Выберите режим нагрузки трансформатора

Обновлено: 05.07.2024

§65. Режимы работы трансформатора и его характеристики

Режим холостого хода. При разомкнутой вторичной обмотке трансформатор работает в режиме холостого хода. Ток холостого хода i₀, проходящий по первичной обмотке, имеет две составляющие: активную i_0a и реактивную i_0р. При этом

Í = Í_0a + Í_0р

Реактивная составляющая называется намагничивающим током, этот ток создает магнитный поток в магнитопроводе трансформатора. Активная составляющая обеспечивает поступление в трансформатор электрической энергии, необходимой для компенсации потерь энергии в стали магнитопровода. Она невелика, поэтому ток холостого хода практически можно считать равным намагничивающему току: I₀≈ I_0р. При проектировании трансформаторов магнитное сопротивление магнитопровода стремятся сделать малым, чтобы ток холостого хода для мощных трансформаторов составлял 3—4%, а трансформаторов средней мощности — 8—10% номинального тока.

Э. д. с, индуцированные в первичной и вторичной обмотках, согласно закону электромагнитной индукции пропорциональны скорости изменения магнитного потока. Следовательно, они пропорциональны максимальному значению магнитного потока Фm и частоте его изменения. В каждом витке первичной и вторичной обмоток индуцируется э. д. с, действующее значение которой E_В = 4,44 fФ_т , где 4,44 = 2√2 — постоянная.

При холостом ходе э. д. с. Е₁ практически равна питающему напряжению U₁, так как падение напряжения в первичной обмотке, создаваемое небольшим током холостого хода, мало. Если изменяется напряжение U₁, то будут меняться э. д. с. Е₁, магнитный поток Ф_т и ток холостого хода I₀. Зависимость э. д. с. Е₁ от тока холостого хода называется характеристикой холостого хода (рис. 221, а). При малых напряжениях U₁ и э. д. с. Е₁ магнитный поток трансформатора мал, и для его создания требуется небольшой ток холостого хода. В этом случае магнитная система трансформатора не насыщена и ток I₀ возрастает пропорционально U₁ (так же как и ток возбуждения в генераторе постоянного тока). При дальнейшем увеличении напряжения U₁ магнитная цепь трансформатора насыщается и ток I₀ начинает расти быстрее, чем э. д. с. Е₁. Значительное увеличение напряжения U₁ свыше номинального недопустимо, так как при этом резко увеличивается ток холостого хода.

Нагрузочный режим. При подключении нагрузки Z_H к вторичной обмотке трансформатора (рис. 222) он начинает отдавать нагрузке некоторую мощность. Соответственно увеличивается и мощность, получаемая первичной обмоткой из питающей сети. Следовательно, при увеличении тока i₂ во вторичной обмотке возрастает и ток i₁ в первичной обмотке.

Магнитный поток трансформатора определяется значением питающего напряжения U₁ и практически не зависит от нагрузки. Поэтому результирующая м. д. с, создаваемая при нагрузке то-

Рис. 221. Характеристики силовых и выпрямительных трансформаторов: а — холостого хода; б— внешние (φ2> 0 — активно-индуктивная нагрузка, (φ2<0— активно-емкостная)

Рис. 222. Схема магнитных потоков в трансформаторе при нагрузке

ками i₁, и i₂, должна оставаться такой же, как и при холостом ходе:

F₁=I₁ω₁ — м. д. с. первичной обмотки при нагрузке;
F₂=I₂ω₂—м. д. с. вторичной обмотки при нагрузке;
F₀=I₀ω₀—м. д. с. первичной обмотки при холостом ходе.

Уравнение (78) называется уравнением равновесия магнитодвижущих сил трансформатора. Если поделить обе его части на
ω1, то получим: Í₁= Í₀ — Í₂ω₂/ ω₁, откуда следует, что наличие тока I₂ во вторичной обмотке трансформатора вызывает автоматически увеличение тока I₁, в первичной обмотке. Обычно в трансформаторах большой и средней мощности ток I0 составляет несколько процентов от номинального значения тока I₀. Поэтому при нагрузках, близких к номинальной, можно считать, что Í₁ ≈ Í₂ω₂/ ω₁

Токи i₁ и i₂, проходя по обмоткам трансформатора, создают в них падения напряжения — активные и реактивные (индуктивные). Активные падения напряжения возникают в результате прохождения токов i₁ и i₂ по активным сопротивлениям R₁ и R₂ обмоток. Реактивные падения напряжения обусловливаются действием потоков рассеяния Ф_?1 и Ф_?2, создаваемых токами i₁, и i₂. В отличие от основного потока Ф, который замыкается по сердечнику и сцеплен одновременно с обеими обмотками, потоки Ф_?1 и Ф_?2 сцеплены каждый только со своей собственной обмоткой и индуцируют в них э. д. с. самоиндукции е_L1 и е_L2. Эти э. д: с, как было показано в § 51, создают индуктивные сопротивления Х₁ и Х₂ обмоток, в которых при прохождении токов i₁ и i₂ возникают падения напряжения.

Рис. 223. Внешняя характеристика сварочного трансформатора

первичному U₁, при нагрузке же из-за падений напряжений в сопротивлениях R₁, R₂, Х₁ и Х₂ первичной и вторичной обмоток оно будет меньше U₁. В трансформаторах средней и большой мощности реактивное падение напряжения обычно в несколько раз превышает активное. Поэтому и активно-индуктивная нагрузка вызывает большее изменение напряжения, чем активная (изменение напряжения возрастает с уменьшением cos?₂ в цепи нагрузки). В трансформаторах малой мощности, наоборот, активное падение напряжения обычно больше реактивного и изменение напряжения уменьшается с увеличением cosφ₂.

Обычно изменение напряжения ?U при работе трансформатора под нагрузкой определяют при номинальном значении первичного напряжения U_1НОМ и выражают в процентах:

Величину ?u % иногда называют относительной потерей напряжения в трансформаторе. В силовых и выпрямительных трансформаторах изменение напряжения при номинальном токе обычно составляет 2—6% (в зависимости от cos?2).

Короткое замыкание. В паспорте трансформатора указывают не изменение напряжения, которое различно для разных cosφ2, а результирующее падение напряжения в его обмотках при номинальном нагрузочном токе. Это падение напряжения называют напряжением короткого замыкания, и его можно определить опытным путем, если питать трансформатор с замкнутой накоротко вторичной обмоткой пониженным напряжением UK (опыт короткого замыкания). В этом случае напряжение UK будет равно такому напряжению U1, при котором по обмоткам замкнутого накоротко трансформатора протекают номинальные токи.

Напряжение короткого замыкания является весьма важным эксплуатационным показателем, его выражают в процентах от U_1НОМ:

Для трансформаторов средней мощности u_k% = 5-7%, для мощных трансформаторов 6—12%.

Если короткое замыкание происходит в процессе эксплуатации трансформатора при номинальном напряжении, то в обеих обмотках возникают большие токи, превышающие номинальное значение в 10—20 раз, при этом повышается температура обмоток и на них действуют большие электромагнитные силы. Такое замыкание является аварийным и требует специальной защиты, которая должна отключить трансформатор в течение долей секунды. Установившийся ток короткого замыкания трансформатора в общем случае

где I_ном — номинальный ток первичной обмотки.

Для ограничения токов короткого замыкания мощные трансформаторы выполняют с повышенными значениями u_к%, т. е. с повышенным внутренним индуктивным сопротивлением обмоток.

Характеристики сварочных трансформаторов. В некоторых случаях желательно, чтобы трансформатор имел крутопадающую внешнюю характеристику (рис. 223). Такую характеристику должны, например, иметь сварочные трансформаторы, так как она обеспечивает устойчивое горение электрической дуги. Кроме того, при электросварке режим короткого замыкания является нормальным рабочим режимом и при крутопадающей характеристике ток I_кз ? I_ном.

Для получения крутопадающей характеристики последовательно с вторичной обмоткой трансформатора включают реактор с большим индуктивным сопротивлением (рис. 224, а). В некоторых конструкциях сварочных трансформаторов магнитопровод добавочного реактора совмещают с магнитопроводом трансформатора (рис. 224,б). Регулирование тока I₂ электрической дуги осуществляется в таких трансформаторах двумя способами: ступенчатое — путем изменения числа витков вторичной обмотки и плавное — путем изменения воздушного зазора d. При изменении воздушного зазора изменяется индуктивность реактора и, следовательно, наклон внешней характеристики трансформатора.

Всё об энергетике

Трансформатор, как любое электромагнитное устройство, имеет несколько устойчивых режимов, в которых может (и должен) работать неограниченно долго.

Режимы работы трансформатора

Существует пять характерных режимов работы трансформатора:

Рабочий режим;
Номинальный режим;
Оптимальный режим;
Режим холостого хода;
Режим короткого замыкания;

Рабочий режим

Режим характеризуется следующими признаками:

Напряжение первичной обмотки близко к номинальному значению или равно ему \(\dot_1 ≈ \dot_\);
Ток первичной обмотки меньше своего номинального значения или равен ему \(\dot_1 ≤ \dot_1ном\).

В рабочем режиме эксплуатируются большинство трансформаторов. Например, силовые трансформаторы работают с напряжениями и токами обмоток отличными от номинальных. Так происходит из-за переменчивого характера их нагрузки.

Измерительные, импульсные, сварочные, разделительные, выпрямительные, вольтодобавочные и другие трансформаторы, также обычно эксплуатируются в рабочем режиме просто из-за того, что напряжение сети к которой они подключены отличается от номинального.

Номинальный режим работы

Характерные признаки режима:

Напряжение первичной обмотки равно номинальному \(\dot_1 = \dot_\);
Ток первичной обмотки равен номинальному \(\dot_1 = \dot_\).

Оптимальный режим работы

Режим характеризуется условием:

Где \(P_\) - потери холостого хода;
\(P_\) - потери короткого замыкания;
\(k_\) - коэффициент нагрузки трансформатора, определяемый по формуле:

Где \(P_2\) - ток нагрузки вторичной обмотки;
\(P_\) - номинальный ток вторичной обмотки.

В оптимальном режиме работы трансформатор работает с максимальным КПД, поэтому выражение (1) по существу представляет собой условие максимального КПД [2, с.308] (Смотри "Трансформаторы. Оптимальный режим работы").

Режим холостого хода

Характерные признаки режима:

Вторичная обмотка трансформатора разомкнута или к ней подключена нагрузка с сопротивлением гораздо большим сопротивления номинальной нагрузки обмотки (1) трансформатора;
К первичной обмотке приложено напряжение \(\dot_ = \dot_\);
Ток вторичной обмотки \(\dot_2 ≈ 0\) (для трехфазного трансформатора - \(\dot_ ≈ \dot_ ≈ 0\).

На рисунке 1 изображена схема опыта холостого хода однофазного, а на рисунке 2 - трехфазного двухобмоточных трансформаторов.

Рисунок 1 - Схема опыта холостого хода однофазного двухобмоточного трансформатора

Рисунок 2 - Схема опыта холостого хода трехфазного двухобмоточного трансформатора

По существу в режиме холостого хода трансформатор представляет собой катушку на магнитопроводе, к которой подключен источник напряжения. Режим холостого хода является рабочим для трансформаторов напряжения. Кроме того, этот режим служит для определения тока \(i_х\), мощности \(ΔQ_хх\) холостого хода и ряда других параметров [2, c. 291][3, с. 207] (смотри "Опыт холостого хода трансформатора").

Примечание:

Под сопротивлением номинальной нагрузки обмотки понимается величина \(R_\), равная отношению номинального напряжения обмотки \(U_\) к её номинальному току обмотки \(I_\)

Режим короткого замыкания

Режим короткого замыкания характеризуется:

Вторичная обмотка замкнута накоротко или к ней подключена нагрузка сопротивлением гораздо меньшим внутреннего сопротивления трансформатора;
К первичной обмотке приложена такая величина напряжения \(\dot_1\), что ток первичной обмотки равен её номинальному току \(\dot_1 = \dot_\)
Напряжение вторичной обмотки \(\dot_2 = 0\) (для трехфазного трансформатора - \(\dot_ = \dot_ = 0\).

Схема опыта короткого замыкания изображена на рисунке 3 для однофазного, а на рисунке 4 - для трехфазного двухобмоточных трансформаторов.

Рисунок 3 - Схема опыта короткого замыкания однофазного двухобмоточного трансформатора

Рисунок 4 - Схема опыта короткого замыкания трехфазного двухобмоточного трансформатора

Режим короткого замыкания является рабочим режимом для трансформаторов тока и сварочных трансформаторов, в тоже время являясь аварийным для других трансформаторов. Также он используется для определения напряжения \(u_к\), мощности \(ΔP_кз\) короткого замыкания и других параметров трансформатора [2, c. 294][3, с. 209] (смотри "Опыт короткого замыкания трансформатора").

Работа силового трансформатора на активную, индуктивную и емкостную нагрузку

Трансформатор – это электрическая машина, которая преобразует переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции.

В первых сетях для передачи электрической энергии использовался постоянный ток. Напряжение в сетях зависело от изоляционной способности применяемых материалов и составляло, как правило, 110 В.

С ростом пропускной мощности сетей появилась необходимость увеличения поперечного сечения проводов для того, чтобы потери напряжения оставались в приемлемых пределах.

И только изобретение трансформатора позволило экономично вырабатывать электрическую энергию на крупных электростанциях, передавать ее под высоким напряжением на большие расстояния и затем понижать напряжение до безопасного значения перед подачей электричества потребителям.

Без трансформаторов сегодняшние структуры сетей электроснабжения с их уровнями высокого и сверхвысокого, среднего и низкого напряжения были бы просто не возможны. Трансформаторы используются как в однофазных, так и в трехфазных электрических сетях.

Работа силового трехфазного трансформатора значительно различается на какую нагрузку он работает – активную, индуктивную или емкостную. В реальных условиях нагрузкой трансформатора является активно-индуктивная нагрузка.

Рисунок 1 – Трехфазный силовой трансформатор

1. Режим работы на активную нагрузку

В этом режиме напряжение первичной обмотки близко к номинальному U1 = U1ном, ток первичной обмотки I1 определяется нагрузкой трансформатора, а ток вторичной обмотки ее номинальным током I2ном = P2 / U2ном.

По данным измерений аналитически определяют коэффициент полезного действия трансформатора:

где P1 – активная мощность первичной обмотки трансформатора, P2 – мощность, которая отдается в цепь питания вторичной обмоткой трансформатора.

Зависимость КПД трансформатора в функции от относительного тока первичной обмотки изображена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Зависимость КПД трансформатора от относительного тока первичной обмотки

В режиме активной нагрузки вектор тока вторичной обмотки сонаправлен с вектором напряжения вторичной обмотки, следовательно, увеличение тока нагрузки вызывает снижение напряжения на выводах вторичной обмотки трансформатора.

Упрощённая векторная диаграмма токов и напряжений для данного вида нагрузки трансформатора изображена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Упрощённая векторная диаграмма токов и напряжений в режиме активной нагрузки трансформатора

2. Режим работы на индуктивную нагрузку

В режиме индуктивной нагрузки вектор тока вторичной обмотки отстаёт от вектора напряжения вторичной обмотки на 90 градусов. Снижение величины индуктивности, подключённой ко вторичной обмотке трансформатора, вызывает увеличение тока нагрузки, что приводит к снижению вторичного напряжения.

Упрощённая векторная диаграмма токов и напряжений для данного вида нагрузки трансформатора изображена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Упрощённая векторная диаграмма токов и напряжений в режиме индуктивной нагрузки трансформатора

3. Режим работы на ёмкостную нагрузку

В режиме ёмкостной нагрузки вектор тока вторичной обмотки опережает вектор напряжения вторичной обмотки на 90 градусов. Увеличение ёмкости, подключённой ко вторичной обмотке трансформатора, вызывает увеличение тока нагрузки, что приводит к увеличению вторичного напряжения.

Упрощённая векторная диаграмма токов и напряжений для данного вида нагрузки трансформатора изображена на рисунке 5.

Рисунок 5 – Упрощённая векторная диаграмма токов и напряжений в режиме ёмкостной нагрузки трансформатора

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Как определить экономически выгодные режимы использования трансформаторов двухтрансформаторных подстанций

В статье рассматривается методика выбора экономичного режима эксплуатации двухтрансформаторной подстанции, включая в работу (в зависимости от нагрузки) один или два трансформатора.

Число включенных трансформаторов определяется условием, обеспечивающим минимум потерь мощности в этих трансформаторах при работе их по заданному графику нагрузок.

Потери мощности в трансформаторе складываются из потерь в стали сердечника (потери холостого хода) и потерь в обмотках трансформатора (потери короткого замыкания). Потери в стали сердечника не зависят от нагрузки трансформатора, а потери в обмотках изменяются пропорционально квадрату нагрузки (мощности S или тока I). В паспортных данных для данного типа трансформатора приводится значение потерь короткого замыкания для номинальной нагрузки.

Суммарные потери мощности в одном трансформаторе при нагрузке S определяются зависимостью:

где S - заданная нагрузка; Sн - номинальная мощность трансформатора.

Эта зависимость имеет вид, показанный на рисунке (кривая 1).

Суммарные потери в двух однотипных трансформаторах при общей нагрузке S определяются зависимостью:

Зависимость имеет вид, показанный на рисунке (кривая 2). При значении Sгр. (граничная мощность) потери мощности в одном трансформаторе и двух одновременно включенных оказываются равными.

Величину Sгр. можно получить по формуле:

Величина Sгр имеет важное практическое значение, т.к. позволяет выбрать оптимальный режим эксплуатации трансформаторной подстанции. При нагрузках S меньше Sгр целесообразна работа при включении одного трансформатора, при S больше Sгр целесообразно включать два трансформатора. При этом достигается минимум потерь мощности и энергии. Оценить эффект от снижения потерь мощности можно, определив разность потерь для нагрузки S при включении одного и двух трансформаторов.

Зависимость потерь мощности от нагрузки при включении одного и двух трансформаторов

Режимы работы трансформаторов

7.1.1. Нормальными режимами работы считаются такие, на которые рассчитан трансформатор и при которых он может длительно работать при допустимых стандартами или техническими условиями отклонениях основных параметров (напряжение, ток, частота, температура отдельных элементов) и нормальных условиях работы (климат, высота установки над уровнем моря).
Номинальные значения основных параметров трансформатора указаны на его щитке и в паспорте.

7.1.2. Эксплуатация трансформатора допускается только при условии защиты его обмоток вентильными разрядниками или ограничителями перенапряжения, постоянно подключенными к обмоткам согласно требований “Правил устройства электроустановок”.

7.1.3. Неиспользуемые обмотки стороны НН (СН) трехобмоточного трансформатора при эксплуатации должны быть соединены в треугольник. При этом все три фазы должны быть защищены вентильными разрядниками или ограничителями перенапряжения соответствующего класса напряжения.

7.1.4. Нейтрали обмоток высшего напряжения трансформаторов напряжением 110 кВ, с неполной изоляцией со стороны нейтрали, должны быть заземлены наглухо, за исключением случаев, обусловленных в п.7.1.5. Трансформаторы напряжением до 35 кВ могут работать с изолированной нейтралью, заземленной через дугогасящую катушку (дугогасительный реактор).

При суммарном токе дугогасящих катушек более 100 А присоединять их к одному трансформатору следует по согласованию с заводом – изготовителем.

7.1.5. Допускается работа трансформаторов напряжением 110кВ, которые имеют испытательное напряжение нейтрали 110кВ с разземленной нейтралью при условии присоединения к выводу нейтрали вентильного разрядника соответствующего класса изоляции. В этом случае необходимо принять соответствующие меры (при помощи устройств релейной защиты и автоматики, оперативные мероприятия и др.), которые бы исключали бы вероятность работы трансформатора в нормальном режиме на участок сети с изолированной нейтралью.

Работа с разземленной нейтралью трансформаторов на напряжение 110 кВ с испытательным напряжением нейтрали 85 кВ допускается при обосновании необходимыми расчетами.

7.1.6. Длительная работа трансформатора допускается при мощности не более номинальной при превышении напряжения, подводимого к любому ответвлению обмотки ВН, СН и НН, на 10 % сверх номинального напряжения данного ответвления обмотки.

При этом напряжение на какой – либо обмотке трансформатора на должно превышать наибольшего рабочего напряжения для данного класса напряжения, указанного в таблице 7.1.

Таблица 7.1 – Наибольшее рабочее напряжение

Класс напряжения	Наибольшее рабочее напряжение, кВ
6	7,2
10	12,0
35	40,5
110	126

7.1.7. Допускается длительная работа трансформатора, оборудованных устройством РПН с нагрузкой, которая равна номинальной мощности его обмоток на всех ответвлениях, кроме отдельных ответвлений обмотки ниже минус 5 % номинальной мощности.

Во время работы на ответвлениях ниже минус 5 % номинального напряжения мощность обмотки должна соответствовать неизменному для всех этих ступеней току ответвления ступени РПН минус 5 % номинального напряжения, а при отсутствии такого ответвления - ближайшему большему току (например, при диапазоне ± (6 х 2) % - номинальному току ответвления минус (3 х 2) %).

7.1.8. Допускается длительная перегрузка одной или двух обмоток трансформатора током, превышающим на 5 % номинальный ток ответвления, на которое включена соответствующая обмотка, если напряжение ни на одной из обмоток не превышает номинального напряжения соответствующего ответвления.

При этом для обмотки с ответвлением нагрузка не должна превышать 1,05 номинального тока ответвления, если напряжение на нем не превышает номинальное. Ток в общей обмотке трансформатора не должен превышать значения, указанного в паспорте.

7.1.9. Трехобмоточный трансформатор допускает любое распределение продолжительных нагрузок по его обмоткам при условии, что ни одна из трех обмоток не будет нагружена током, превышающим допустимый согласно 7.1.8.

7.1.10. Для трансформаторов с расщепленной обмоткой допускаются такие же перегрузки каждой ветви, отнесенные к ее номинальной мощности, как и для трансформаторов с нерасщепленной обмоткой.
Дополнительные перегрузки одной ветви за счет длительной недогрузки другой допускаются по согласованию с заводом – изготовителем.

7.1.11. В случае неравномерной нагрузки трансформатора по фазам значения перегрузок относятся к наиболее нагруженной обмотке наиболее нагруженной фазы.

7.1.12. Допустимые перегрузки трансформаторов с охлаждением вида “Д” при отключенных вентиляторах определяется по отношению к мощности (согласно с паспортом трансформатора), которую они имеют без дутья. (с охлаждением “М”).

7.1.13. Работа трансформаторов с охлаждением вида “Д” с отключенным дутьем допускается при следующих условиях:

если нагрузка менее номинальной и температура верхних слоев масла не превышает плюс 55 °С;
при минусовых температурах окружающего воздуха и при температуре верхних слоев масла не выше плюс 45 °С (вне зависимости от нагрузки).

7.1.14. Температура верхних слоев масла при нормальной нагрузке трансформатора и реактора и максимальной температуре охлаждающей среды (среднесуточная температура охлаждающего воздуха 30 °С) не должна превышать 95 °С для трансформаторов с охлаждением вида “М” и “Д”.

Температура верхних слоев масла трансформаторов зарубежного производства не должна превышать значений, указанных фирмой – производителем, а при их отсутствии - значений, установленных на основании тепловых испытаний либо данной инструкции.

Превышение указанного значения температуры свидетельствует о неисправности трансформатора, которую необходимо выявить и устранить.

7.1.15. Допускается параллельная работа двух - и трехобмоточных трансформаторов на всех обмотках, а также двухобмоточных с трехобмоточными, если ни одна из обмоток параллельно включенных трансформаторов не нагружена более ее допустимой нагрузочной способности. Параллельная работа трансформаторов с соотношением номинальных мощностей более трех не рекомендуется.

Условия параллельной работы трансформаторов:

номинальные напряжения и коэффициенты трансформации обмоток должны быть одинаковыми. Допускаются различия для трансформаторов с коэффициентом трансформации меньше или равным 3 в пределах ± 1 %; для всех остальных - ± 0,5 %.
значения напряжения короткого замыкания не должны отличаться более чем на ±10 %;
группы соединения трансформаторов должны быть одинаковыми.

7.2. Нагрузочные режимы трансформаторов

7.2.1. В зависимости от характера суточного или годового графика нагрузки и температуры охлаждающей среды допускаются систематические и аварийные перегрузки трансформатора.

Допустимые систематические перегрузки превышают номинальную нагрузку трансформатора, однако они не вызывают сокращение срока его службы, так как при этом износ витковой изоляции не превышает нормального.

Допустимые аварийные перегрузки трансформатора вызывают повышенный, в сравнении с нормальным, износ витковой изоляции, что может привести к сокращению установленного срока службы трансформатора, если повышенный износ со временем не будет компенсирован нагрузкой с износом витковой изоляции ниже нормального.

7.2.2. Значения и длительность допустимых систематических и аварийных перегрузок определяются для прямоугольного двухступенчатого или многоступенчатого графика нагрузки, в которые должны быть преобразованы фактические графики нагрузок согласно с ГОСТ 14209 – 97, а для сухих трансформаторов – согласно с ДСТУ 2767 – 94.

Параметры реального графика нагрузки определяются по данным измерительных приборов, которыми оснащен трансформатор.

Нагрузка трансформатора сверх его номинальной мощности допускается только при исправной и полностью включенной системе охлаждения трансформатора.

7.2.3. Допустимые перегрузки трансформаторов, изготовленных по ГОСТ 401 – 41 устанавливаются по ГОСТ 14209 – 69, но эквивалентная температура принимается на 5 °С выше расчетной для данной местности. Не допускаются перегрузки этих трансформаторов при среднесуточной температуре охлаждающего воздуха выше 30 °С.

7.2.4. При определении допустимых систематических перегрузок температуру охлаждающей среды за период действия графика нагрузки принимают такой, которая равна среднему значению, если при этом температура положительная и не изменяется более чем на 12 °С. Если температура охлаждающей среды изменяется более чем на 12 °С или если значение температуры охлаждающей среды отрицательное, необходимо использовать эквивалентные значения температуры, рассчитанные согласно с ГОСТ 14209 – 97.

При определении допустимых нагрузок температуру охлаждающей среды принимают согласно с ее измеренным значением во время возникновения аварийной перегрузки.

7.2.5. Для трехобмоточного трансформатора допустимые перегрузки определяют для наиболее нагруженной фазы наиболее нагруженной обмотки.

7.2.6. Для суточного двухступенчатого прямоугольного графика нагрузки допустимые систематические нагрузки и аварийные перегрузки масляного трансформатора определяют согласно ГОСТ 14209 – 97, а для сухого трансформатора – согласно ДСТУ 2767 – 94.

7.2.7. Допустимые по величине и продолжительности аварийные перегрузки трансформатора указаны в приложении Е.

7.2.8. Граничные значения параметров, которые контролируются во время эксплуатации и ограничивают допустимые и аварийные перегрузки трансформаторов, приведены в таблице 7.2.

Таблица 7.2 - граничные значения температуры и тока для режимов нагрузки трансформаторов, которая не превышает номинальную

Тип нагрузки	Трансформаторы мощностью до 2,5 МВ*А	Трансформаторы средней мощностью до 100 МВ*А
Номинальный режим систематических нагрузок: - ток, отн. ед., - температура наиболее нагретой точки и	1,5	1,5
металлических частей, которые прилегают к изоляционным материалам, °С	140	140
- температура масла в верхних слоях, °С	105	105
Режим систематических длительных аварийных перегрузок: - ток, отн. ед.,	1,8	1,5
- температура наиболее нагретой точки и металлических частей, которые прилегают к изоляционным материалам, °С	150	140
- температура масла в верхних слоях, °С	115	115
Режим систематических длительных аварийных перегрузок: - ток, отн. ед.,	2,0	1,8
- температура наиболее нагретой точки и металлических частей, которые прилегают к изоляционным материалам, °С	160	160
- температура масла в верхних слоях, °С	115	115

7.2.9. Относительный износ витковой изоляции трансформатора при необходимости следует определять согласно ГОСТ 14209 – 97.

При определении относительного износа витковой изоляции необходимо применять коэффициент f, значения которого приведены в ГОСТ 14209 – 97.

Выбор числа и мощности трансформаторов: принципы и правила

Выбор числа и мощности трансформаторов на подстанциях определяется величиной и характером электрических нагрузок (требуемой надежностью электроснабжения и характером потребления электроэнергии), территориальным размещением нагрузок, их перспективным изменением и при необходимости обосновывается техникоэкономическими расчетами.

Содержание

Основные принципы выбора трансформатора

Как правило, в системах электроснабжения применяются одно и двухт рансформаторные подстанции. Применение трех трансформаторных подстанций вызывает дополнительные капитальные затраты и повышает годовые эксплуатационные расходы. Трехтрансформаторные подстанции используются редко, как вынужденное решение при реконструкции, расширении подстанции, при системе раздельного питания силовой и осветительной нагрузок, при питании резкопеременных нагрузок.

На крупных подстанциях (ГПП) применяются в основном два трансформатора (два независимых источника питания), так как через такие подстанции должны обеспечиваться электроэнергией электроприемники I, II и III категорий надежности электроснабжения.

При нескольких пунктах приема электроэнергии на предприятии на ГПП, а также при питании предприятия по схеме глубокого ввода наПГВ допускается применять по одному трансформатору при обеспечении послеаварийного питания нагрузок по связям вторичного напряжения с соседними подстанциями (ПГВ, ГПП), с ТЭЦ или другими ИП. При магистральном питании однотрансформаторных ПГВ по линиям 35—220 кВ ближайшие подстанции рекомендуется присоединять к разным линиям или цепям с последующим использованием в послеаварийных режимах связей на вторичном напряжении.

Однотрансформаторные ТП 6—10/0,4—0,23 кВ применяются при питании нагрузок, допускающих перерыв электроснабжения на время не более одних суток, необходимых для ремонта или замены поврежденного элемента (питание электроприемников III категории), а также для питания электроприемников II категории, при условии резервирования мощности по перемычкам на вторичном напряжении или при наличии складского резерва трансформаторов.

Одно трансформаторные ТП

Однотрансформаторные ТП выгодны еще и потому, что если работа предприятия сопровождается периодами малых нагрузок, то за счет наличия перемычек между ТП на вторичном напряжении можно отключать часть трансформаторов, создавая этим экономически целесообразный режим работы. Под экономичным понимается такой режим работы, который обеспечивает минимальные потери мощности в трансформаторах.

В данном случае решается задача выбора оптимального количества работающих трансформаторов.

Такие ТП могут быть экономичны и в плане максимального приближения напряжения 6—10 кВ к электроприемникам, поскольку за счет децентрализации трансформирования электрической энергии уменьшается протяженность сетей до 1 кВ. В этом случае вопрос решается в пользу применения двух однотрансформаторных по сравнению с одной двухтрансформаторной подстанцией.

Двух трансформаторные ТП

Двухтрансформаторные ТП применяются при преобладании электроприемников I и II категорий. При этом мощность трансформаторов выбирается такой, чтобы при выходе из работы одного Другой трансформатор с учетом допустимой перегрузки принял бы на себя нагрузку всех потребителей (в этой ситуации можно временно отключить электроприемники III категории). Такие подстанции желательны и независимо от категории потребителей, но при наличии неравномерного суточного или годового графика нагрузки.

В этих случаях выгодно менять присоединенную мощность трансформаторов, например, при наличии сезонных нагрузок, одно или двухсменной работы со значительными изменениями загрузки смен.

Электроснабжение населенного пункта, микрорайона города, цеха, группы цехов или всего предприятия может быть обеспечено от одной или нескольких ТП. Целесообразность сооружения одно или двухтрансформаторных подстанций определяется в результате техникоэкономического сравнения нескольких вариантов системы электроснабжения. Критерием выбора варианта является минимум приведенных затрат на сооружение системы электроснабжения. Сравниваемые варианты должны обеспечивать требуемый уровень надежности электроснабжения.

В системах электроснабжения промышленных предприятий наиболее распространены следующие единичные мощности трансформаторов: 630, 1000,1600 кВА, в электрических сетях городов — 400, 630 кВА. Практика проектирования и эксплуатации показала необходимость применения однотипных трансформаторов одинаковой мощности, так как разнообразие их создает неудобства в обслуживании и вызывает дополнительные затраты на ремонт.

Выбор мощности трансформатора

В общем случае выбор мощности трансформаторов производится на основании следующих основных исходных данных: расчетной нагрузки объекта электроснабжения, продолжительности максимума нагрузки, темпов роста нагрузок, стоимости электроэнергии, нагрузочной способности трансформаторов и их экономичной загрузки.

Основным критерием при выборе единичной мощности так же, как и количества трансформаторов, является минимум приведенных затрат, полученный на основе техникоэкономического сравнения вариантов.

Ориентировочно выбор единичной мощности трансформаторов может выполняться по удельной плотности расчетной нагрузки (кВА/м2) и полной расчетной нагрузки объекта (кВА).

При удельной плотности нагрузки до 0,2 ВА/м2 и суммарной нагрузке до 3000 кВА целесообразно применять трансформаторы 400; 630; 1000 кВА — с вторичным напряжением 0,4/0,23 кВ. При удельной плотности и суммарной нагрузке выше указанных значений более экономичны трансформаторы мощностью 1600 и 2500 кВА.

Однако эти рекомендации не являются достаточно обоснованными вследствие быстроменяющихся цен на электрооборудование, и в частности, ТП.

В проектной практике трансформаторы ТП часто выбирают по расчетной нагрузке объекта и рекомендуемым коэффициентам.

Важное значение при выборе мощности трансформаторов является правильный учет их нагрузочной способности. Под нагрузочной способностью трансформатора понимается совокупность допустимых нагрузок, систематических и аварийных перегрузок из расчета теплового износа изоляции трансформатора. Если не учитывать нагрузочную способность трансформаторов, то можно необоснованно завысить при выборе их номинальную мощность, что экономически нецелесообразно.

Следовательно, силовой трансформатор в определенное время может быть перегружен с учетом рассмотренных выше обстоятельств без всякого ущерба для установленного ему срока службы (20.. .25 лет).

На основании исследований различных режимов работы трансформаторов разработан ГОСТ 1420985, регламентирующий допустимые систематические нагрузки и аварийные перегрузки силовых масляных трансформаторов общего назначения мощностью до 100 мВА включительно с видами охлаждения М, Д, ДЦ и Ц с учетом температуры охлаждения среды.

Для определения систематических нагрузок и аварийных перегрузок в соответствии с необходимо также знать начальную нагрузку, предшествующую перегрузке, и продолжительность перегрузки.

Эти данные определяются по реальному исходному графику нагрузки (полной мощности или току), преобразованному в эквивалентный в тепловом отношении прямоугольный двух или многоступенчатый график.

В связи с необходимостью иметь реальный исходный график нагрузки расчет допустимых нагрузок и перегрузок в соответствии с может быть выполнен для действующих подстанций.

На стадии проектирования подстанций можно использовать типовые графики нагрузок или в соответствии с рекомендациями, также предлагаемыми в, выбирать мощность трансформаторов по условиям аварийных перегрузок согласно табл. 3.3.

Тогда для подстанций, на которых возможна аварийная перегрузка трансформаторов (двухтрансформаторные, однотрансформаторные с резервными связями по вторичной стороне), если известна расчетная нагрузка объекта Sp и коэффициент допустимой аварийной перегрузки Кзав (табл. 3.3), номинальная мощность трансформатора определяется какСледует также отметить, что нагрузка трансформатора свыше его номинальной мощности допускается только при исправной и полностью включенной системе охлаждения трансформатора.

Что касается типовых графиков, то на сегодняшний день они разработаны для ограниченного количества узлов нагрузок.

По табл. 3.5 для соответствующего вида нагрузки устанавливается номинальная мощность трансформатора по допустимой аварийной нагрузке исходя из условия:

В зависимости от возможных режимов работы трансформатора выбор мощности его осуществляется по табл. 3.4 или по табл. 3.4, 3.5.

Поскольку выбор количества и мощности трансформаторов, в особенности потребительских подстанций 6—10/0,4—0,23 кВ, определяется чаще всего экономическим фактором, то существенным при этом является учет компенсации реактивной мощности в электрических сетях потребителя.

Компенсируя реактивную мощность в сетях до 1 кВ, можно уменьшить количество ТП 10/0,4, их номинальную мощность.

Особенно это существенно для промышленных потребителей, в сетях до 1 кВ которых приходится компенсировать значительные величины реактивных нагрузок. Существующая методика по проектированию компенсации реактивной мощности в электрических сетях промышленных предприятий предполагает выбор мощности компенсирующих устройств и одновременно — количества трансформаторов подстанций и их мощности.

Таким образом, с учетом вышеизложенного, а также сложностей непосредственных экономических расчетов, быстроменяющихся стоимостных показателей строительства подстанций и стоимости электроэнергии выбор мощности силовых трансформаторов при проектировании новых и реконструкции действующих потребительских подстанций 6—10/0,4—0,23 кВ может быть осуществлен следующим образом:

Выбор мощности в сетях промышленных предприятий

Выбор мощности в сетях промышленных предприятий осуществляется по следующим принципам:

Отключение части трансформаторов в режимах малых нагрузок

Отключение одного из параллельно работающих трансформаторов целесообразно, когда происходящее при этом снижение потерь холостого хода оказывается большим, чем увеличение нагрузочных потерь из-за перераспределения суммарной нагрузки между меньшим числом трансформаторов. Отключение одного из п однотипных трансформаторов целесообразно, если коэффициент загрузки трансформаторов βт становится ниже значения

Отношение ∆Рx /∆Рк для трансформаторов напряжением 110 кВ составляет 0,25, а 6–35 кВ – 0,19. Для подстанций этих напряжений значения βт , при которых целесообразно отключение очередного трансформатора, составляют:

Из приведенных цифр следует, что для наиболее распространенных двухтрансформаторных подстанций отключение одного трансформатора целесообразно, когда коэффициент загрузки трансформаторов снизится ниже 0,3. После отключения коэффициент загрузки оставшегося в работе трансформатора составит 0,6. Снижение потерь мощности при отключении одного трансформатора определяют по формуле

При n разнотипных трансформаторах для определения последовательности их отключения при снижении нагрузки подстанции проводят расчеты потерь мощности в трансформаторах при различных значениях нагрузки для случаев работы всех трансформаторов и отключении каждого из них поочередно. Для каждого значения нагрузки выбирают вариант с меньшими потерями.

Режим нагрузки трансформатора

Векторные диаграммы при нагрузке строят по уравнениям (Рис 1). Вид векторной диаграммы зависит от характера нагрузки (рис. 1).

Рис. 1 (а) Рис. 1 (б)

Сопоставляя обе диаграммы, можно заключить, что при и увеличение активно-индуктивной нагрузки вызывает снижение напряжения , а при увеличении активно-емкостной нагрузки напряжение возрастает. Это объясняется тем, что при активно-индуктивной нагрузке происходит некоторое размагничивание трансформатора (поток Ф уменьшается, так как ток имеет составляющую, направленную навстречу току ), а при активно-емкостной нагрузке трансформатор дополнительно намагничивается (поток Ф возрастает, так как ток имеет составляющую, совпадающую с ).

Для оценки диапазона изменения напряжения вводится величина , представляющая собой арифметическую разность между вторичным напряжением трансформатора при холостом ходе ( ) и при номинальной нагрузке ( ). Напряжение первичной обмотки принимается постоянным и равным номинальному , где уравнение 1:

Для расчета примем допущение , тогда, используя упрощенную схему замещения (рис. 2), получим:

Соответствует векторная диаграмма уравнения, представленная на рис. 3. Из векторной диаграммы следует, что

Подставляя приближенное выражение для в уравнение (1), получим

Отрезок можно выразить через составляющие напряжения короткого замыкания:

где . Учитывая, что , , получим для простое выражение

На рис. 4 представлена зависимость при .
Максимальное снижение напряжения имеет место при , а при напряжение не зависит от нагрузки.

Читайте также: