Составляющие полной мощности трансформатора и методика расчета

Понятие полной мощности используется в электротехники для определения фактической нагрузки на элементы сети. Величина полной мощности силового трансформатора является основой для проектирования его конструкции.

Полная мощность превосходит по абсолютной величине активную и зависит от характеристик нагрузки.

Понятие мощности трансформатора

Трансформатор переменного тока не производит электрическую энергию, а лишь преобразовывает ее по величине. Поэтому его мощность полностью зависит от ее величины нагрузки (тока потребления) вторичной цепи. При наличии нескольких потребителей должна учитываться суммарная нагрузка, которая может быть подключена одновременно. Для цепей переменного тока учитывается активный и реактивный характер потребления.

Активная

Данная составляющая часть характеристики определяется как среднее значение мгновенной за определенный период времени. Для цепей синусоидального переменного тока в качестве отрезка времени используется значение периода колебания:

Активная часть зависит от характера нагрузки, то есть от сдвига фаз между током и напряжением и определяется по формуле:

где ϕ – угол сдвига фаз.

Активная составляющая устройств переменного тока выражается в Ваттах, как и для цепей постоянного тока.

Реактивная

Реактивная нагрузка отличается от активной тем, что в течение одного периода колебаний напряжения электрическая энергия реально не потребляется, но возвращается назад. В результате того, что к питающему устройству подключены устройства с большой емкостью или индуктивностью (электродвигатели), между током и напряжением возникает сдвиг фаз.

Реактивная составляющая потребления определяется выражением:

Единица измерения – вар (вольт-ампер реактивный).

Полная

Полная мощность трансформатора учитывает всю потребленную и возвращенную энергию и находится из выражения:

Все составляющие связаны соотношением:

Единица измерения – ВА (вольт-ампер).

Полная мощность равняется активной только в случае полностью активной нагрузки.

Номинальная

Номинальная мощность трансформатора учитывает возможность работы конструкции с учетом подключения потребителей разного характера, то есть аналогична полной. При этом гарантируется исправная работа устройства весь заявленный срок службы при оговоренных условиях эксплуатации.

Номинальная мощность, как и полная, учитывает активный и реактивный характер потребления, которое может изменяться во время эксплуатации.

Выражается в вольт-амперах.

Методика расчета мощностей трансформатора

При расчете силового трансформатора питающей подстанции учитывается среднесуточная нагрузка и длительность периода максимальной потребления. При этом должно учитываться соотношение:

Режим пикового потребления также должен учитывать время воздействия, поскольку при кратковременных всплесках (до 1 часа), устройство будет работать в недогруженном режиме, что экономически не выгодно.

В таких случаях нужно брать в расчет перегрузочную способность конструкции, которая зависит от конструктивных особенностей, температуры окружающего воздуха и условий охлаждения. Это диктуется условиями допустимого нагрева составляющих элементов (обмоток, коммутирующих цепей).

Понятие коэффициента загрузки определяет отношение среднесуточного и максимального потребления электрической энергии. Коэффициент загрузки всегда меньше единицы. Его величина связана с требованиями к надежности электроснабжения. Чем меньше требуемая надежность, тем больше коэффициент может приближаться к единице.

Примеры реальных расчетов

В качестве примера можно выбрать питающую подстанцию жилого района. Нагрузка подстанции является III категории, поэтому коэффициент загрузки допустимо выбирать из большего значения – 0.9-0.95.

Характер потребления тока бытового сектора зависит от времени суток и сезона, но с учетом высокого коэффициента загрузки допустимо учитывать среднее значение потребляемой мощности. Для повышения надежности работы в период максимального потребления рекомендуется использование маслонаполненных трансформаторов, которые отличаются большой перегрузочной способностью в течение длительного периода времени (30% перегрузки в течение 2-х часов).

Эскиз конструкции трансформатора

Конструкция мощного силового трансформатора состоит из нескольких частей:

В состав выемной части входит, собственно сердечник и обмотки с активной частью, которая включает переключатели с приводами, вводы высокого и низкого напряжений, предохранительные устройства.

Остов – основная составляющая конструкции активной части. В состав остова входит магнитная система (сердечник) со всеми обмотками, а также конструктивные элементы для крепления и соединения обмоток и частей магнитной системы.

Источник

Понятие номинальной мощности трансформатора, в чем указывается и измеряется

Для установки трансформатора необходимо рассчитывать его номинальную мощность. Выбор агрегата по данному показателю зависит от планируемых режимов работы, уровня нагрузки, условий и типа охлаждения прибора. При расчетах учитываются особенности измерения мощности трансформатора распределение нагрузки на составные части цепи при аварийной и стандартной работе прибора.

Понятие номинальной мощности трансформатора

Номинальная мощность трансформатора – это полная мощность, на которую рассчитан прибор его изготовителем. То есть, напряжение, которое в течение всего срока эксплуатации трансформатор выдерживает без перерыва.

Заводы дают гарантию службы от 20 до 25 лет.

Данный показатель всегда связан с температурным режимом работы: насколько допускается нагрев обмоток и при каких условиях охлаждается агрегат. При разных мощностях обмоток трансформатора номинальной считают наибольшую. В основном, в трансформаторах установлено масляное охлаждение, которое напрямую зависит от температуры окружающей среды.

Поскольку погодные условия постоянно изменяются, наибольший нагрев обмоток при максимальной теплоте воздуха считается верхним пределом среднего показателя сопротивления температуры, возможной для соблюдения безопасности.

У приборов с другим типом охлаждения в паспорте от производителя прописываются номинальные температурные условия.

Помимо номинальной, есть типовая мощность трансформатора, которая считается, как сумма величин нагрузки на все обмотки, поделенная на два. А максимальная нагрузка на обмотки рассчитывается, как произведение наибольшей величины тока на максимально разрешенное напряжение данной части цепи.

В чем измеряется и указывается

Номинальную мощность трансформаторов измеряют в кВА (киловольт-амперах), а не в кВТ (киловаттах). Эти два показателя отличаются друг от друга и не тождественны. Первый – это полная (номинальная) мощность, второй – активная. Номинальная потребляется в работу не в полном объеме, поскольку часть ее распространяется на электромагнитные поля цепи, и только оставшаяся часть – это активная мощность – действует по назначению.

Нагрузка на трансформатор обуславливается потребляемым током, а не энергией, которая используется фактически. То есть, полная мощность представляет собой все напряжение, налагаемое во время работы прибора на все составляющие электрической цепочки. Поэтому данную номинальную величину указывают в единицах вольт-ампер.

В работе электроприборов также учитывают коэффициент, который выражается в отношении активной к номинальной (cos фи). Данный коэффициент отражает величину сдвижения переменного тока по фазе относительно нагрузки, приложенной к ней.

Шкала стандартных мощностей силовых трансформаторов

На территории России используется единая шкала стандартных мощностей. Она разделяется на два шага: 1,35 и 1,6, каждый включает ряд величин, представленных в таблице ниже.

В настоящее время заводы выпускают трансформаторные подстанции (ТП), применяя мощности шага 1,6. Шкала шага 1,35 уже не используется на производствах, но старые установки, выпущенные в советское время, проектировались именно по этой шкале. При этом, исследования определили старые приборы как более выгодные, поскольку они могут работать в полную силу, в отличие от современных агрегатов.

При выборе разных видов приборов, учитывается, что они должны быть максимально близкими по наибольшему показателю нагрузки в обычном режиме и предельному напряжению в аварийном.

При выборе трансформаторов для промышленных производств важно учитывать их количество для рационального распределения электроэнергии и их типовые мощности при определенной номинальной нагрузке.

Пример выбора трансформатора

Выбрать трансформатор можно исходя из их конструктивного исполнения, ориентируясь на необходимые характеристики, или по номинальной нагрузке.

Выбор по конструктивному исполнению

Силовые трансформаторы бывают нескольких видов:

Масляные лучше остальных отводят тепло от сердечника и обмоток, составные части хорошо защищены от внешних воздействий. Также, данные трансформаторы меньше других по стоимости. К недостаткам относится необходимость установки в специальных помещениях или снаружи строений, из-за высокой вероятности возгорания или взрыва при поврежденной защите активных частей.

Сухие трансформаторы устанавливают в тех помещениях, где высокая вероятность возгорания и большое электрическое напряжение. Такие установки обладают повышенными огнеупорными свойствами благодаря жаропрочным изоляционным материалам. Но условия охлаждения уступают масляным, из-за чего плотность тока в обмотках меньше.

Агрегаты с негорючим диэлектриком обладают схожими огнеупорными свойствами с сухими, не наносят вред окружающей среде, за счет характеристик охлаждающей жидкостей и считаются более долговечными.

Выбор по мощности

Агрегаты для главных понизительных подстанций (ГПП) и цеховых трансформаторных подстанций выбирают по среднему напряжению за максимально загруженный период работы с контролем удельного расхода электроэнергии.

Фактор, которым характеризуется необходимая полная мощность трансформатора – это допустимое значение относительной аварийной нагрузки. Этот показатель регламентируется ГОСТом и определяется, как возможный тепловой износ изоляции агрегата за аварийный период с учетом температуры охлаждения, типа прибора и графика режима аварийной работы.

При определении необходимой номинальной нагрузки трансформатора используют два подхода, зависящие от наличия исходных данных:

Источник

Основные параметры и характеристики трансформаторов, способы их определения

Трансформатор преобразует подаваемое напряжение в большее или меньшее значение без изменения мощности. Статическое электромагнитное устройство состоит из двух и более обмоток, размещенных на одном магнитопроводе. Подобрать требуемый электромагнитный аппарат не представит затруднений с помощью параметров трансформатора, указываемых в техническом описании на любое изделие.

Мощность

Основным параметром трансформаторов является мощность, обозначаемая буквой S. Она определяет массогабаритные показатели электромагнитного аппарата. От значения мощности зависит тип используемого магнитопровода, количество/диаметр витков в обмотках. Измеряется мощность в единицах В∙А (вольт-ампер). На практике для удобства используются кратные вольт-амперам величины кВА (10 3 ∙ В∙А) и МВА (10 6 ∙ В∙А).

Электромагнитная

Представляет собой мощность в выходной катушке, передаваемой с витков входной электромагнитным способом. Она определяется умножением действующего значения ЭДС на величину тока, протекающего в нагрузке электромагнитного преобразователя: S_эм = E₂∙ I_2.

Полезная

Это произведение действующего напряжения во вторичной обмотке на значение нагрузочного тока. Рассчитывается по формуле: S_{2 =} U_2∙I₂.

Расчетная

Расчётная мощность – произведение величин I₁ и U₁ входной обмотки аппарата S₁ = U₁ I₁. Этот параметр определяет габариты изделия: число витков и сечение проводов.

Габаритная (типовая)

Параметр S _габ определяет реальное сечение сердечника. Так называют полусумму мощностей всех обмоток электромагнитного устройства: S _габ = 0,5∙(S₁+S₂ +S₃+ …).

Основные технические характеристики и способы определения параметров

Основные технические характеристики указываются в техдокументации на изделие. Они определяются расчетным путем или посредством замеров на специальном стенде при определенных режимах работы аппарата.

Первичное напряжение номинального значения

Так называют U_1н, которое требуется подать на входную катушку аппарата, чтобы в режиме холостого хода получить номинальное вторичное напряжение. Параметр U_1н указывается в техпаспорте изделия.

Вторичное номинальное напряжение

Это значение U_2н, которое устанавливается на выводах выходной обмотки при ненагруженном трансформаторе. На вход прикладывается номинальная величина параметра. Значение параметра зависит от величины U_1н и коэффициента трансформации К_т. При активно-емкостной нагрузке (φ₂

Номинальный первичный ток

Это ток I_1н, протекающий во входной обмотке, при котором возможна продолжительная работа аппарата. Значение I_1н указывается в техпаспорте на трансформатор.

Номинальный вторичный ток

Параметр также можно встретить в таблице паспортных данных трансформатора, он протекает по выходной катушке при продолжительной работе аппарата. Обозначается I_2н.

Коэффициент трансформации

Соотношением номинального входного и выходного напряжений определяется коэффициент трансформации: К = U_1н/U_2н.

Номинальный коэффициент трансформации определяет соответствие количества витков во вторичной и первичной катушке.

Номинальный коэффициент мощности (cos φ)

Сos φ (косинус фи) определяется отношением активной мощности трансформатора P к полной S: cos φ = P/S. Это величина, показывающая рациональность расходования электроэнергии с учетом реактивных потерь преобразователя.

Коэффициент полезного действия

КПД электромагнитного устройства представляет отношение активной мощности Р₂, отбираемой от аппарата, к подводимой P1: η = P2/P1. Величина КПД тем больше, чем выше cosφ₂ и коэффициент загрузки β= I₂/I_2н.

Характеристики, определяющие поведение электрической машины

Так называют совокупность параметров, определяющих поведение электрической машины при различных режимах работы. Таковыми являются: пусковой момент, режим короткого замыкания и холостого хода.

Напряжение при коротком замыкании

При измерениях значения закорачивают выводы, а на первичную катушку подается напряжение U_к. Сила тока на ней не превышает номинала (I_к

Испытательное пробойное напряжение рабочей частоты

Этот параметр трансформатора характеризует электрическую прочность изделия – способность выдерживать повышенное напряжение. Величина испытательного напряжения зависит от класса используемой изоляции. Параметр измеряется подачей высокого U _исп рабочей частоты относительно земли на закороченные выводы обмотки ВВ. Выводы ВН закорачиваются и вместе с магнитопроводом (баком с маслом, металлическими деталями) заземляются.

Внешняя характеристика

Рабочий режим силовой машины задается не только U_1н и К_т, но и активно-реактивной нагрузкой электроприемника, подключенного к выводам вторичной обмотки. Изменяющийся ток в нагрузке (при электропитании U_1н = const), соответственно, меняет и напряжение на выходе трансформатора. Эта зависимость отражается в коэффициенте нагрузки: Кн = I₂/I_2н.

Потери в режиме холостого хода

Потери мощности ненагруженного электромагнитного устройства состоят из потерь в сердечнике из трансформаторного железа. ЭДС расходуется на нагрев магнитопровода, вихревые токи и гистерезис.

Повышает КПД аппарата применение электротехнической стали с высоким удельным сопротивлением и качественная изоляция пластин магнитопровода лаком, жаростойким покрытием. Помимо «потерь в железе», всегда присутствуют «потери в меди», обусловленные омическим сопротивлением витков электромагнитного устройства.

Потери в режиме короткого замыкания

Короткое замыкание трансформатора при эксплуатации создает экстремальный режим, способный вывести из строя аппарат. При этом вторичный ток а, соответственно, первичный увеличиваются в десятки раз по сравнению с I_н. Поэтому в электрической цепи аппарата предусматривают защиту от сверхтока КЗ, которая автоматически размыкает цепь электропитания.

Источник

Почему мощность трансформатора измеряют в кВа, а двигателя в кВт

Существуют разные устройства, работающие от электрической сети переменного тока, и каждое из этих устройств индивидуально. Лампа накаливания, например, сразу преобразует энергию проходящего через нее электрического тока — в свет и тепло, при этом мы НЕ можем сказать, что какая-нибудь часть электрической энергии из лампы периодически возвращается обратно в сеть.

Сколько энергии в нить накаливания пришло — на столько лампа греет и светит. Если же начать пропускать через лампу большую мощность — она просто перегорит, но не сумеет вернуть излишки энергии в сеть.

Нагрузки такого рода называются активными нагрузками. Их мощность измеряется в ваттах (Вт), киловаттах (кВт) и т. д.

Однако встречаются и такие приборы, в которых часть полученной от сети электрической энергии переменного тока, прежде чем она будет необратимо преобразована в другой вид энергии (по-умолчанию — в полезную работу, такую как излучение, нагрев или перемещение тела), может накапливаться в форме энергии переменных электрических и (или) магнитных полей, колебаться, даже излучаться, при этом циркулировать между (источником) сетью и потребителем.

В таких случаях говорят, что устройство потребляет от сети полную мощность S такую-то, а активная мощность P — такая-то.

При этом активная мощность P измеряется в ваттах (Вт), киловаттах (кВт) и т. д., а полная мощность S — в вольт-амперах (ВА), киловольт-амперах (кВА) и т.д.

Активная мощность — это скорость преобразования в потребителе электрической энергии непосредственно в полезную работу.

Полная мощность — это мощность, которую к потребителю, для его нормальной работы, подает сеть переменного тока — действующее значение напряжения в вольтах умноженное на соответствующий ток в амперах.

Часть полной мощности, периодически возвращаемая в сеть, называется реактивной мощностью Q и измеряется в Вар (вольт-амперы реактивные), кВар и т.д.

Так вот, полезная работа электродвигателя переменного тока — это механическая нагрузка на его валу. Здесь по сути осуществляется перемещение тела под действием силы на определенное расстояние. Необратимо преобразуемая при этом энергия измеряется в джоулях (Дж), а скорость данного ежесекундного преобразования энергии — в ваттах.

При желании вычислить полную мощность для двигателя несложно, для этого достаточно разделить мощность двигателя в ваттах на косинус фи (обе эти цифры можно найти на идентификационной табличке конкретного двигателя).

В случае с трансформатором мы имеем дело с электромагнитным преобразующим устройством, где энергия подаваемого от сети переменного тока преобразуется в энергию переменного магнитного поля в сердечнике трансформатора, и за счет этого на вторичной обмотке трансформатора возникает переменное напряжение.

Вторичная же обмотка трансформатора может быть соединена как с чисто активной нагрузкой (такой как лампа накаливания), так и с нагрузкой имеющей существенную реактивную составляющую (такой как резонансный индукционный нагреватель и т.п.).

В любом случае трансформатор имеет номинальную полную мощность (измеряемую в ВА или кВА), которая может через него проходить, причем это относится не обязательно к цепи первичной обмотки, ведь значительная мощность может циркулировать и в цепи вторичной обмотки, тогда как первичная цепь будет потреблять из сети минимум тока (при этом сердечник будет испытывать то же магнитное действие, но от тока вторичной обмотки). Вот почему мощность трансформаторов (и генераторов) указывают в кВА.

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

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Что такое номинальная мощность трансформатора

Номинальная мощность трансформатора: понятие, в чем указывается и измеряется, шкала

Для установки трансформатора необходимо рассчитывать его номинальную мощность. Выбор агрегата по данному показателю зависит от планируемых режимов работы, уровня нагрузки, условий и типа охлаждения прибора. При расчетах учитываются особенности измерения мощности трансформатора распределение нагрузки на составные части цепи при аварийной и стандартной работе прибора.

Понятие номинальной мощности трансформатора

Номинальная мощность трансформатора – это полная мощность, на которую рассчитан прибор его изготовителем. То есть, напряжение, которое в течение всего срока эксплуатации трансформатор выдерживает без перерыва.

Заводы дают гарантию службы от 20 до 25 лет.

Данный показатель всегда связан с температурным режимом работы: насколько допускается нагрев обмоток и при каких условиях охлаждается агрегат. При разных мощностях обмоток трансформатора номинальной считают наибольшую. В основном, в трансформаторах установлено масляное охлаждение, которое напрямую зависит от температуры окружающей среды.

Поскольку погодные условия постоянно изменяются, наибольший нагрев обмоток при максимальной теплоте воздуха считается верхним пределом среднего показателя сопротивления температуры, возможной для соблюдения безопасности.

У приборов с другим типом охлаждения в паспорте от производителя прописываются номинальные температурные условия.

Помимо номинальной, есть типовая мощность трансформатора, которая считается, как сумма величин нагрузки на все обмотки, поделенная на два. А максимальная нагрузка на обмотки рассчитывается, как произведение наибольшей величины тока на максимально разрешенное напряжение данной части цепи.

В чем измеряется и указывается

Номинальную мощность трансформаторов измеряют в кВА (киловольт-амперах), а не в кВТ (киловаттах). Эти два показателя отличаются друг от друга и не тождественны. Первый – это полная (номинальная) мощность, второй – активная. Номинальная потребляется в работу не в полном объеме, поскольку часть ее распространяется на электромагнитные поля цепи, и только оставшаяся часть – это активная мощность – действует по назначению.

Многим из нас известна основная единица мощности – Ватт (Вт) или чаще используется его производная киловатт (кВт) и вы привыкли, что эта характеристика у электрооборудования указывается именно в них.

Но если взять трансформатор или приборы, в которых он является основным компонентом, например, стабилизаторы напряжения, вы увидите, что мощность там указана в кВА — киловольт-амперах.

Давайте разберемся, что такое кВА, почему именно в этих единицах измерения указывается мощность трансформатора и как она связана с обычными киловаттами.

Я не буду выкладывать здесь определения из учебников и сыпать физическими терминами, объясню коротко, простыми словами, чтобы было понятно любому.

В первую очередь, вы должны знать, что у некоторых электроприборов, работающих от переменного тока, не вся потребляемая мощность тратится на совершение полезной работы — нагрева, освещения, звучания, вращения и т.д.

Всего существует четыре основных типа нагрузок, которые могут подключаться в частности к трансформатору:

Резистивная

Ярким примером резистивной нагрузки является ТЭН, который нагревается при протекании через него электрического тока.

ТЭН — это обычное сопротивление, ему не важно в какую сторону протекает по нему ток, правило одно, чем сила тока больше, тем больше тепла вырабатывается – соответственно вся мощность тратится на это.

Мощность, которая тратится на резистивной нагрузке называется – активной, как раз она то и измеряется в кВт – киловаттах.

Индуктивная

Знакомым всем примером индуктивной нагрузки является электродвигатель, в нём не весь проходящий электрический ток тратится на вращения. Часть расходуется на создание электромагнитного поля в обмотке или теряется в медном проводнике, эта составляющая мощности называется реактивной.

Реактивная мощность не тратится на совершение работы напрямую, но она необходима для функционирования оборудования.

Кстати, индуктивные электрические плиты, которые так хотят заполучить многие домохозяйки, также используют реактивную мощность, в отличии от обычных электроплит, в которых нагреваются ТЭНы, те чисто резистивные.

Ёмкостная

Еще один пример реактивной составляющей мощности содержит ёмкостная нагрузка, это, например, конденсатор. Принцип работы конденсатора – накапливание и передача энергии, соответственно часть мощности тратится именно на это и напрямую не расходуется на работу оборудования.

Практическаи вся окружающая вас электроника и бытовая техника содержит конденсаторы.

Смешанная

Здесь всё просто, смешенная нагрузка сочетает в себе все представленные выше, активную и реактивные составляющие, большинство бытовых приборов именно такие.

Полная мощность электрооборудования, состоит как из активной мощности, так и из реактивной, и измеряется в кВА — киловольт-амперах. Именно она чаще всего указана в характеристиках трансформатора.

Производители трансформаторов не могут знать, какого типа нагрузка к ним будет подключена и где они будут задействованы, поэтому и указывают полную мощность, для смешенной нагрузки.

Так, если нагрузка трансформатора — это ТЭН, то полная мощность будет равна активной, соответственно значение в кВт = кВА, если же нагрузка будет смешенная, включающая реактивную составляющую, то мощность нагрузки должна учитываться полная.

Будьте внимательны, нередко, на электрооборудовании, например, на электроинструменте, мощность прописана в киловаттах, но кроме того указан коэффициент мощности k. В этом случае, вы должны знать простую формулу:

S(полная мощность)=P(активная мощность)/k(коэффициент мощности)

Так, например, если мощность перфоратора P = 2,5кВт, а его коэффициент мощности k = 0,9, то полная мощность перфоратора будет равна S=2,5кВт/0,9=2,8 кВА, именно на столько он будет нагружать сеть.

Теперь, я думаю, вам понятно, почему мощность трансформатора измеряют в кВА, а не в кВт — это позволяет учитывать все виды нагрузок, которые могут подключаться к его вторичной обмотке.

Поэтому, обязательно учитывайте полную мощность указываемую в кВА или коэффициент мощности обордования, перед подключением к трансформатору.

Если же у вас еще остались какие-то вопросы – обязательно оставляйте их в комментариях к статье, кроме того, если есть что добавить, нашли неточности или есть, что возразить – также пишите!

Что такое номинальная мощность

С термином «номинальная мощность» мы сталкиваемся практически ежедневно. Выбираем ли электрический чайник или лампу накаливания – везде указано это значение. Единицей измерения являются ватты или киловатты. Казалось бы – что может быть проще в этом вопросе? Ведь еще со школьного курса физики всем известно, что для определения мощности (P) достаточно перемножить значения тока и напряжения.

Но что скрывается за словами «номинальная мощность»? Под термином «номинальный» понимают определенное значение чего-либо, не учитывающее внешних корректирующих факторов. Таким образом, номинальная мощность – указанное производителем значение, которое может быть получено только при предусмотренных расчетных параметрах. Это общее понятие. В каждом же конкретном случае необходимо учитывать свои специфичные особенности.

Приведем пример с лампой накаливания. На ее стеклянной колбе отмечено: 230 В, 100 Вт. То есть, 100 Вт может быть достигнуто только при напряжении в 230 В. Номинальная мощность – это те самые 100 Вт. Ее значение уменьшается со снижением напряжения и увеличивается с повышением так как эти параметры находятся в прямой зависимости друг от друга (P=I*U).

Как правило, для большинства электроприборов есть ограничение по верхней границе, обычно 5-10%. Другими словами, допустима работа при 230 В + 23 В = 253 В. Нижний предел может не указываться, как в случае с лампой. Более сложное оборудование ограничено по паспортным параметрам как сверху, так и снизу.

К примеру, как понять термин «номинальная мощность двигателя»? Существует два равноправных определения – одно с точки зрения электричества, а другое исходя из расчетной механической нагрузки на валу. Хотя они непосредственно взаимосвязаны, второе более простое для понимания. Мы приведем оба. На табличке с паспортными данными всегда указано значение мощности.

Она численно равна потребляемой из электрической сети при расчетной механической нагрузке, причем температура корпуса должна находиться в допустимых пределах (подразумевается продолжительный режим работы). То есть, можно считать, что паспортное значение равно номинальному.

Если же электропривод работает в повторно-кратковременном режиме (ПВ не равно 100%), то такое соответствие не выполняется, так как времени работы недостаточно для перехода в установившийся режим, когда увеличение нагрева компенсируется температурой окружающего воздуха. В этом случае потребуется нагрузочный график: номинальная мощность будет равна произведению паспортного значения P и корня квадратного из подобранного по графику коэффициента.

Все вышесказанное верно для электрической составляющей. Согласно другому определению, номинальная мощность принимается равной механической, развиваемой двигателем при расчетном значении напряжения и температурном режиме, соответствующем паспортному. Таким образом, если напряжение (U) уменьшается, то изменяется и момент силы, хотя скорость вращения вала может остаться прежней.

Если при работе первая не превышает своего расчетного значения, а вторая отличается от паспортных данных незначительно, то в этом режиме трансформатор выдает номинальную мощность. Любое повышение электрической нагрузки вызывает рост тока и температуры, поэтому вполне достаточно контроля последней. Как и в случае с двигателями, допускается небольшое превышение.

Выбирая генератор, потребитель обращает внимание на различные параметры установки – вес, запас моторесурса, мобильность, наличие дополнительного функционала, цену, и т.д. Но в первую очередь необходимо выбирать установку, ориентируясь на ее мощность. Как правильно рассчитать этот показатель и на что обратить внимание?

Чтобы было понятней, разберем эту ситуацию на простом примере. Допустим, в нашем пользовании имеются такие бытовые приборы: пылесос, калорифер, морозильник. Мощность этих бытовых приборов составляет соответственно 1 кВт, 2 кВт и 0,3 кВт. Получается, чтобы обеспечить работу этих приборов, нам необходим генератор мощностью не менее 3 кВт. Чтобы понять это, разберемся в таком понятии, как номинальная мощность генератора.

Номинальная, или, как ее еще называют, реальная мощность установки, существенно отличается от максимальной. В технической документации производители чаще всего указывают именно максимальные показатели по мощности для данной модели генератора.

Стоит отметить, что с такой нагрузкой установка без критических последствий может работать очень непродолжительное время – в некоторых случаях это секунды, иногда 1-2 минуты. В то же время реальная, или номинальная мощность несколько ниже максимального показателя. Для ее расчета необходим коэффициент мощности cos φ.

Этот показатель определяется отношением активной мощности к полной.

Пример

Допустим, в нашем распоряжении генератор с показателями мощности в 3 кВА и cos φ, равным 0,8. В таком случае номинальная мощность данной установки будет равна:

Теперь можно понять, почему мощность может указываться в тех или иных единицах измерения, в ваттах (Вт) или Вольт Амперах (ВА).

Некоторые производители, чтобы избавить потребителя от необходимости проведения вычислений, просто указывают в сопроводительной документации оба значения мощности – номинальной и максимальной.

Встречаются также варианты, когда производителем указывается только одна из мощностей и приводится значение коэффициента мощности. Некоторые недобросовестные компании могут скрывать коэффициент мощности от потребителя. Это делается с целью выдать генератор за более мощную, чем на самом деле, установку.

Учет вида нагрузки

Для бытовых электроприборов характерны два вида нагрузки:

Активная (омическая) нагрузка потребляется приборами, которые преобразуют получаемую энергию в тепло. Это электрическая плита, утюг, фен, калориферы и т.д. Реактивную нагрузку потребляют остальные электроприборы, преобразующие в тепло только незначительную часть энергии. Основная часть потребляемой энергии используется с другой целью. Примерами таких приборов могут быть холодильник, пылесос, телевизор, компьютер и т.д.

Если вам нужна помощь в выборе мощности генератора для вашего дома, производственного цеха или любого другого объекта, обратитесь за квалифицированной консультацией к нашим специалистам.

Как рассчитать мощность силового трансформатора по нагрузке?

> Советы электрика > Расчет трансформатора

Трансформаторы используются в блоках питания различной аппаратуры для преобразования переменного напряжения.

Блоки питания, собранные по трансформаторной схеме, постепенно снижают распространенность благодаря тому, что современная схемотехника позволяет понизить напряжение без самого громоздкого и тяжелого элемента системы питания.

Трансформаторы для блока питания актуальны в тех случаях, когда габариты и масса не критичны, а требования к безопасности велики. Обмотки (кроме автотрансформатора) осуществляют гальваническое разделение и изоляцию цепей первичного (или сетевого) и вторичного (выходного) напряжений.

Работа устройства основана на всем известном явлении электромагнитной индукции. Переменный ток, проходящий через провод первичной обмотки, наводит переменный магнитный поток в стальном сердечнике, а он, в свою очередь, вызывает появление напряжения индукции в проводе вторичных обмоток.

Совершенствование трансформатора с момента его изобретения сводится к выбору материала и конструкции сердечника (магнитопровода).

Типы сердечников

Металл для магнитопровода должен иметь определенные технические характеристики, поэтому были разработаны специальные сплавы на основе железа и особая технология производства.

Для изготовления трансформаторов наибольшее распространение получили следующие типы магнитопроводов:

Силовой трансформатор низкой частоты, как понижающий, так и повышающий, имеет сердечник из отдельных пластин трансформаторного железа. Такая конструкция выбрана из соображения минимизации потерь из-за образования вихревых токов в сердечнике, которые нагревают его и снижают КПД трансформатора.

Броневые сердечники наиболее часто выполняются из Ш-образных пластин. Стержневые магнитопроводы могут изготавливаться из П-образных, Г-образных или прямых пластин.

Кольцевые магнитопроводы выполняются из тонкой ленты трансформаторной стали, намотанной на оправку и скрепленной клеящим составом.

Из ленты также могут выполняться броневые и стержневые сердечники, причем такая технология наиболее часто встречается у маломощных устройств.

Ниже приведена методика расчета трансформатора, где показано:

Исходные данные, необходимые для расчета

Расчет сетевого трансформатора начинается с определения его полной мощности. Поэтому, перед тем, как рассчитать трансформатор, нужно определиться с мощностью потребления всех, без исключения, вторичных обмоток. Согласно мощности выбирается сечение сердечника. Опять же, от мощности определенным образом зависит и КПД. Чем больше полная мощность, тем выше КПД. Принято в расчетах ориентироваться на такие значения:

Количество витков сетевой и вторичной обмоток рассчитывается уже после выбора магнитопровода. Диаметр или поперечное сечение проводов каждой обмотки определяется на основании протекающих через них токов.

Выбор магнитопровода сердечника

Минимальное сечение сердечника в см2 определяется из габаритной мощности. Габаритная мощность трансформатора – это суммарная полная мощность всех вторичных обмоток с учетом КПД.

Расчет резистора для светодиода

Итак, мощность трансформатора можно определить, это полная суммарная мощность всех вторичных обмоток:

Умножая полученное значение на КПД, завершаем расчет габаритной мощности.

Определение площади стержня сердечника производится после того, как произведен расчет габаритной мощности трансформатора из такого выражения:

Мощность трансформатора

Электрическая сеть в своём начале имеет всего лишь несколько генераторов. Они установлены на электростанции, которая проектируется как одно целое. На много лет вперёд в ней всё остаётся без изменений вплоть до завершения сроков службы турбин, генераторов и трансформаторов.

Но в электросети, питаемой этой электростанцией, как говорится «всё течёт, всё изменяется». Предприятия имеют тенденции к развитию и росту на основе получаемой электрической энергии.

Её источником является заводская трансформаторная подстанция и трансформаторы, которые на ней установлены.

Поэтому на этапе проектирования важно правильно выбрать каждый трансформатор в основном по мощности с учётом местных условий его эксплуатации. На них будут оказывать влияние

Мощность трансформатора должна обеспечить внутренние потребности предприятия на весь период его эксплуатации, который составляет не один десяток лет. Если на этапе проектирования выбран менее мощный трансформатор, так же как и излишне мощный это лишние расходы которые всегда весьма нежелательны.

Замена трансформатора на новую более мощную модель это весьма дорогостоящая процедура. А поскольку на подстанции для надёжности всегда работают, как минимум два одинаковых трансформатора расходы удвоятся.

Но и неиспользуемая мощность трансформатора это также «деньги на ветер». Сеть электроснабжения разветвляется на шести уровнях с использованием на каждом из них трансформаторов обычно на 6 и 10 кВ на главных понижающих подстанциях, сокращённо «ГПП».

Самые мощные из них относятся к пятому уровню.

Мощность трансформаторов измеряется в мегавольт – Амперах (МВ*А) и, как правило, соответствует одному из значений ряда

Высокая сторона напряжения трансформатора ГПП обычно равна одному из значений ряда

Подавляющее большинство видов электрооборудования работающих на предприятиях подключены к электросети предприятия с напряжением 220, 380, 500 или 600 В от цеховых трансформаторных подстанций с напряжениями 3, 6, 10 или 20 кВ на высокой стороне.

В этих подстанциях используются трансформаторы со стандартными значениями мощности:

Номинал 2500 кВА мощности трансформатора в цеховых подстанциях распространён не так широко как другие номиналы мощностей. При авариях связанных с короткими замыканиями в электрических цепях вторичной обмотки величина тока получается слишком большой и требует дорогостоящих коммутаторов. По этой причине цеховые подстанции с трансформаторами 2500 кВА это специальные проекты.

Но не всегда трансформатор является пограничным устройством, объединяющим высоковольтную и низковольтную электросети которое своей мощностью определяет работу потребителей на низкой стороне напряжения. Среди потребителей электроэнергии есть и трансформаторы. Они являются частью электропечей, выпрямителей преобразователей, сварочного оборудования. Мощность этих трансформаторов выбирается исходя из специфики выполняемых ими функций.

При выборе мощности трансформатора, а также схемы, соответственно которой он присоединён в связи с особенностями питающих линий электропередачи, имеет значение схема ближайшей энергетической системы района и характеристики её источников питания. Поэтому для трансформаторных подстанций 3-го уровня с мощностями от 100 до 2500 кВА на этапе проектирования существенное значение имеют такие параметры как:

Чтобы мощность трансформатора получилась оптимальной для электропитания потребителей лучше всего основываться на распределении нагрузок в течение суток. Если таковых данных или графиков нет, путём суммирования активных нагрузок — потребителей вычисляется максимальная величина активной нагрузки.

Особенности конструкции и потери

Наиболее эффективным решением по суммарным издержкам является выбор такой мощности трансформатора, когда он в часы «пик» перегружен, но его номинальная мощность несколько меньше продолжительной максимальной нагрузки.

При этом необходимо учитывать теплообмен его с окружающей средой, который зависит от её температуры и конструкции трансформатора. Технические решения с погружением магнитопровода с обмотками в масло способны лучше переносить перегрузки, чем трансформаторы с воздушным охлаждением. Нагрев и потери мощности происходят в результате больших токов в обмотках и нагрева магнитопровода. Нагрев от большой силы тока имеет две составляющие:

Ток вторичной обмотки трансформатора в номинальном режиме достигает нескольких тысяч ампер. Например, при мощности 2500 кВА во вторичной обмотке с фазным напряжением 400 В номинальный ток будет более 2000 Ампер в каждой фазе.

При таком токе сопротивление обмотки даже в доли Ома приводит к нагреву. Другим источником потерь являются вихревые токи в магнитопроводе.

Несмотря на применение сборки его из тонких стальных пластин трансформаторной стали потери существенно уменьшаются, но полностью не устраняются.

Индуктивность рассеяния ещё один важный параметр конструкции обмоток и магнитопровода. Она, по сути, является дросселем, который соединён последовательно с обмоткой и приводит к падению напряжения на выводах обмотки и нагрузке.

Поскольку на этот вредный параметр можно повлиять только конструкцией магнитопровода и обмоток, а вариантов для них совсем немного, индуктивность рассеяния всегда значительна во всех трёхфазных трансформаторах. Причина заключается в их Ш – образных магнитопроводах.

Минимальная индуктивность рассеяния у магнитопровода в форме тора, в котором обмотка равномерно распределена по нему. Однако сложность формирования обмоток определила магнитопроводу в форме тора место только среди маломощных трансформаторов.

Мощность трансформатора определяет его конструкцию. Она получается довольно таки сложной несмотря на то, что в трансформаторе всего лишь несколько обмоток на одном общем для них магнитопроводе. Его конструкция определяется теми процессами, которые происходят как при нормальной работе, так и при аварийных режимах.

Но более детальное рассмотрение этого потребует отдельной большой статьи, а возможно и книги.

Выбор коэффициента трансформации измерительных трансформаторов тока 6-10 кВ

Измерительные трансформаторы тока 6-10 кВ используются в реклоузерах (ПСС), пунктах коммерческого учета (ПКУ), камерах КСО — везде, где требуется учет электроэнергии или контроль тока для защиты линии от перегрузки.

Одним из основных параметров трансформатора тока (ТТ) является коэффициент трансформации, который чаще всего имеет обозначение 10/5, 30/5, 150/5 или аналогичное. Попробуем разобраться, что это означает, и как правильно выбрать коэффициент трансформации трансформатора тока.

Важно! Трансформатор тока по природе является повышающим, поэтому его вторичная обмотка должна быть всегда замкнута накоротко через амперметр или просто перемычкой. Иначе он сгорит или ударит кого-нибудь током.

Зачем нужны трансформаторы тока

Электрики, знакомые с электрооборудованием

220 В могут заметить, что квартирные счетчики электроэнергии подключаются непосредственно к линии без использования трансформаторов тока. Однако уже в трехфазных сетях трансформаторное подключение встречается чаще, чем прямое включение. В цепях же ПКУ и распределительных устройств 6-10 кВ все измерительные устройства подключаются через трансформаторы тока.

Трансформатор тока предназначен для уменьшения величины измеряемого тока и приведения его к стандартному диапазону. Как правило, ток преобразуется к стандартному значенияю 5 А (реже — 1 А или 10 А).

Еще одним назначением трансформаторов тока является создание гальванической развязки между измеряемой и измерительной цепями.

Как выбрать трансформатор тока

Максимальный рабочий ток первичной обмотки трансформатора определяется мощностью силового трансформатора на понижающей подстанции.

Например, если мощность подстанции 250 кВА, то при номинальном напряжении линии 10 кВ ток не будет превышать 15 А. Значит коэффициент трансформации трансформаторов тока должен быть не менее 3 или, как это часто обозначают, 15/5.

Использование трансформаторов тока меньшего номинала может привести к тому, что ток во вторичной обмотке будет значительно превышать заданное значение 5 А, что может привести к существенному снижению точности измерений или даже выходу из строй счетчика электроэнергии.

Таким образом, минимальное значение коэффициента трансформации ТТ ограничивается номинальным током линии.

А существуют ли ограничения на коэффициент трансформации с другой стороны? Можно ли использовать, например, вместо трансформаторов 15/5 трансформаторы 100/5? Да, такие ограничения существуют.

Если использовать трансформаторы тока с непропорционально большим номиналом, то результатом будет слишком малый ток во вторичной обмотке трансформатора, который счетчик электроэнергии не сможет измерять с необходимой точностью.

Чтобы не производить каждый раз громоздкие математические вычисления, был выработан ряд правил по выбору коэффициента трансформации ТТ. Эти правила зафиксированы в настольной книге каждого энергетика — в «Правилах устройсва электроустановок» (ПУЭ).

Правила устройства электроустановок допускают использование трансформаторов тока с коэффициентом трансформации выше номинального. Однако такие трансформаторы ПУЭ называют «трансформаторами с завышенным коэффициентом трансформации» и ограничивают их использование следующим образом.

1.5.17. Допускается применение трансформаторов тока с завышенным коэффициентом трансформации (по условиям электродинамической и термической стойкости или защиты шин), если при максимальной нагрузке присоединения ток во вторичной обмотке трансформатора тока будет составлять не менее 40 % номинального тока счетчика, а при минимальной рабочей нагрузке — не менее 5 %.

Поскольку упомянутое в ПУЭ понятие минимальной рабочей нагрузки является не очень понятным, то используют и другое правило:

Завышенным по коэффициенту трансформации нужно считается трансформатор тока, у которого при 25% расчетной присоединяемой нагрузке (в нормальном режиме) ток во вторичной обмотке менее 10% номинального тока счетчика.

Таким образом, максимально возможное значение коэффициента трансформации применяемых трансформаторов тока ограничивается чувствительностью счетчиков электроэнергии.

Расчет минимального и максимального значения коэффициента трансформации

Для расчета номинала трансфоррматора тока необходимо знать диапазон рабочих токов в первичной обмотке трансформатора.

Минимальный коэффициент трансформации ТТ рассчитывается, исходя измаксимального рабочего тока в линии. Максимальный рабочий ток можно вычислить, исходя из общей мощности потребителей электроэнергии, находящихся в одной сети.

Но производить эти вычисления нет необходимости, так как все расчеты уже были проделаны ранее при проектировании трансформаторной подстанции.

Как правило, номинал силового трансформатора выбран таким, чтобы регулярная нагрузка не превышала номинальную мощность трансформатора, а кратковременная пиковая нагрузка превышала мощность трансформатора не более, чем на 40%.

Нужно различать полную мощность (измеряется в кВА) и полезную мощность (измеряется в кВт). Полная мощность связана с полезной через коэффициент мощности, характеризующий реактивные потери в сети. Больше информации по теме можно получить на другой странице нашего сайта.

Поделив потребляемую мощность на номинальное напряжение сети и уменьшив полученное значение на корень из 3, получим максимальный рабочий ток. Отношение максимального рабочего тока к номинальному току счетчика электроэнергии и даст искомый минимальный коэффициент трансформации.

Например, для подстанции мощностью 250 кВА при номинальном напряжении сети 10 кВ максимальный рабочий ток составит около 15 А. Поскольку кратковременный максимальный рабочий ток может достигать 20 А, то минимальный номинал трансформатора тока лучше взять с небольшим запасом — 20/5.

Максимальный коэффициент трансфортмации ТТ определим, умножив минимальный коэффициент трансформации на отношение уровеня рабочего тока (в процентах от максимального) к уровеню тока во вторичной обмотке трансформатора (также в процентах от максимального).

Например, минимальный коэффициент трансформации — 15/5, расчетный уровень рабочего тока — 25% от максимального, ток во вторичной обмотке трансформатора — 10% от номинального тока счетчика. Тогда искомый минимальный номинал ТТ — 15/5 * 25/10, то есть 7,5 или в традиционной записи 37,5/5. Но, поскольку ТТ с таким номиналом не выпускаются, то нужно взять ближайшее значение — 30/5.

Требования, предъявляемые нормативными документами к выбору коэффициента трансформации измерительных трансформаторов тока, оставляют очень мало места для маневра, позволяя выбрать трансформатор только из двух-трех близких номналов

Компенсация реактивной мощности трансформаторов

Анонс:Компенсация реактивной мощности трансформаторов в сетях объектов. Расчет потери реактивной мощности в трансформаторе. Расчет максимальной реактивной мощности, которую можно передать через трансформаторы.

Потери мощности в трансформаторах тока, напряжения, автотрансформаторах электрической сети объекта находятся в интервале от 12% до 35% и в целом:

Расчет потери реактивной мощности в трансформаторе

Суммарные потери реактивной мощности силового трансформатора формируют:

Суммарные потери реактивной мощности трансформатора Qпт = Sн*Iхх/100 + Sн*Кз²*Uкз/100 = Sн*Iхх/100 + Кз²*Uкз/100).

Расчет максимальной реактивной мощности, которую можно передать через трансформаторы

Без увеличения числа и/или мощности трансформаторов из питающей сети высшего напряжения можно передать

Где N – число трансформаторов, Рр – активная мощность нагрузки в сети низшего напряжения, ΔРm – потери активной мощности в трансформаторах

или по упрощенной формуле ∆Рm = 0,02*Sп;

Qmax > Qпт, то возможна компенсация реактивной мощности по стороне высшего напряжения;

Справка: Компенсация реактивной мощности силовых трансформаторов по стороне высшего напряжения, что позволяет поднять коэффициент мощности самого трансформатора и, соответственно, увеличить коэффициент полезного действия. Так, коэффициент полезного действия трансформатора

η = Рmax/(Рmax + Рхх + Ркз),

где максимальная активная мощность, получаемая нагрузкой по низшей стороне, Рmax = Sп*cos(φ). Тогда коэффициент полезного действия

η = Sп*cos(φ)/( Sп*cos(φ) + Рхх + Ркз), т.е. при повышении cos фи увеличивается и коэффициент полезного действия трансформатора.

Вместе с тем, такой способ компенсации используется достаточно редко из-за:

Кроме того, коэффициент загрузки трансформатора в нормальном (Кзнр = Sп/(N*Sн)) и аварийном (Кзар = 2*Кзнр) режимах должен отвечать требованиям ГОСТ 14209-85 (и ГОСТ Р 52719-2007), а Кзнр – находится в пределах рекомендуемых норм для трансформаторов ТП с различными нагрузками (см. таблицу ниже).

Таблица. Рекомендуемые коэффициенты загрузки трансформаторов при различных нагрузках и условиях работы.

Qmax ˂ Qпт, то нужна компенсация реактивной мощности по стороне низшего напряжения, а мощность подбираемой конденсаторной установки или батареи не должна превышать

где Qнагр – максимальная реактивная мощность, потребляемая нагрузкой по стороне низшего напряжения в часы пик.

В этом материале не рассмотрены проблемы из-за резонанса в контуре из индуктивности трансформатора и емкости конденсаторной батареи, необходимость и целесообразность установки пассивных и/или активных фильтров гармоник для нивелирования рисков перегрева конденсаторов, генерации реактивной мощности в питающую сеть и т.д. Такие вопросы, в том числе связанные с компенсацией реактивной мощности трансформаторов должны решаться индивидуально по результатам энергоаудита сети с конкретными ми определенного характера.

Расчет и выбор силового трансформатора по мощности и количеству

Расчетный срок службы трансформатора обеспечивается при соблюдений условий:

При проектировании, строительстве, пуске и эксплуатации эти условия никогда не выполняются (что и определяет ценологическаятеория).

Определение номинальной мощности трансформатора

Для правильного выбора номинальной мощности трансформатора (автотрансформатора) необходимо располагать суточным графиком нагрузки, из которого известна как максимальная, так и среднесуточная активная нагрузки данной подстанции, а также продолжительность максимума нагрузки.

График позволяет судить, соответствуют ли эксплуатационные условия загрузки теоретическому сроку службы (обычно 2025 лет), определяемому заводом изготовителем.

Для относительного срока службы изоляции и (или) для относительного износа изоляции пользуются выражением, определяющим экспоненциальные зависимости от температуры. Относительный износ L показывает, во сколько раз износ изоляции при данной температуре больше или меньше износа при номинальной температуре. Износ изоляции за время оценивают по числу отжитых часов или суток: Н=Li.

В общем случае, когда температура изоляции не остается постоянной во времени, износ изоляции определяется интегралом:

В частности, среднесуточный износ изоляции:

Влияние температуры изоляции определяет, сколько часов с данной температурой может работать изоляция при условии, что ееизнос будет равен нормированному износу за сутки:

При температуре меньше 80°С износ изоляции ничтожен и им можно пренебречь. Температура охлаждающей среды, как правило, не равна номинальной температуре и, кроме того, изменяется во времени.

В связи с этим для упрощения расчетов используют эквивалентную температуру охлаждающей среды, под которой понимают такую неизменную за расчетный период температуру, при которой износ изоляции трансформатора будет таким же, как и при изменяющейся температуре охлаждающей среды в тот же период.

Допускается принимать эквивалентную температуру за несколько месяцев или год равной среднемесячным температурам или определять эквивалентные температуры по специальным графикам зависимости эквивалентных месячных температур от среднемесячных и среднегодовых, эквивалентных летних (апрель—август), осенне-зимних (сентябрь—март) и годовых температур от среднегодовых.

Если при выборе номинальной мощности трансформатора на однотрансформаторной подстанции исходить из условия

(где Рмах — максимальная активная нагрузка пятого года эксплуатации; Рр — проектная расчетная мощность подстанции), то при графике с кратковременным пиком нагрузки (0,5 1,0 ч) трансформатор будет длительное время работать с недогрузкой. При этом неизбежно завышение номинальной мощности трансформатора и, следовательно, завышение установленной мощности подстанции.

В ряде случаев выгоднее выбирать номинальную мощность трансформатора близкой к максимальной нагрузке достаточной продолжительности с полным использованием его перегрузочной способности с учетом систематических перегрузок в нормальном режиме.

Режимы работы трансформатора

Наиболее экономичной работа трансформатора по ежегодным издержкам и потерям будет в случае, когда в часы максимума он работает с перегрузкой (эксплуатация же стремится работать в режимах, когда в часы максимума загрузки данного трансформатора он не превышает свою номинальную мощность). В реальных условиях значение допустимой нагрузки выбирается в соответствии с графиком нагрузки и коэффициентом начальной нагрузки и зависит также от температуры окружающей среды, при которой работает трансформатор.

Коэффициент нагрузки, или коэффициент заполнения суточного графика нагрузки, практически всегда меньше единицы:

В зависимости от характера суточного графика нагрузки (коэффициента начальной загрузки и длительности максимума), эквивалентной температуры окружающей среды, постоянной времени трансформатора и вида его охлаждения согласно ГОСТ допускаются систематические перегрузки трансформаторов.

Перегрузки силовых трансформаторов

Перегрузки определяются преобразованием заданного графика нагрузки в эквивалентный в тепловом отношении (рис. 3.5). Допустимая нагрузка трансформатора зависит от начальной нагрузки, максимума нагрузки и его продолжительности и характеризуется коэффициентом превышения нагрузки:

Допустимые систематические перегрузки трансформаторов определяются из графиков нагрузочной способности трансформаторов, задаваемых таблично или графически. Коэффициент перегрузки передается в зависимости от среднегодовой температуры воздуха /сп вида охлаждения и мощности трансформаторов, коэффициента начальной нагрузки кн н и продолжительности двухчасового эквивалентного максимума нагрузки tmах.

Для других значений tmax допустимый можно определить по кривым нагрузочной способности трансформатора.

Если максимум графика нагрузки в летнее время меньше номинальной мощности трансформатора, то в зимнее время допускается длительная 1%я перегрузка трансформатора на каждый процент недогрузки летом, но не более чем на 15 %.

Суммарная систематическая перегрузка трансформатора не должна превышать 150 %.

При отсутствии систематических перегрузок допускается длительная нагрузка трансформаторов током на 5 % выше номинального при условии, что напряжение каждой из обмоток не будет превышать номинальное.

На трансформаторах допускается повышение напряжения сверх номинального: длительно — на 5 % при нагрузке не выше номинальной и на 10% при нагрузке не выше 0,25 номинальной; кратковременно (до 6 ч в сутки) — на 10 % при нагрузке не выше номинальной.

Дополнительные перегрузки одной ветви за счет длительной недогрузки другой допускаются в соответствии с указаниями заводом — изготовителя. Так, трехфазные трансформаторы с расщепленной обмоткой 110 кВ мощностью 20, 40 и 63 М ВА допускают следующие относительные нагрузки: при нагрузке одной ветви обмотки 1,2; 1,07; 1,05 и 1,03 нагрузки другой ветви должны составлять соответственно 0; 0,7; 0,8 и 0,9.

Расчет номинальной мощности трансформатора

Номинальная мощность, MB • А, трансформатора на подстанции с числом трансформаторов п > 1 в общем виде определяется из выражения

Для сетевых подстанций, где примерно до 25 % потребителей из числа малоответственных в аварийном режиме может быть отключено, обычно принимается равным 0,750,85. При отсутствии потребителей III категории К 1-2 = 1 Для производств (потребителей) 1й и особой группы известны проектные решения, ориентирующиеся на 50%ю загрузку трансформаторов.

Рекомендуется широкое применение складского и передвижного резерва трансформаторов, причем при аварийных режимах допускается перегрузка трансформаторов на 40 % на время максимума общей суточной продолжительностью не более 6 ч в течение не более 5 сут.

При этом коэффициент заполнения суточного графика нагрузки трансформаторов кн в условиях его перегрузки должен быть не более 0,75, а коэффициент начальной нагрузки кпн — не более 0,93.

Так как К1-2 1 их отношение К = К 1-2 / К пер. всегда меньше единицы и характеризует собой ту резервную мощность, которая заложена в трансформаторе при выборе его номинальной мощности. Чем это отношение меньше, тем меньше будет закладываемый в трансформаторы резерв установленной мощности и тем более эффективным будет использование трансформаторной мощности с учетом перегрузки.

Завышение коэффициента к приводит к завышению суммарной установленной мощности трансформаторов на подстанции.

Уменьшение коэффициента возможно лишь до такого значения, которое с учетом перегрузочной способности трансформатора и возможности отключения неответственных потребителей позволит покрыть основную нагрузку одним оставшимся в работе трансформатором при аварийном выходе из строя второго трансформатора.

Таким образом, для двухтрансформаторной подстанции

В настоящее время существует практика выбора номинальной мощности трансформатора для двух трансформаторной подстанции с учетом значения к = 0,7, т.е.

Формально выражение (3.14) выглядит ошибочно: действительно, единица измерения активной мощности — Вт; полной (кажущейся) мощности — ВА. Есть различия и в физической интерпретации S и Р. Но следует подразумевать, что осуществляется компенсация реактивной мощности на шинах подстанции 5УР, ЗУР и что коэффициент мощности cos ф находится в диапазоне 0,92 0,95.

Тогда ошибка, связанная с упрощением выражения (3.13) до (3.14), не превышает инженерную ошибку 10%, которая включает в себя и приблизительность значения 0,7, и ошибку в определении фиксированного Рмах

Таким образом, суммарная установленная мощность двухтрансформаторной подстанции

При этом значении к в аварийном режиме обеспечивается сохранение около 98 % Рмах без отключения неответственных потребителей. Однако, учитывая принципиально высокую надежность трансформаторов, можно считать вполне допустимым отключение в редких аварийных режимах какойто части неответственных потребителей.

При двух и более установленных на подстанции трансформаторах при аварии с одним из параллельно работающих трансформаторов оставшиеся в работе трансформаторы принимают на себя его нагрузку. Эти аварийные перегрузки не зависят от предшествовавшего режима работы трансформатора, являются кратковременными и используются для обеспечения прохождения максимума нагрузки.

Далее приведены значения кратковременных перегрузок масляных трансформаторов с системами охлаждения М, Д, ДЦ, Ц сверх номинального тока (независимо от длительности предшествующей нагрузки, температуры окружающей среды и места установки).

Аварийные перегрузки масляных трансформаторов со всеми видами охлаждения:

Для трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов указанные перегрузки относятся к наиболее нагруженной обмотке.

Источник