первой категории, то нужно, непременно, выбирать вариант с 2-мя трансформаторами.

В главном, установка 2-ух трансформаторов обеспечивает надёжное питание потребителей. Это означает, что при повреждении 1-го трансформатора, 2-ой, с учётом его перегрузочной возможности, обеспечивает 100 % надёжность питания в течении времени, нужного для ремонта трансформатора.

Но, бывают случаи, когда мощность уже имеющихся 2-ух трансформаторов становится недостаточной, для обеспечения питанием всех приёмников, к примеру, при установке более массивного оборудования, изменение режима работы электроприёмников и т.п. Тогда рассматриваются варианты установки более массивных трансформаторов на подстанции, или установки третьего трансформатора для покрытия возросшей мощности.

2-ой вариант кажется предпочтительней, так как возрастает надёжность подстанции, отпадает необходимость реализовывать старенькые трансформаторы и серьезные издержки на установку третьего трансформатора, обычно, существенно меньше, чем при переоборудовании всей подстанции.

Но таковой вариант вероятен не всегда, к примеру, при плотной застройке местности предприятия для дополнительного трансформатора просто может не хватить места. С другой стороны, происходит существенное усложнение схемы, которое возможно окажется неосуществимой при работе трансформаторов в параллель. Потому рассмотрение вариантов делается в каждом определенном случае персонально.

Не считая требований надёжности при выборе числа трансформаторов следует учесть режим работы приёмников. Так, к примеру, при низком коэффициенте наполнения графика нагрузки бывает экономически целесообразна установка не 1-го, а 2-ух трансформаторов.

На больших трансформаторных подстанциях, ГПП, обычно, число трансформаторов выбирается менее 2-ух. Это обосновано, приемущественно тем, что цена коммутационной аппаратуры на стороне высшего напряжения предприятия соизмерима со ценой трансформатора.

Шкала стандартных мощностей силовых трансформаторов

В нашей стране принята единая шкала мощностей трансформаторов. Выбор рациональной шкалы является одной из главных задач при оптимизации систем промышленного электроснабжения. На сегодня существует две шкалы мощностей: с шагом 1,35 и с шагом 1,6. Другими словами 1-ая шкала включает мощности: 100, 135, 180, 240, 320, 420, 560 кВА и т. д, а 2-ая включает 100, 160, 250, 400, 630, 1000 кВА и т. д. Трансформаторы первой шкалы мощностей в текущее время не выполняются и употребляются на уже имеющихся ТП, а для проектирования новых ТП применяется 2-ая шкала мощностей.

трансформаторная подстанция Необходимо подчеркнуть, что шкала с коэффициентом 1,35 более прибыльна исходя из убеждений загрузки трансформаторов. К примеру, при работе 2-ух трансформаторов с коэффициентом загрузки 0,7 при выключении 1-го из их 2-ой перегружается на 30 %. Таковой режим работы соответствует требованиям критерий работы трансформатора. Таким макаром, его мощность может употребляться стопроцентно.

При допустимой перегрузке в 40 % возникает недоиспользование установленной мощности трансформаторов со шкалой 1,6.

Допустим, два трансформатора на ТП работают раздельно и нагрузка каждого составляет 80 кВА, при выключении 1-го из их второму требуется обеспечить нагрузку 160 кВА. Вариант установки 2-ух трансформаторов по 100 кВА не может быть принят, так как в данном случае перегрузка составит 60 % при выводе из работы 1-го трансформатора. При установке же трансформаторов по 160 кВА ведёт к их загрузке в обычном режиме только на 50%.

При использовании шкалы с шагом 1,35 можно установить трансформаторы мощностью 135 кВА, тогда их загрузка в обычном режиме составит 70 %, а в аварийном перегрузка составит менее 40%.

Исходя из этого примера видно, что шкала с шагом 1,35 более рациональна. А около 20% мощности выпускаемых трансформаторов не употребляется. Вероятным решением этой трудности является установка 2-ух трансформаторов на ТП разной мощности. Но это решение нельзя считать на техническом уровне оптимальным, так как при выводе из строя трансформатора большей мощности, оставшийся трансформатор не покроет всю нагрузку цеха.

Встаёт закономерный вопрос: чем был обоснован переход на новый ряд мощностей? Ответ, видимо, кроется в сокращении обилия мощностей для унификации оборудовании: не только лишь трансформаторов, да и смежного с ним (выключатели, выключатели нагрузки, разъединители и др.).

Исходя из всего произнесенного, выбор числа и мощности трансформаторов для питания промышленных подстанций делается последующим образом:

2) выбираются более близкие варианты мощности избираемых трансформаторов (менее трёх) с учётом допустимой нагрузки их в обычном режиме и допустимой перегрузке перегрузки в аварийном режиме;

3) определяется экономически целесообразное решение из намеченных вариантов, применимое для определенных критерий;

4) учитывается возможность расширения либо развития ТП и решается вопрос о вероятной установке более массивных трансформаторов на тех же фундаментах, или предусматривается возможность расширения подстанции за счёт роста числа трансформаторов.

Школа для электрика

Схемы замещения трансформаторов

Способ упорядоченных диаграмм

Ремонт в квартире от А до ЯСветодиодные видеоэкраны в телевизионной промышленности

elektrica.info

Выбор типа, числа и мощности силовых трансформаторов на подстанции

Выбор числа трансформаторов, устанавливаемых на подстанциях, определяется категорийностью потребителей, питающихся от них. При наличии в составе нагрузок подстанции потребителей 1 и 2 категории на подстанции устанавливаются два силовых трансформатора. При отсутствии потребителей 1 – ой категории допускается установка одного силового трансформатора.

Существует несколько способов выбора мощности трансформатора:

1 Прикидочный, когда мощность силового трансформатора выбирается равной суммарной максимальной мощности всех потребителей питающихся от этой подстанции . Мощность трансформатора получается завышенной из-за того, что не учитывается режим работы каждого потребителя.

2 Экономический, когда учитывается режим работы потребителей. Статистически доказано, что оборудование реально на 60-80% от суммарной максимальной нагрузки всех потребителей . Доказано, что экономическая нагрузка является 60-80 % от .Используется при проектировании.

3 По графику электрической нагрузки - самый точный метод расчета.

3.1 Выбор мощности трансформаторов по графику электрической нагрузки.

Пусть мы имеем суточный график электрической нагрузки для какой

то промышленности.

Рисунок 3.1 – Суточный график электрической нагрузки

Определяем среднеквадратичную мощность S cp.кв по заданному

графику, используя формулу (3.1.1):

(3.1.1)

Принимаем мощность силового трансформатора приблизительно равной среднеквадратичной мощности графика.

Выбираем стандартную номинальную мощность силового трансформатора по ГОСТ 14209-97.

Выбранный трансформатор проверяем на систематическую и аварийную перегрузки по ГОСТ 14209-97. Систематическая перегрузка силового трансформатора в нормальном режиме. Аварийная – это, когда один из трансформаторов вышел из строя, а оставшийся в работе несет всю нагрузку.

Проверка на систематическую перегрузку осуществляется согласно формуле (3.1.2):

(3.1.2)

где S ст.ном – стандартная номинальная мощность силового трансформатора по ГОСТ, кВА, МВА;

n – число трансформаторов;

S max – суммарная максимальная нагрузка всех потребителей, питающихся от этой подстанции, кВА, МВА.

Если условие 3.1.2 выполняется, то говорят о том, что силовой трансформатор не испытывает систематическую перегрузку.

Если условие 3.1.2 не выполняется, то говорят о том, что силовой трансформатор испытывает систематическую перегрузку. Чтобы этого избежать, необходимо отключить менее ответственных потребителей электрической энергии, т.е. потребителей III категории надежности электроснабжения. Тогда выражение 3.1.2 принимает следующий вид:

(3.1.3)

где α – доля потребителей III категории в суммарной максимальной нагрузке трансформатора, %.

Если условие 3.1.3 не выполняется, то выбирается силовой трансформатор большей номинальной мощности (на одну ступень ряда номинальных мощностей) и также проверяется по условию 3.1.2.

Проверка на аварийную перегрузку осуществляется согласно формуле:

(3.1.4)

где К 2 – коэффициент аварийной перегрузки, которая наступает при выходе

из строя одного трансформатора, а второй берет на себя всю нагрузку.

К 2 = К ав определяется предельной температурой перегрева масла трансформатора по ГОСТ 14209-97:

(3.1.5)

где К 1 – расчетный коэффициент, который учитывает предшествующую

нагрузку силового трансформатора.

, (3.1.6)

где n – число трансформаторов;

S ст.ном – стандартная номинальная мощность силового трансформатора по ГОСТ, кВА, МВА;

- число часов перегрузки трансформатора, ч;

- температура окружающей среды, для которой выбирается данный трансформатор.

Если условие 3.1.4 выполняется, то говорят о том, что силовой трансформатор не испытывает аварийную перегрузку и следовательно окончательно принимается к установке.

Если условие 3.1.4 не выполняется, то говорят о том, что силовой трансформатор испытывает аварийную перегрузку. Чтобы этого избежать, необходимо, как и при систематической перегрузке, отключить потребителей III категории надежности электроснабжения (выражение 3.1.7) или выбрать силовой трансформатор большей номинальной мощности. Далее производится повторная проверка.

(3.1.7)

1. Выбор количества, типа и мощности силовых трансформаторов. Шкала мощностей силовых трансформаторов

4. Шкала стандартных мощностей трансформаторов. Выбор числа и мощности силовых трансформаторов

Похожие главы из других работ:

5. Конструктивное уточнение размеров промежутков в результате применения стандартных изоляторов.

3.1.1 Конструктивное уточнение размеров промежутков в результате применения стандартных изоляторов

2.5 Определение ближайших стандартных диаметров труб ([3] с. 199)

1.3 Международная температурная шкала

1.7 Выбор числа и мощностей силовых трансформаторов

1.6.1 Выбор единичных мощностей и количества трансформаторов цеховых ТП и ВРУ

11. Выбор единичных мощностей и количества трансформаторов цеховой ТП

7.1 Распределение мощностей с учетом потерь активной и реактивной мощностей

1. Выбор трансформаторов и расчет приведенных мощностей

2.19 Выбор стандартных проводов

3.2 Шкала электромагнитных волн

Список стандартных сокращений

1.5 Выбор числа и мощностей трансформаторов ГПП

5. Выбор единичных мощностей и количества трансформаторов цеховых ТП предприятия

5.Определение мощностей трансформаторов и выбор типа ТП

Шкала стандартных мощностей силовых трансформаторов

1. Выбор количества, типа и мощности силовых трансформаторов.

4.2. Пример выбора трансформаторов

5. Технико-экономическое сравнение вариантов

5.1 Технико-экономический расчет

Трансформаторы

Выбор числа и мощности трансформаторов

Выбор типа, числа и мощности силовых трансформаторов на подстанции

Похожие статьи: