Характеристика силовых трансформаторов цеховых подстанций.(c.148, Ус А.)

Ответ: На цеховых подстанциях применяются двухобмоточные трехфазные трансформаторы с первичным напряжением 6-20 кВ (иногда 35 кВ) и со вторичным напряжением 380 или 660 В.

Номинальные мощности этих трансформаторов составляют:

100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500 кВА.

Это трансформаторы с естественным охлаждением:

- масляные ТМ,

- совтоловые ТН (негорючая жидкость),

- сухие ТС.

Трансформаторы могут выполняться открытого исполнения или закрытого исполнения (ТМЗ). У трансформаторов закрытого типа изоляторы закрыты кожухом с азотной подушкой для масла под небольшим избыточным давлением. Такие трансформаторы предназначены для комплектных трансформаторных подстанций (КТП). Самые дешевые – масляные, но они взрывопожароопасны. Самые дорогие сухие трансформаторы в 2-4 раза дороже масляных.

Маркировка: ТМ – 1000/10;

ТМЗ – 1000/10;

ТНЗ – 1000/10;

ТС – 630/10.

Для цеховых ТП получили наибольшее распространение следующие схемы и группы соединения силовых трансформаторов:

звезда – звезда с выведенной нейтралью - - 0(12);

треугольник – звезда с выведенной нейтралью - - 11;

звезда – треугольник - - 11.

Из них звезда – звезда и треугольник звезда с выведенными нейтралями используются чаще, что позволяет осуществлять питание от общего трансформатора как силовой нагрузки на линейном напряжении, так осветительной на фазном напряжении.

Основными характеристиками трансформаторов которые необходимо учитывать при их выборе и в процессе их эксплуатации являются:

- номинальная мощность , (кВА);

- номинальное высшее и низшее напряжения , ;

- потери холостого хода и короткого замыкания:

ΔP_xx=0,1…6 кВт;

ΔP_кз =0,6…25 кВт.

- напряжение КЗ, U_кз = 4,5…5,5%;

- ток XX, I_xx = 2,0…2,5%;

- перегрузочная способность

Перегрузочная способностьтрансформаторовимеет исключительно важное значение при выборе его мощности для длительного режима работы.

Учитывая следующие обстоятельства:

- на большинстве предприятий нагрузка трансформаторов изменяется и в течении продолжительного времени остается ниже номинальной;

- значительная часть трансформаторов выбирается с учетом послеаварийного режима и поэтому нормально они остаются длительное время недогруженными;

- кроме того силовые трансформаторы рассчитываются на работу при допустимой температуре окружающей среды, равной до +40 ⁰С а в действительности она работают в обычных условиях до 20-30 ⁰C;

- ошибка при определении расчетной нагрузки в сторону завышения ее величины.

В связи с вышеизложенными обстоятельствами силовые трансформаторы без всякого ущерба для установленного им срока службы (20-25лет) могут быть перегружены.

В соответствии с существующей нормативной документацией эти перегрузки подразделяются на систематические (нормальные) и послеаварийные.

Максимальные допустимые значения систематических нагрузок 1,5, послеаварийных перегрузок 2,0.

Систематические перегрузки могут быть меньше номинальной мощности трансформатора, поэтому в нормативных документах их часто называют систематической нагрузкой.

Систематические нагрузки и аварийные перегрузки в настоящее время регламентируются ГОСТ 14209-85 и ГОСТ 14029-97 для силовых масляных трансформаторов общего назначения мощностью до 100 мВА включительно с видами охлаждения М, Д,ДЦ, и Ц и с учетом температуры охлаждающей среды.

В соответствии с ГОСТ 14209-85 в таблицах 1-7 приведены нормы максимально допустимых систематических нагрузок трансформаторов. Значения их определяются системой охлаждения трансформатора, температурой окружающей среды, коэффициентом предшествующей нагрузки и продолжительностью этой систематической нагрузки (перегрузки). Температура охлаждающей среды для определения систематических нагрузок принимается как эквивалентное значение для данной местности.

Рассчитывается эквивалентная температура за любой промежуток времени (сутки, месяц, сезон год) по следующей формуле:

(5.1)

где n=12 – количество равных интервалов промежутка времени: для суток – часы, для месяцев сутки, для сезона – недели, для года - месяцы;

θ_охл1, _θохл2, θ_охлn – температура охлаждающей среды по каждому из интервалов, ⁰С.

Температуру охлаждающей среды по каждому интервалу следует принимать средней, если известно, что ее изменение за интервал не превышает 12 ⁰С, или эквивалентной, рассчитываемой по вышеприведенной формуле с разделением интервала на еще меньшие равные части, если изменение температуры за интервал превышает 12 ⁰С.

Эквивалентная температура охлаждающей среды – это такая условно постоянная за принятое время температура, при которой износ витковой изоляции обмотки равен износу ее за такое же время, но при изменяющейся температуре охлаждающей среды.

Средняя: годовая температура Гомеля 10,4 ⁰С;

зимняя – 5,8 ⁰С;

летняя – 17,7 ⁰С (по данным приложения ГОСТ 14209-85).

Соответственно допустимая систематическая нагрузка при продолжительности ее 6 часов в сутки для Гомеля составит:

годовая – К₂=1,2…1,33;

зимняя – К₂=1,35…1,45;

летняя – К₂=1,0…1,25.

Для определения систематических нагрузок и аварийных перегрузок необходимо также знать начальную нагрузку, предшествующую перегрузке (К₁), и предварительную величину перегрузки (К₂). Эти данные определяются по реальному исходному графику нагрузки (полной мощности или току), преобразованному в эквивалентный в тепловом отношении прямоугольный двух- или многоступенчатый график по следующим формулам:

, (5.2)

, (5.3)

где – равные интервалы усреднения участка перегрузки(h), полученного в результате пересечения линии номинальной нагрузки трансформатора(Sн) с исходным графиком;

– значения нагрузки на соответствующих интервалах усреднения . Интервалы усреднения принимаются равными произвольными значениями;

– равные интервалы усреднения оставшейся части исходного графика в результате пересечения его с линией Sн;

– значения нагрузки на соответствующих интервалах усреднения .

В связи с необходимостью иметь реальный исходный график нагрузки расчет допустимых систематических нагрузок и аварийных перегрузок в соответствии с ГОСТ14209-85 может быть выполнен для действующих подстанций

В ГОСТ 14209-85 все эти выкладки делаются для средних значений температуры обмотки.

В соответствии с ГОСТ 14029-97 в котором выкладки делаются для наиболее нагретой точки обмотки приведены кривые К₁, K₂ и продолжительность загрузки.

Аварийная перегрузка.Ранее аварийная перегрузка определялась как 40% величина перегрузки трансформаторов в течении пяти дней в течении 6 часов каждый день и при коэффициенте заполнения графика не выше 0,75. В настоящее время в соответствии с действующим ГОСТом коэффициент аварийной перегрузки определяется в зависимости от системы охлаждения трансформаторов, температуры окружающей среды в момент аварии, величины предшествующей нагрузки K₁ и продолжительности аварийной перегрузки.

Допустимые аварийные перегрузки трансформаторов при выборе их номинальной мощности для промышленных подстанций при предшествующей нагрузки не превышающей 0,8:

- для г. Гомеля величина аварийной перегрузки масляных силовых трансформаторов составит:

годовая +10,4⁰С, К₂=1,5

зимняя – 5,8 ⁰С, К₂=1,55…1,6;

летняя +17,7 ⁰С, К₂=1,4.

для продолжительности перегрузки 6ч.(таблица 2 приложения ГОСТ 14209-85)

Кроме требований, предъявляемых к трансформатору при нормальном и аварийных режимах работы, он должен выдержать без повреждений установившийся ток КЗ, не превышающий 25I_н при замыкании на зажимах вторичной обмотки. При этом длительность протекания тока КЗ не должна превышать 5сек.