Технические характеристики трансформаторов силовых ток

Рациональная схема электроснабжения зависит от технически обоснованного подбора мощности трансформатора, влияющего на эксплуатационные затраты и окупаемость, которая возможна за 6 – 10 лет.

При выборе трансформатора руководствуются следующими критериями:

1. Категория электроснабжения – определяется количество трансформаторов. Объекты категории электроснабжения III – один трансформатор. Объекты II и I категории электроснабжения – два или в некоторых случаях три трансформатора. 
2. Перегрузочная способность – определение мощности трансформатора.
3. Суточный график распределения нагрузок – учет нагрузок по времени и дням в неделю.
4. Экономичный режим работы тр-ра. 

Выбор числа трансформаторов

Однотрансформаторные подстанции используются в двух случаях. Во-первых, для объектов III категории электроснабжения. Во-вторых, для потребителей, имеющих возможность резервирования электроснабжения с помощью АВР (автоматического включения резерва) с другого источника питания.

При питании потребителей I и II категории в аварийном режиме на двухтрансформаторной подстанции после срабатывания АВР целый трансформатор принимает на себя нагрузку неисправного. Поэтому его перегрузочной способности должно хватить на время замены вышедшего из строя трансформатора. В нормальном режиме трансформаторы работают недогруженными, что экономически нецелесообразно. Поэтому при аварийной ситуации некоторые потребители III категории электроснабжения отключают от сети.

Перерыв питания объектов II категории ограничен временем в одни сутки. Для восстановления схемы необходим стратегический складской резерв оборудования необходимого для ликвидации аварии. При этом мощность нового трансформатора должна быть идентична заменяемому. Таким образом, сокращается количество резервного оборудования.

Как выбрать силовой трансформатор по мощности

Сбор и анализ мощностей потребителей, запитанных от одного трансформатора, не всегда оказывается достаточным. 

Для производственных объектов руководствуются порядком ввода оборудования в работу. При этом учитывают, что все потребители не могут быть включены одновременно. Однако также принимают во внимание возможное увеличение производственной мощности.

Поэтому при расчете и выборе мощности силового трансформатора руководствуются графиком среднесуточной и полной активной нагрузки подстанции, а также длительностью максимальной нагрузки. Если рассчитывается трансформатор, который будет участвовать в электроснабжении объектов жилой инфраструктуры, то учитывают и время года. В зимнее время нагрузка увеличивается за счет включения электрического обогрева, летом – кондиционеров.

Таблица №1 - Выбор силового трансформатора по мощности и допустимым аварийным нагрузкам

Вид нагрузки	Интервалы нагрузки (кВ-А) для трансформаторов мощностью (кВ-А)
	25	40	63	100	160	250	400	630
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
Комунально-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
Комунально-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%) комунально-бытовых потребителей	до 42	43-68	69-107	108-164	165-262	263-410	411-656	657-1033

При отсутствии точных сведений активная нагрузка определяется по формуле:

Sном ≥ ∑ Pmax ≥ Pp;

Где ∑ Pmax – максимальная активная мощность;

Pp– проектная мощность подстанции. 

Если график работы подстанции характеризуется кратковременным пиковым режимом мощности – 30 мин или не более 1 часа, то тр-ор будет работать в недогруженном режиме. Поэтому выгоднее подбирать трансформатор с мощностью, приближенной к продолжительной максимальной нагрузке и полностью использовать перегрузочные возможности трансформатора с учетом систематических перегрузок в нормальном режиме.

В реальных условиях значение допустимой перегрузки определяется коэффициентом начальной загрузки. На выбор величины нагрузки влияет температура окружающего воздуха, в котором находится работающий трансформатор. 

Коэффициент загрузки всегда меньше единицы. 

Kн = Pc/Pmax = Ic/Imax ; где Pc, Pmax и Ic, Imax – среднесуточные и максимальные мощности и тока.

Таблица №2 - Рекомендуемые коэффициенты загрузки силовых трансформаторов цеховых ТП. Коэффициент ограничивает перегрузку трансформатора оставляя по мощности некоторый запас.

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

Таблица №3 - длительности и величины перегрузки при аварийных режимах с принудительным охлаждением масла устанавливается по заводским параметрам.   ПТЭ и ПТБ электроустановок тб. ЭП-4-1

Нагрузки в долях номинальной по току	Допустимая длительность, мин
	Маслонаполненные трансформаторы	Сухие трансформаторы
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 — —

Характер суточной нагрузки эквивалентен температуре окружающей среды, постоянной времени трансформатора, типу охлаждения, допускаются периодические перегрузки.

Рисунок 1 - Расчетный график нагрузки. 1 – суточный по факту; 2 – двухступенчатый эквивалентный фактическому

Согласно графику, начальный период нагрузки характеризуется работой трансформатора с номинальной нагрузкой за 20 часов и коэффициентом начальной нагрузки – 0,705. 

Второй период – коэффициент перегруза kпер.= 1,27 и временем – 4 часа. Значит, перегрузки определяются графиком нагрузки преобразованном в эквивалентный график с учетом тепла. Допустимая нагрузка тр-ра зависит от номинальной нагрузки, ее длительности и максимального пика, определяется по коэффициенту превышения нагрузки:

kпер = Iэ max / Iном

коэффициент начальной нагрузки 

kн.н. = Iэ.н./ Iном 

Iэ max – эквивалентный максимум нагрузки;

Iэ.н  - эквивалентная начальная нагрузка.

Перегрузки трансформаторов допустимы, но их возможности: время и величина ограничены нормативами, установленными заводом изготовителем. Правила ПТЭЭП, глава 2. 1. 20 и гл. 2. 1. 21. ограничивают перегрузку трансформатора до 5%. 

Таблица №4 - Перегрузка по времени для масляных трансформаторов

Величина перегрузки, %	30	45	60	75	100
Продолжительность, мин.	120	80	45	20	10

Таблица №5 - Перегрузка по времени для сухого трансформатора

Величина перегрузки, %	20	30	40	50	60
Продолжительность, мин.	60	45	32	18	5

Вентиляция помещения электроустановки должна обеспечить отвод тепла, чтобы при перегрузке и максимальной температуре воздуха нагрев трансформатора не превышал допустимое значение. Часто в условиях жары на отдаленных от населенных пунктов месторождений прибегают к естественной вентиляции, открывая двери трансформаторного отсека.

Правила ПУЭ разрешают максимальный послеаварийный перегруз трансформатора до 40% на время не более 6 часов в течение 5 суток.

Выбор силового трансформатора по расчетной мощности.

Для выбора используют требования нормативных документов

Таблица №6 - Зависимости коэффициентов допустимой перегрузки масляных трансформаторов для одно, двух и трехтрансформаторных подстанций и коэффициента загрузки в обычном режиме работы

Коэффициент допустимой перегрузки масляного трансформатора, определенный согласно ГОСТ 14209-85	Коэффициент загрузки масляного трансформатора в нормальном режиме
	двухтрансформаторная подстанция	трехтрансформаторная подстанция
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

Производитель электрооборудования, предлагая покупателю трансформатор, предоставляет сведения о разрешенных перегрузках.

По нормам СН 174-75 «Инструкция по проектированию электроснабжения промышленных предприятий» для каждого объекта принимают различные коэффициенты загрузки:

• Двухтрансформаторная подстанция для нагрузки I категории – 0,65 до 0,7.

• Подстанция с одним трансформатором с резервированием для нагрузки II категории – от 0,7 до 0,8.

• Для нагрузки категории II и III с использованием резерва – 0,9-0,95.

Таким образом, можно сделать вывод, что нормальный режим трансформатора – это загруженность на 90 или даже 95%.

Выбор трансформатора по расчетной мощности заключается в сравнении полной мощности объекта (кВА) и интервалами допустимой нагрузки тр-ров для различных типов потребителей в аварийном и нормальном режимах работы. Руководствуются методикой выбора мощности силового трансформатора и нормативными документами.

Нормативные документы по выбору силовых трансформаторов:

1. НТП ЭПП-94. Проектирование электроснабжения промышленных предприятий. Нормы технологического проектирования (РФ, вместо СН 174-75). Указания по выбору числа и мощности тр-ров цеховых ТП – пп 6. 4. 3 – 6. 4. 10

2. Методические указания по выбору мощности силовых трансформаторов 10/0,4 кВ (РФ).

3. ГОСТ 52719-2007. «Руководство по нагрузке силовых масляных трансформаторов».