Трансформаторов

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 технико-экономическими расчетами.

Как правило, в системах электроснабжения применяются одно - и двухтрансформаторные подстанции. Применение трехтрансформаторных подстанций вызывает дополнительные капитальные затраты и повышает годовые эксплуатационные расходы.

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 проектировании системы электроснабжения заданного цеха для всех случаев нужно принимать двухтрансформаторную подстанцию.

­В проектной практике трансформаторы ТП часто выбирают по расчетной нагрузке объекта и рекомендуемым коэффициентам экономической загрузки трансформаторов (К_ЗЭ = S_Р/S_{Н.Т .}) в соответствии с данными табл. 3.5.1.

Таблица 3.5.1. - Рекомендуемые коэффициенты загрузки трансформаторов

цеховых ТП

Коэффициент загрузки трансформатора	Вид ТП и характер нагрузки
0,65...0,7	Двухтрансформаторные ТП с преобладающей нагрузкой I категории
0,7...0,8	Однотрансформаторные ТП с преобладающей нагрузкой II категории при наличии взаимного резервирования по перемычкам с другими подстанциями на вторичном напряжении
0,9...0,95	ТП с нагрузкой III категории или с преобладающей нагрузкой II категории при возможности использования складского резерва трансформаторов

Важным 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.

На основании исследований различных режимов работы трансформаторов разработан ГОСТ 14209-85, 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.

На стадии проектирования подстанций можно выбирать мощность трансформаторов по условиям аварийных перегрузок согласно табл. 3.5.2.

Тогда для подстанций, на которых возможна аварийная перегрузка трансформаторов (двухтрансформаторные, однотрансформаторные с резервными связями по вторичной стороне), если известна расчетная нагрузка объекта S и коэффициент допустимой аварийной перегрузки К_з.ав (табл. 3.5.2.) номинальная мощность трансформатора определяется как

.

(3.5.1)

Следует также отметить, что нагрузка трансформатора свыше его номинальной мощности допускается только при исправной и полностью включенной системе охлаждения трансформатора.

Таблица 3.5.2. - Допустимые аварийные перегрузки трансформаторов при выборе их номинальной мощности для промышленных подстанций

Продолжительность перегрузки в течение суток, ч	Перегрузки, в долях номинального тока, в зависимости от эквивалентной температуры охлаждающего воздуха
-20°С	-10°С	0°С	10°С	20°С	30°С	40°С
М,Д	ДЦ	М,Д	ДЦ	М,Д	ДЦ	М,Д	ДЦ,	М,Д	ДЦ,Ц	М,Д	ДЦ,	М,Д	ДЦ,Ц
0,5	2,0	1,9	2,0	1,8	2,0	1,8	2,0	1,7	2,0	1,6	2,0	1,5	2,0	1,5
1,0	2,0	1,8	2,0	1,7	2,0	1,7	2,0	1,6	2,0	1,5	1,9	1,5	1,7	1,4
2,0	2,0	1,7	2,0	1,6	1,9	1,6	1,8	1,5	1,7	1,4	1,6	1,4	1,4	1,3
4,0	1,8	1,6	1,7	1,5	1,7	1,5	1,6	1,4	1,4	1,4	1,3	1,3	1,2	1,3
6,0	1,7	1,6	1,6	1,5	1,5	1,5	1,5	1,4	1,4	1,4	1,3	1,3	1,2	1,2
8,0	1,7	1,6	1,6	1,5	1,5	1,5	1,4	1,4	1,3	1,4	1,2	1,3	1,1	1,2
12,0	1,6	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,4	1,4	1,3	1,4	1,2	1,3	1,1	1,2
24,0	1,6	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,4	1,4	1,3	1,4	1,2	1,3	1,1	1,2

Частично типовые графики отдельных видов потребителей (коммунально-бытовых и сельскохозяйственных) обработаны и для практического удобства сведены в табл. 3.5.3, 3.5.4.

Таблица 3.5.3 -Данные для выбора трансформаторов по допустимым систематическим нагрузкам

Вид нагрузки	Интервалы нагрузки (кВА) для трансформаторов мощностью (кВА)
Производственные потребители, хоздворы, мастерские по обслуживанию сельско­хозяйственной техники, стройцеха, овощехранилища и насосные станции водоснаб­жения, котельные	до 40	41-64	65-101	102-154	155-247	248-386	387-617	618-972
Коммунально-бытовые потребители — общественные и административные предприятия (школы, клубы, столовые, бани, магазины) в сочетании с жилыми домами	до 40	41-65	66-103	104-163	164-256	257-401	402-642	643-1011
Сельские жилые дома, группы сельских жилых домов (как правило, одноэтажной застройки)	до 41	42-66	67-104	105-163	164-260	261-407	408-652	653-1026
Коммунально-бытовые потребители поселков городского типа и городов районного подчинения	до 40	41-64	65-101	102-161	162-249	250-390	391-624	625-982
Жилые дома, поселки городского типа и города районного подчинения	до 40	41-64	65-101	102-161	162-252	253-395	396-632	633-995
Смешанная нагрузка с преобладанием (более 60 %) производственных потребителей	до 38	39-61	62-96	97-146	147-233	234-365	366-584	585-919
Со смешанной нагрузкой с преобладанием (более 40 %) коммунально-бытовых потребителей	до 39	40-62	63-98	99-148	149-230	239-372	373-595	596-937

В этих таблицах в сокращенном виде соответственно указаны интервалы допустимых нагрузок и аварийных перегрузок трансформаторов с естественным масляным охлаждением, напряжением 10/0,4 кВ, мощностью до 630 кВА для некоторых видов потребителей.

По табл. 3.5.3 для необходимого вида нагрузки находится интервал минимальной и максимальной границы допустимой систематической нагрузки трансформатора (S_Д.min…S_Д.max), в котором содержится величина расчетной нагрузки трансформатора S_Р (для трансформаторов, установленных на двухтрансформаторных подстанциях S_p = S_ТП/2,где S_ТП — расчетная нагрузка подстанции). Условие

(3.5.2)

определяет номинальную мощность трансформатора по допустимой нагрузке для нормального режима работы подстанции.

По табл. 5.4 для соответствующего вида нагрузки устанавливается номинальная мощность трансформатора по допустимой аварийной нагрузке исходя из условия

,

(3.5.3)

где S_{ав. min}, S_{ав. max} — соответственно минимальная и максимальная границы аварийных нагрузок трансформатора; S_ав — аварийная нагрузка трансформатора, определяемая из условий необходимости и возможности резервирования нагрузки. В зависимости от возможных режимов работы трансформатора выбор мощности его осуществляется по табл. 3.5.3 или по табл. 3.5.4. 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 приходиться компенсировать значительные величины реактивных нагрузок.

Таблица 3.5.4 - Данные для выбора трансформаторов по допустимым аварийным нагрузкам

Вид нагрузки	Интервалы нагрузки (кВ-А) для трансформаторов мощностью (кВА)
Производственные потребители, хоздворы, мастерские по обслуживанию сельско­хозяйственной техники, стройцеха, овощехранилища и насосные станции водоснабжения, котельные	до 42	43-68	69—107	108—169	170—270	271—422	423—676	677—1064
Коммунально-бытовые потребители — общественные и административные предприятия (школы, клубы, столовые, бани, магазины) в сочетании с жилыми домами	до 44	45—70	71—110	111—176	177—278	279—435	436—696	697—1096
Сельские жилые дома, группы сельских жилых домов (как правило, одноэтажной застройки)	до 45	46—72	73—113	114—179	180—286	287-447	448—716	717—1127
Коммунально-бытовые потребители поселков городского типа и городов район­ного подчинения	до 43	44—68	69—108	109—172	173—270	271—422	423—676	677—1064
Жилые дома, поселки городского типа и города районного подчинения	до 42	43—68	69—107	108—170	171—273	274—427	428-684	685—1077
Смешанная нагрузка с преобладанием (более 60 %) производственных потребителей	до 42	43—67	68—106	107—161	162—257	258-402	403—644	645—1014
Со смешанной нагрузкой с преобладанием (более 40 %) коммунально-бытовых потреби­телей	до 42	43—68	69—107	108—164	165—262	263—410	411—656	657—1033

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:

а) единичная мощность трансформаторов выбирается в соответствии с рекомендациями удельной плотности расчетной нагрузки и полной расчетной нагрузки объекта;

б) количество трансформаторов подстанции и их номинальную мощность определяют согласно указаниям по проектированию компенсации реактивной мощности в электрических сетях промышленных предприятий;

в) выбор мощности трансформаторов должен осуществляться с учетом рекомендуемых коэффициентов загрузки (табл. 3.5.1) и допустимых аварийных перегрузок трансформаторов (табл. 3.5.2);

г) при наличии типовых графиков нагрузки выбор следует вести в соответствии с ГОСТ 14209-85 и с учетом компенсации реактивной мощности в сетях до 1 кВ.

Результаты выбора трансформаторов сведём в таблицу 3.5.5.

Таблица 3.5.5. – Количество и каталожные данные трансформаторов цеховых ТП

Наименование цеха	№ТП	Кол-во транс-ов в цехе	Тип транс-форматора	Номинальная единичная мощность, кВ×А	Потери, кВт	Напряжение КЗ, %	Ток холостого хода, %
Холостого хода	Короткого замыкания