Ефективне планування системи електропостачання прямо залежить від ретельно обґрунтованого підбору потужності трансформатора. Цей вибір істотно впливає на операційні витрати та терміни окупності, які зазвичай становлять 6–10 років.
При ухваленні рішення про вибір трансформатора керуються рядом критеріїв:
-
Категорія електропостачання: Вона визначається кількістю необхідних трансформаторів. Об'єкти, що належать до категорії III електропостачання, зазвичай вимагають одного трансформатора. У той час як для об'єктів категорій II і I може знадобитися два або в окремих випадках три трансформатори.
-
Перевантажувальна здатність: Визначення необхідної потужності трансформатора відіграє ключову роль цьому виборі.
-
Добовий графік навантажень: Облік навантажень залежно від часу та дня тижня також є важливим аспектом.
-
Економічна ефективність: Важливо забезпечити економічний режим трансформатора для оптимізації витрат на електроенергію.
Підбір числа трансформаторів
Використовують трансформаторні підстанції зазвичай у двох сценаріях. По-перше, це притаманно об'єктів III категорії електропостачання. По-друге, це також стосується споживачів, які можуть забезпечити резервне електропостачання за допомогою АВР (автоматичного включення резерву) з іншого джерела живлення.
При забезпеченні електропостачання споживачів І та ІІ категорії в аварійному режимі на двотрансформаторних підстанціях, після спрацьовування АВР весь обсяг навантаження перемикається на працюючий трансформатор.
Тому перевантажувальна здатність повинна бути достатньою для забезпечення електропостачання до заміни трансформатора, що вийшов з ладу.
У звичайному режимі роботи трансформатори функціонують з недостатнім навантаженням, що є неефективним з економічної точки зору. Тому в аварійних ситуаціях деякі споживачі ІІІ категорії електропостачання тимчасово відключаються від мережі.
Переривання живлення об'єктів ІІ категорії обмежується одноденним часом. Для відновлення електропостачання потрібен стратегічний запас обладнання, достатній для усунення наслідків аварії.
При цьому потужність нового трансформатора повинна бути аналогічною до замінного, що дозволяє скоротити обсяг резервного обладнання.
Як правильно підібрати силовий трансформатор за потужністю
Зібрані та проаналізовані дані про потужність споживачів, що живляться від одного трансформатора, не завжди достатні для ухвалення рішення.
Що стосується виробничих об'єктів дотримується певний порядок включення устаткування роботу, враховуючи, що це споживачі що неспроможні працювати одночасно. Проте також враховується можливе збільшення виробничої потужності.
При розрахунку та виборі потужності силового трансформатора враховується графік середньодобового та максимального активного навантаження на підстанцію, а також тривалість максимального навантаження. Якщо трансформатор призначений забезпечення електроживлення житлових зон, то враховується і сезонність. Взимку навантаження зростає через роботу електричних опалювальних систем, а влітку через використання кондиціонерів.
Таблиця №1 - Вибір силового трансформатора за потужністю та допустимим аварійним навантаженням
| Вид навантаження | Інтервали навантаження (кВ-А) для трансформаторів потужністю (кВ-А) | |||||||
| 25 | 40 | 63 | 100 | 160 | 250 | 400 | 630 | |
| Виробничі споживачі, господарські двори, майстерні з обслуговування сільськогосподарської техніки, будцеху, овочесховища та насосні станції водопостачання, котельні |
до 42 | 43-68 | 69-107 | 108-169 | 170-270 | 271-422 | 423-676 | 677-1064 |
| Комунально-побутові споживачі – громадські та адміністративні підприємства (школи, клуби, їдальні, лазні, магазини) у поєднанні з житловими будинками |
до 44 | 45-70 | 71-110 | 111-176 | 177-278 | 279-435 | 436-696 | 697-1096 |
| Сільські житлові будинки, групи сільських житлових будинків (зазвичай одноповерхової забудови) |
до 45 | 46-72 | 73-113 | 114-179 | 180-286 | 287-447 | 448-716 | 717-1127 |
| Комунально-побутові споживачі селищ міського типу та міст районного підпорядкування |
до 43 | 44-68 | 69-108 | 109-172 | 173-270 | 271-422 | 423-676 | 677-1064 |
| Житлові будинки, селища міського типу та міста районного підпорядкування |
до 42 | 43-68 | 69-107 | 108-170 | 171-273 | 274-427 | 428-684 | 685-1077 |
| Змішане навантаження з переважанням (понад 60%) виробничих споживачів |
до 42 | 43-67 | 68-106 | 107-161 | 162-257 | 258-402 | 403-644 | 645-1014 |
| Зі змішаним навантаженням з переважанням (понад 40%) комунально-побутових споживачів |
до 42 | 43-68 | 69-107 | 108-164 | 165-262 | 263-410 | 411-656 | 657-1033 |
У разі відсутності точних даних активне навантаження визначається таким чином:
Sном ≥ ∑ Pmax ≥ Pp;
Де ∑ Pmax – максимальна активна потужність;
Pp – проектна потужність підстанції.
Якщо графік роботи підстанції характеризується короткочасним піковим режимом потужності – 30 хвилин або більше 1 години, то трансформатор працюватиме у недовантаженому режимі. Тому краще вибирати трансформатор з потужністю, близькою до тривалого максимального навантаження, і повністю використовувати його перевантажувальні можливості з урахуванням систематичних навантажень в нормальному режимі.
У реальних умовах величина припустимого навантаження визначається коефіцієнтом початкового завантаження. Вибір величини навантаження також залежить від температури навколишнього середовища, де працює трансформатор.
Коефіцієнт завантаження завжди залишається нижче одиниці.
Kн = Pc/Pmax = Ic/Imax; де Pc, Pmax та Ic, Imax – середньодобові та максимальні потужності та струму.
Таблиця №2 - коефіцієнти завантаження силових трансформаторів цехових ТП, що рекомендуються. Цей коефіцієнт обмежує перевантаження трансформатора, зберігаючи у своїй певний запас потужності.
| Коефіцієнт завантаження трансформатора | Вид ТП та характер навантаження |
|
0,65...0,7 |
Двотрансформаторні ТП з переважним навантаженням І категорії |
|
0,7...0,8 |
Однотрансформаторні ТП з переважним навантаженням ІІ категорії за наявності взаємного резервування за перемичками з іншими підстанціями на вторинній напрузі |
|
0,9...0,95 |
ТП з навантаженням III категорії або з переважним навантаженням II категорії за можливості використання складського резерву трансформаторів |
Таблиця №3 - тривалості та величини навантаження при аварійних режимах з примусовим охолодженням олії встановлюється за заводськими параметрами.
| Навантаження у частках номінальної за струмом |
Допустима тривалість, мін |
|
| Маслонаповнені трансформатори | Сухі трансформатори | |
| 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,75 2,00 |
- 120 90 70 45 20 10 |
60 45 32 18 5 |
Мал. 1 – Розрахунковий графік навантаження. 1 – фактичне добове навантаження; 2 – еквівалентна фактичному двоступінчастому навантаженню
Згідно з графіком, початковий період навантаження характеризується роботою трансформатора з номінальним навантаженням протягом 20 годин та коефіцієнтом початкового завантаження – 0,705.
Другий період – коефіцієнт навантаження kпер. = 1,27 та триває 4 години. Це означає, що перевантаження визначаються графіком навантаження, перетвореним на еквівалентний графік з урахуванням теплових параметрів.
Допустиме навантаження трансформатора залежить від його номінальної потужності, тривалості перевантаження та максимального піку і визначається за коефіцієнтом перевищення навантаження:
kпер = Iе max / Iном
коефіцієнт початкового завантаження
kн.н. = Iе.н. / Iном
Iе max – максимальне еквівалентне навантаження;
Iе.н – еквівалентне початкове навантаження.
Перевантаження трансформаторів допустимі, та їх можливості, як у часі, і за величиною, обмежені стандартами, встановленими виробником. Правила ПТЕЕП, глава 2. 1. 20 та гол. 2. 1. 21, обмежують перевантаження трансформатора до 5%.
Таблиця №4 - Тимчасові обмеження навантаження для масляних трансформаторів Таблиця №5 - Тимчасові обмеження навантаження для сухих трансформаторів
|
Величина навантаження, % |
30 |
45 |
60 |
75 |
100 |
|
Тривалість, хв. |
120 |
80 |
45 |
20 |
10 |
Таблиця №5 - Перевантаження часу для сухого трансформатора
|
Величина навантаження, % |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
|
Тривалість, хв. |
60 |
45 |
32 |
18 |
5 |
Вентиляція приміщення електроустановки повинна забезпечити відведення тепла, щоб при перевантаженні та максимальній температурі повітря нагрівання трансформатора не перевищувало допустиме значення. В умовах спекотної погоди на віддалених родовищах часто використовується природна вентиляція шляхом відкриття дверей трансформаторного приміщення.
Правила ПУЕ дозволяють максимальне післяаварійне навантаження трансформатора до 40% протягом не більше 6 годин протягом 5 діб.
Вибір силового трансформатора за розрахунковою потужністю
Вибір силового трансформатора, залежно від розрахункової потужності, вимагає дотримання нормативних вимог.
Виробники електроустаткування надають інформацію про допустимі навантаження трансформаторів.
| Коефіцієнт допустимого навантаження масляного трансформатора, визначений згідно з ГОСТ 14209-85 | Коефіцієнт завантаження масляного трансформатора у нормальному режимі | |
| двотрансформаторна підстанція | тритрансформаторна підстанція | |
| 1,0 | 0,5 | 0,666 |
| 1,1 | 0,55 | 0,735 |
| 1,2 | 0,6 | 0,8 |
| 1,3 | 0,65 | 0,86 |
| 1,4 | 0,7 | 0,93 |
Відповідно до норм "Інструкція з проектування електропостачання промислових підприємств", для кожного типу навантаження прийнято різні коефіцієнти завантаження:
- Для двотрансформаторної підстанції з навантаженням І категорії коефіцієнт завантаження становить від 0,65 до 0,7.
- Для підстанції з одним трансформатором та резервуванням для навантаження ІІ категорії – від 0,7 до 0,8.
- Для навантаження категорій ІІ та ІІІ з використанням резерву – від 0,9 до 0,95.
Отже, нормальний режим роботи трансформатора передбачає завантаження лише на рівні 90% і навіть 95%.
Вибір силового трансформатора за розрахунковою потужністю включає порівняння повної потужності об'єкта (в кВА) і допустимих інтервалів навантаження для різних типів споживачів в аварійних і нормальних режимах роботи. При цьому керуються методикою вибору потужності силового трансформатора та відповідними нормативними документами.
