Потери холостого хода трансформаторов

Устройство

Трансформатор представляет собой статический прибор. Он работает от электричества. В конструкции при этом отсутствуют подвижные детали. Поэтому рост затрат электроэнергии вследствие механических причин исключены.

При функционировании силовой аппаратуры затраты электроэнергии увеличиваются в нерабочее время. Это связано с ростом активных потерь холостого хода в стали. При этом наблюдается снижение нагрузки номинальной при увеличении энергии реактивного типа. Потери энергии, которые определяются в трансформаторе, относятся к активной мощности. Они появляются в магнитоприводе, на обмотках и прочих составляющих агрегата.

24 Условия параллельной работы трансформаторов:

4.30. Допускается параллельная работа трансформаторов (автотрансформаторов) при условии, что ни одна из обмоток не будет нагружена током, превышающим допустимое значение силы тока для данной обмотки.

Параллельная работа трансформаторов допускается при следующих условиях:

1) группы соединений обмоток одинаковы;

2) соотношение мощностей трансформаторов не более чем 1:3;

3) коэффициенты трансформации отличаются не более чем на плюс 0,5 % и не меньше чем на минус 0,5 %;

4) напряжения КЗ отличаются не более чем на плюс 10 % и не меньше чем на минус 10 % среднеарифметического значения напряжения КЗ

трансформаторов, которые включаются на параллельную работу;

5) проведено фазирование трансформаторов.

Для выравнивания нагрузки между параллельно работающими трансформаторами с разными напряжениями КЗ допускается в небольших пределах изменять коэффициент трансформации путем переключения ответвлений при условии, что ни один из трансформаторов не будет перегружен.

Определение режима. Холостым ходом трансформатора называется такой режим его работы, при котором к первичной обмотке подведено синусоидальное напряжение u1, а вторичная обмотка разомкнута и ток в ней равен нулю. Принципиальная схема однофазного трансформатора при холостом ходе изображена на рис.7.6. В этом режиме трансформатор подобен дросселю с замкнутым ферромагнитным магнитопроводом.

Необходимость изучения данного режима заключается в том, что одновременно с определением основных параметров трансформатора (коэффициента трансформации, тока холостого хода, потерь в стали магнитопровода) возможно в сочетании с параметрами, полученными при другом крайнем режиме — коротком замыкании, охарактеризовать работу трансформатора под нагрузкой и наиболее точно определить коэффициент полезного действия.

Рисунок 7.6 — Схема трансформатора при холостом ходе

Принцип действия в режиме холостого хода. Под действием приложенного напряжения u1 в первичной обмотке трансформатора имеет место небольшой ток холостого хода i10 = i, обычно не превышающий (3-10%) от номинального тока в первичной обмотке, т.е. его действующее значение I£(0,03…0,1)I1н. Этот ток создает МДС первичной обмотки i×w1, которая обусловливает в замкнутом магнитопроводе переменный основной магнитный поток трансформатора Ф и небольшой переменный поток рассеяния первичной обмотки ФS1, замыкающийся вокруг первичной обмотки по воздуху.

Основной поток Ф наводит в первичной обмотке трансформатора ЭДС самоиндукции e1, а во вторичной обмотке — ЭДС взаимоиндукции e2. Поток рассеяния создает в первичной обмотке ЭДС eS1, называемую электродвижущей силой рассеяния. Так как основной поток Ф замыкается по магнитопроводу, а поток рассеяния ФS1 в основном по воздуху, то основной поток будет во много раз больше потока рассеяния (Ф>>ФS1), следовательно, и ЭДС, наводимые этими потоками в первичной обмотке, будут тоже существенно различаться по величине (E1>>ES1).

Что такое потери холостого хода трансформатора

Любые потери энергии могут приводить к перерасходу материалов и топлива, что приводит к значительному увеличению стоимости энергоресурсов. Чтобы потери не приводили к серьезным финансовым затратам, на трансформаторах должны периодически проводиться профилактические и электроизмерительные работы, которые позволяют своевременно выявить любые проблемы и неполадки в работе оборудования.

Самой распространенной причиной проблем в работе трансформаторов являются потери холостого хода. Холостым ходом называется один из режимов работы прибора, в процессе которого выделенное питание подается на одну обмотку устройства, в то время как остальные обмотки разомкнуты. Потери холостого хода трансформатора – это любые утечки и потери, возникающие во время такого режима работы оборудования. Утечки обязательно возникают при номинальных уровнях частоты, напряжения и других параметров электрической энергии. Потери холостого хода сказываются на качестве электроснабжения, о чем следует помнить при создании проектов реконструции электрики в домах и на других объектах.

Пример проекта технического отчета нежилого помещения

Анализ результатов измерения

При приемосдаточных испытаниях и капитальном ремонте полученные данные сравниваются с протоколом о соответствующих испытаниях, проведенных на заводе после изготовления трансформатора. Расхождение более 5 % не допускается.

Для однофазных трансформаторов в этих же случаях мощность потерь не должна отличаться от исходной величины более, чем на 10%.

В эксплуатации измеряется только ток холостого хода на основании опыта с номинальным напряжением или мощность потерь при пониженном. ПТЭЭП при этом не нормирует отклонения от нормы.

Однако, при подозрении на повреждение в трансформаторе метод измерения потерь с использованием трех последовательно проведенных опытов дает очень ценный результат. Поскольку обмотки фаз трансформатора находятся в неравных условиях, то можно не только вычислить, есть ли там дефект, но и определить дефектную фазу.

Путь магнитного потока при возбуждении выводов АВ и ВС одинаков. Поэтому и мощности потерь для опытов на этих фазах не будут отличаться. При возбуждении фаз АС путь, пройденный магнитным потоком, длиннее, поэтому мощность потерь будет на 25-50% превышать предыдущие. Сравнивая эти показатели, можно выявить, на какой фазе есть дефект.

Понятие потерь

При работе установки часть мощности поступает на первичный контур. Она рассеивается в системе. Поэтому поступающая мощность в нагрузку определяется на меньшем уровне. Разница составляет суммарное снижение мощности в трансформаторе.

Существует два вида причин, из-за которых происходит рост потребление энергии оборудованием. На них влияют различные факторы. Их делят на такие виды:

1. Магнитные.
2. Электрические.

Их следует понимать, дабы иметь возможность снизить электрические потери в силовом трансформаторе.

Магнитные потери

В первом случае потери в стали магнитопривода состоят из вихревых токов и гистериза. Они прямо пропорциональны массе сердечника и его магнитной индукции. Само железо, из которого выполнен магнитопривод, влияет на эту характеристику. Поэтому сердечник изготавливают из электротехнической стали. Пластины делают тонкими. Между ними пролегает слой изоляции.

Также на снижение мощности трансформаторного устройства влияет частота тока. С ее повышением растут и магнитные потери. На этот показатель не влияет изменение нагрузки устройства.

Электрические потери

Снижение мощности может определяться в обмотках при их нагреве током. В сетях на такие затраты приходится 4-7% от общего количества потребляемой энергии. Они зависят от нескольких факторов. К ним относятся:

• Электрическая нагрузка системы.
• Конфигурация внутренних сетей, их длина и размер сечения.
• Режим работы.
• Средневзвешенный коэффициент мощности системы.
• Расположение компенсационных устройств.

Потери мощности в трансформаторах являются величиной переменной. На нее влияет показатель квадрата тока в контурах.

Потери в работе трансформатора

В режиме работы холостого хода устройства могут возникать различные утраты мощности. Чаще всего такие проблемы бывают связаны с магнитными потерями мощности в стальных элементах устройства, с потерями на первичной обмотке, а также с проблемами в изоляции оборудования.

Утечки, возникающие из-за проблем в изоляции, принято называть диэлектрическими. Такие неполадки возникают только на оборудовании, работающем на высоких частотах. Для стандартного силового оборудования, работающего со стандартной частотой, потери из-за изоляции не отличаются высокими характеристиками, а потому даже не берутся в расчет при исследовании трансформаторов специалистами. Утечки мощности на первичной обмотке могут отличаться большей величиной, но даже они не превышают 1% от величины потерь холостого хода.

Наиболее важной долей утечек и электрических потерь являются магнитные потери. Все магнитные потери в трансформаторах можно разделить на две большие группы: потери от вихревых токов и от гистерезиса. Потери от гистерезиса в современных трансформаторах обычно составляют не более 20-25%. Это обусловлено тем, что в современном оборудовании принято использовать высококачественную электротехническую сталь. Более 75% потерь на трансформаторах происходит из-за вихревых токов.

Экономичные трансформаторы тмг.

В условиях мирового дефицита энергомощностей и постоянного роста энергопотребления вопрос об экономии энергии приобретает все большую актуальность. Разработка ресурсосберегающего оборудования – основная задача, которую ставят перед собой ведущие производители электротехники в Европе. Этот вопрос – один из первостепенных и для России, где с каждым годом на эксплуатацию устаревшего электрооборудования требуется все больше средств. Изучив мировой опыт, на подольском трансформаторном заводе «Трансформер» разработали экономичные трансформаторы с уменьшенными потерями. Проекты прошли экспертную оценку европейских коллег и получили одобрение ведущих специалистов в области трансформаторостроения. О том, что для работы трансформатора необходимо израсходовать часть электроэнергии, известно с момента его изобретения. Но никогда ранее вопрос оптимизации данных затрат не стоял так остро. Дело в том, что потери неизбежны из-за преобразования электрической энергии в тепловую: часть ее расходуется  на нагрев проводов (потери короткого замыкания), а часть – на перемагничивание (потери холостого хода). В сумме потери составляют от 9 киловатт в час, что равно затратам на работу 4 бытовых приборов. Поскольку трансформатор работает круглосуточно, потери происходят постоянно. И если умножить улетающие в воздух киловатты на тариф, то получится рублевое выражение процессов нагрева и намагничивания. Так, для трансформатора мощностью 630 кВА это более 100 тысяч рублей в год. Физика процесса такова, что устранить потери полностью невозможно. Но есть способ существенно снизить затраты на работу оборудования – применить экономичный трансформатор, разработанный на ЗАО «Трансформер».  Передовые технологии и материалы позволяют добиться значительно меньшего нагрева проводов при работе оборудования, а значит, – сэкономить киловатты и денежные средства абонентов. Для трансформатора ТМГ-630 кВА это экономия составляет до 20 тысяч рублей в год, а для трансформаторов больших мощностей цифра намного выше.  Цена трансформатора с уменьшенными потерями будет выше обычного примерно на 15-20%. Поэтому он будет давать экономию не сразу, а через 2-3 года. Но, устанавливая трансформатор на 25 лет, стоит подумать о долгосрочном вложении средств и сопоставить разовую экономию от покупки обычного трансформатора с постоянной экономией на уменьшенных потерях электроэнергии. Приведем простой пример. Если все трансформаторы в стране заменить в один момент на экономичные, это позволит как минимум двум-трем городам России не платить за электроэнергию целый год. Приведенные в таблицах данные позволяют увидеть, что в течение первых 3 лет работы потребитель получает более 50 тысяч рублей экономии, а в течение 10 лет – более 170 тысяч. Расчеты сделаны с допущением того факта, что все это время тарифы на электроэнергию остаются неизменными. Но вряд ли стоит этого ожидать. Более того, со временем российские тарифы все более и более будут приближаться к европейским, а там уже сегодня плата за электроэнергию составляет от 0, 11 евро, или 3, 58 рубля. Разработка ЗАО «Трансформер» – это актуальное предложение для обновляющейся энергосистемы России, которая активно развивается по пути энергосебергающих, высокотехнологичных и экономически эффективных решений.

Сравнительная таблица потерь для трансформаторов ТМГ.

	потери холостого хода, Вт	потери короткого замыкания, Вт
Мощность	630	1000	1250	630	1000	1250
Экономичный трансформатор ЗАО «Трансформер»	1000	1300	1400	6600	9800	11000
Обычный трансформатор	1200	1600	1900	7800	10800	13000

Денежное выражение потерь для трансформаторов ТМГ.

	Мощность, кВА
630	1000	1250
Потери, кВт	Обычный трансформатор	9	12, 4	14, 9
Экономичный трансформатор	7, 6	11, 1	12, 4
Разница потерь в час, кВт	1, 4	1, 3	2, 5
Экономия, руб.*	За 1 год	18.396	17.082	32.850
За 3 года	55.188	51.246	98.550
За 10 лет	183.960	170.820	328.500
Экономия в евро за 10 лет	5.300	4.900	9.400
	Экономия в евро за 10 лет при росте тарифов до уровня европейских	12.600	11.680	24.460

* Тариф принимается равным 1, 5 рубля за киловатт-час. Допускается, что он остается неизменным в течение 10 лет.

Анализ статьи:

Текст статьи соответствует заявленной теме. В статье рассказывается о экономичных трансформаторах ТМГ. Статья является актуальной. В статье представлена таблица потерь в обычных трансформаторах и трансформаторе ТМГ.

studfiles.net

Методика расчета

Потери в трансформаторах можно рассчитать по определенной методике. Для этого потребуется получить ряд исходных характеристик работы трансформатора. Представленная далее методика применяется для двухобмоточных разновидностей. Для измерений потребуется получить следующие данные:

• Номинальный показатель мощности системы (НМ).
• Потери, определяемые при холостом ходе (ХХ) и номинальной нагрузке.
• Потери короткого замыкания (ПКЗ).
• Количество потребленной энергии за определенное количество времени (ПЭ).
• Полное количество отработанных часов за месяц (квартал) (ОЧ).
• Число отработанных часов при номинальном уровне нагрузки (НЧ).

Получив эти данные, измеряют коэффициент мощности (угол cos φ). Если же в системе отсутствует счетчик реактивной мощности, в расчет берется ее компенсация tg φ. Для этого происходит измерение тангенса угла диэлектрических потерь. Это значение переводят в коэффициент мощности.

Почему важно использовать ваттметр

Такой измерительный прибор, как ваттметр, дает возможность осуществить точные замеры коэффициентов мощности. Благодаря его применению можно получить максимально точный итоговый результат. После этого потребуется на основе результата, который получился, создать точную векторную диаграмму. Установленные потери необходимо учитывать по каждой фазе. Результат, который будет получен, не может сравниваться с установленными нормативами представленного оборудования. полученные показатели, которые были одержаны после проведения исследований тока холостого хода трансформатора . Возможно сравнение только с теми показателями, которые были получены во время проведения предшествующих проверок. В том случае, когда потери спустя определенный эксплуатационный период начинают расти, это свидетельствует о наличие различных нарушений в изоляции пластин магнитовода. Вернуть на круги своя уже запущенный процесс не представляется возможным. Поэтому необходимо обращение к квалифицированным специалистам для проведения ремонтных работ.

Трансформатор масляный ТМ 630

ТМ 630 кВА масляные силовые трансформаторы ТМ-630 кВА напряжением 6кВ, 10кВ цена. ТМ-630 кВА это силовые масляные понижающие трехфазные трансформаторы общего назначения мощностью 630кВА. ТМ-630 кВА, ТМ 630/10-0,4, ТМ 630/6-0,4, ТМ 630/10-0.4, ТМ 630/6-0.4 трехфазные используются для нужд народного хозяйства для наружной и внутренней установки.

Завод-производитель трансформаторов ТМ “Уральский Завод Трансформаторных Технологий” имеет собственное производство силовых масляных трансформаторов ТМ и производит масляные трансформаторы типа ТМ мощностью 16-2500 кВа. Продажа трансформаторов ТМ. На трансформаторы силовые масляные имеется декларация о соответствии № РОСС RU.АВ67.Д00718.

Технические характеристики ТМ-630 кВА.

• Номинальное напряжение первичной обмотки силового трансформатора ТМ-630кВА, ТМ 630 10/0,4, ТМ 630 6/0,4, ТМ 630 10/6, ТМ 630 6/10, ТМ 630 10/0.4, ТМ 630 6/0.4 может составлять 6кВ, 10кВ, и вторичной обмотки 0,4кВ, 0.4 кВ, 6кВ, 10кВ. Группы соединений и схемы трансформатора ТМ-630 кВА — Д/Ун-11; У/Ун-0; Y/Zн-0. Напряжение регулируется без возбуждения (переключатель ПБВ). Силовые масляные трансформаторы ТМ-630кВА оборудованы высоковольтными переключателями, которые присоединяются к обмотке высокого напряжения. Они позволяют регулировать напряжение ступенями при отключенном от электрической сети трансформаторе с диапазоном +-2х2.5%.
• Масса трансформатора ТМ-630 кВА составляет 2105 кг, масса масла 435 кг. Потери холостого хода трансформатора ТМ-630 кВА 1050 Вт. Потери короткого замыкания 7600 Вт. Напряжение короткого замыкания 5.5 %. Ток холостого тока 2,0 %. Габаритные размеры ТМ 630: 1930х1180х1910.
• Бак трансформатора ТМ-630 овальной (прямоугольной, восьмиугольной) формы. В трансформаторах мощностью 630 кВА для увеличения поверхности охлаждения применяются радиаторы и гофрированные баки (ТМГ). Для подъёма силового трансформатора ТМ-630 в сборе под верхней рамой бака расположены крюки. Для залива масла есть кран на крышке бака, для спуска масла внизу бака имеется пробка, также внизу расположен кран для взятия пробы и болт заземления. Активная часть трансформатора ТМ-630 кВА состоит из магнитопровода, который изготавливается из холоднокатаной высококачественной электротехнической стали, обмоток и высоковольтного переключателя. Обмотки силового масляного трансформатора ТМ-630 кВА алюминиевые или медные (цена трансформаторов ТМ-630 кВА с медной обмоткой выше).
• На трансформатор ТМ-630 устанавливаются проходные фарфоровые изоляторы ИПТ. Вводы низшего и высшего напряжений наружной установки, съёмные. При токе ввода более 1000 А в верхней части токоведущего стержня прикреплен контактный зажим с лопаткой, которая обеспечивает подсоединение плоских шин (лопатки, флажки). На крышке ТМ-630 кВА расположен вводы ВН и НН. Наличие масла при всех режимах работы трансформатора ТМ-630 кВА и колебаниях температуры окружающей среды обеспечивает маслорасширитель. Влагу, поступающую в масляный силовой трансформатор ТМ-630 кВА, поглощает сорбент, которым заполнен воздухоосушитель, защищающий масло от наружного воздуха. На торце маслорасширителя закреплен маслоуказатель для контроля масла. Он имеет три контрольные метки, которые соответствуют уровню масла в неработающем трансформаторе при различных температурах. На крышке трансформатора ТМ-630 установлен термометр для измерения температуры верхних слоев масла.

Номинальная мощность, кВт	Номинальное напряжение, кВ	Группа соединений обмоток	Потери, Вт	Ток ХХ, %	Напряжение КЗ, %	Габариты ТМ, мм	Масса ТМ, кг
ВН	НН	ХХ	КЗ
ТМ-630	6; 10	0,4	У/Ун-0У/Zн-11Д/Ун-11	1050	7600	2	5,5	1930 х 1180 х 1910	2105

www.wikitransformer.ru

Нормирование энергоэффективности сухих распределительных трансформаторов

Для формирование модели, на основе которой можно осуществить нормирование энергоэффективности (как отмечалось автором в ряде работ [9, 11 12]) требуется рассматривать не один отдельный или несколько трансформаторов, а весь комплекс силовых/распределительных трансформаторов, обеспечивающих электроснабжение на обширной территории, вплоть до территории страны или группы стран. И фундаментальным для всех последующих выводов является понятие «энергоэффективность».

• С количественной стороны, «Энергетическая эффективность — это характеристики, отражающие отношение полезного эффекта от использования энергетических ресурсов к затратам энергетических ресурсов, произведенным в целях получения такого эффекта, применительно к продукции…». Таково определение энергоэффективности по 261-ФЗ.
• С содержательной стороны, энергоэффективность — это управляемое состояние большой, организованной для каких-либо целей, совокупности устройств, которое характеризует способность этой совокупности изменять (уменьшать, сокращать) удельные затраты на функционирование данной совокупности устройств. Это авторская концептуальная трактовка энергоэффективности, положенная в основу разрабатываемой теории энергоэффективности силовых и распределительных трансформаторов.

Нормирование потерь хх и кз сухих энергоэффективных силовых/распределительных трансформаторов осуществляется по методике, описанной в [9].

Для адекватного сравнения с результатами нормирования потерь масляных энергоэффективных трансформаторов, приняты следующие исходные данные и упрощения для моделирования:

• В тестовых расчетах для упрощения модели предполагается, что все установленные трансформаторы — сухие. В методике, изложенной в работе [9] также принято, что все трансформаторы являются масляными. Можно усложнить модель и рассмотреть всю совокупность трансформаторов, состоящей из двух групп: 80 % масляные и 20 — сухие. На результаты расчетов это повлияет не существенно.
• Как и в работе [9], целевое сокращение энергоемкости ВВП принято равным 0,08 т.у.т./млн.руб.

Полный перечень исходных данных приведен в таблице 4.

Таблица 4. Исходные данные для расчета нормативных потерь хх и кз энергоэффективных сухих силовых/распределительных трансформаторов.
Показатель	Значение
Общее количество распределительных трансформаторов в РФ, штук, NΣ	3 020 649
Суммарная трансформаторная мощность, МВА, SΣ	846 472
Суммарные потери (при загрузке, равной 1), кВт, PΣ	10 737 243
Целевое значение сокращения энергоёмкости ВВП, т.у.т./млн.руб., ΔЭ	0,08
Значение суммарной доли подлежащих сокращению потерь, кВт*час, ΔWΣ	21 375 000 000
Значение суммарной мощности подлежащих сокращению потерь, кВт, ΔPΣ	2 440 000
Удельное значение сокращаемых потерь, кВт/кВА, ΔPуд	0,002882
Доля потерь Kхх в общей мощности потерь,	0,12726
Доля потерь Kкз в общей мощности потерь,	0,87274

Значения полученных энергоэффективных потерь хх и кз для каждой номинальной мощности всей линейки сухих трансформаторов от 25 до 6300 кВА приведены в таблице 5.

Таблица 5. Расчетные энергоэффективные нормативные потери для сухих трансформаторов мощностью 25-6300 кВА
Мощность сухого трансформатора, кВА	Требуемое сокращение удельной мощности суммарных потерь сухих тр-ров, Вт	Расчётная нормативная удельная мощность потерь хх, Э-ЭФ. сухих тр-ров, Вт	Удельная мощность потерь хх обычных сухих тр-ров, Вт	Расчётная нормативная удельная мощность потерь кз, Э-ЭФФ. сухих тр-ров, Вт	Удельная мощность потерь кз обычных сухих тр-ров, Вт	Коэффициент энергоёмкости (КПД) э-эфф. сухих тр-ров	Коэффициент энергоэффективности (КПД) обычных сухих трансформаторов
25	0,0721	173,2	195	399,7	450	0,9763	0,9742
40	0,1153	201,5	230	613,2	700	0,9799	0,9768
63	0,1816	257,9	290	1200,5	1350	0,9801	0,9740
100	0,2883	334,0	380	1757,8	2000	0,9826	0,9762
160	0,4612	436,7	510	2312,1	2700	0,9853	0,9799
250	0,7206	515,4	620	3034,0	3650	0,9880	0,9829
400	1,1530	916,2	1100	4830,8	5800	0,9874	0,9828
630	1,8160	1100,9	1240	5583,1	7100	0,9906	0,9868
1000	2,8826	1268,6	1600	6488,8	8900	0,9925	0,9895
1600	4,6121	1864,2	2100	7323,7	11000	0,9940	0,9918
2500	7,2064	2476,9	2750	13416,7	19500	0,9941	0,9911
4000	11,5302	2798,9	4000	24070,9	34400	0,9941	0,9904
6300	18,1601	3510,5	5400	30229,4	46500	0,9950	0,9918

Для сопоставления с действующими нормативами энергоэффективности трансформаторов в таблицах 6, 7, 8 приведены соответственно значения потерь хх и кз энергоэффективных трансформаторов в соответствии с постановлением правительства № 600 от 17 июня 2015 г., стандартом СТО 34.01-3.2-011-2017 и постановлением совета Европы № 548/2014 от 21 мая 2014 г.

Как видно из сравнения результатов расчета по новой методике нормирования показателей потерь сухих энергоэффективных трансформаторов, полученные данные ожидаемо не совпадают с показателями потерь нормативных документов. Так полученные значения потерь хх и кз для трансформатора мощностью 1000 кВА составляют, соответственно, 1270 Вт и 6500 Вт; стандартные значения — 1600 и 8900 Вт. Нормативный документ «Постановление № 600» требует для этой мощности трансформаторов значений потерь хх 1100 Вт и потерь кз 10500 Вт. Требования европейского стандарта составляют для потерь хх 1550 Вт и для потерь кз 9000 Вт.

Если мы будем исходить из требований сокращения интуитивно понятного и логически прозрачного показателя, научного критерия энергоёмкости ВВП, мы увидим, что требования к энергоэффективности трансформаторов управляемы и должны обосновываться более гибко, чем это определено действующими нормативными документами.

Автор выражает искреннюю благодарность руководству и ведущим специалистам ООО «Трансформер» за многочисленные предоставленные технические и другие данные о распределительных трансформаторах, а также за конструктивное обсуждение тезисов статьи.

Таблица потерь

Потребляемая активная мощность — это потери ХХ трансформатора. Часть ее тратится на нагрев провода обмотки (I1 2 * R1). Она незначительна, поскольку сопротивление R1 провода мизерно и ток ХХ также мал – 3-10% от номинального.

Основная доля расходуется на вихревые токи в магнитопроводе и его перемагничивание. Эти явления приводят к нагреву магнитопровода. Ф1, обуславливающий основную часть потерь холостого хода, не зависит от тока нагрузки. Следовательно, потери имеются постоянно и в любом режиме работы устройства, в том числе и в активном (нагрузочном).

Таблица потерь ХХ:

Номинальная мощность, кВА	Номинальное напряжение ВН/НН, кВ	Потери холостого хода, Вт
250	10/0,4	730
315	10/0,4	360
400	10/0,4	1000
500	10/0,4	1150
630	10/0,4	1400
800	10/0,4	1800
1000	10/0,4	1950
1250	10/0,4	2300
1600	10/0,4	2750
2000	10/0,4	3200
2500	10/0,4	4200

Со временем, потери увеличиваются из-за следующих изменений в магнитопроводе:

• меняется структура стали;
• падает сопротивление изоляции между пластинами;
• нарушается изоляция стяжек, что приводит к короткому замыканию между пластинами.

Проектирование силового трансформатора мощностью 630 кВА

Содержание работы

Аннотация

Введение

Аналитический обзор

Расчеты и основные результаты работы:

1. Техническое задание

2. Предварительный расчёт трансформатора

3. Расчёт обмотки низкого напряжения

4. Расчёт обмотки высокого напряжения

5. Расчёт параметров короткого замыкания

6. Расчёт магнитной системы трансформатора

7. Расчёт потерь и тока холостого хода

8. Тепловой расчет

9. Расчёт основных геометрических размеров бака трансформатора

10. Тепловой расчёт бака. Окончательный расчёт превышения температуры обмоток и масла

11. Определение массы масла и конструктивных материалов

12. Коэффициент полезного действия трансформатора

Заключение

Список используемой литературы

Приложения

Аннотация

Темников Ю.В. Трансформатор масляный герметизированный ТМВГ-630/6.

Страниц:

Иллюстраций:

Приложений:

Таблиц:

Представлены результаты расчета масляного трансформатора на мощность Sн =630 кВА, напряжение высокой стороны UВН =6300 В, напряжение низкой стороны UHH =690 В, при частоте питающей сети f=50 Гц.

Спроектирован вариант герметизированного трехфазного двухобмоточного масляного трансформатора с пространственной навитой магнитной системой из холоднокатаной анизотропной стали марки 3406. Сборка магнитной системы: магнитопровод состоит из трех овальных пакетов, собранных из стальной ленты переменной ширины. Обмотка НН из алюминиевой ленты, обмотка ВН – непрерывная катушечная из прямоугольного алюминиевого провода. Расчет выполнен в соответствии с рекомендациями, данными, изложенными в учебном пособии Тихомирова П.М. «Расчет трансформаторов», М.: Энергоатомиздат, 1996. – 528с.: ил.

Введение

Трансформатор – статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

Принято различать трансформаторы малой мощности с выходной мощностью до 5 кВА для трехфазных сетей и силовые трансформаторы с выходной мощностью от 5 кВА и выше.

В данной работе спроектирован силовой трансформатор, мощностью 630 кВА.

Навитая магнитная система, использованная в проекте, позволила уменьшить массу используемой электротехнической стали, и улучшить характеристики холостого хода (подробнее в пункте 7). Герметизированная конструкция бака с волнами позволила отказаться от громоздких радиаторов, которые значительно увеличивали бы габариты трансформатора, и от расширителя, тем самым сэкономить на трансформаторном масле (подробнее в пунктах 10-12).

Современные способы изготовления витых магнитопроводов позволяют значительно сэкономить на их сборке. В настоящее время начинается применение лазеров в резке электротехнической стали. Исследования Бухановой И.Ф., Дивинского В.В и Журавеля В.Э – сотрудников НПЦ «Лазертерм» АО ВНИИЭТО – показали, что «одним из самых перспективных бесконтактных методов уменьшения потерь на перемагничивание анизотропной электротехнической стали, является лазерная обработка поверхности. При локальном лазерном нагреве в поверхностных слоях материала создаются термические напряжения, изменяющие характер доменной структуры в зонах, прилегающих к лазерной дорожке. Разработанный экологически чистый технологический процесс обработки поверхности электротехнической стали излучением непрерывного СО2 -лазера позволяет обрабатывать трансформаторную сталь без нарушения изоляционного покрытия и создания дополнительных механических напряжений». Затраты на новую технологию окупятся на заводе менее чем за год, при увеличении стоимости трансформатора на 5%. При этом покупатель получает трансформатор немного дороже аналогичного, но более выгодного в эксплуатации. За первый же год эксплуатации покупатель экономит на электроэнергии сверх той суммы, что он переплатил за более современный трансформатор.

Аналогичный эффект можно получить при использовании навитой магнитной системы. Соответственно, при внедрении обеих технологий в трансформаторостроение можно получить внушительный экономический эффект. Подобная технология немного увеличит стоимость трансформатора, но значительно упростит его производство и улучшит его качество. Такой трансформатор более выгодный в эксплуатации, чем трансформатор, выполненный по старой технологии (в особенности трансформатор с плоской магнитной системой).

Также уменьшению потерь холостого хода способствует применение современных видов холоднокатаной анизотропной электротехнической стали, таких как 3408 и 3409. Удельные потери этих видов сталей меньше потерь устаревших 3404 и 3405. К сожалению, в настоящее время в нашей стране нет производителей качественной электротехнической стали, за исключением нескольких заводов. Этот фактор сказывается на ее цене. Более современная саль дороже, но обеспечивает снижение магнитных потерь в трансформаторе, в особенности, если сталь имеет малую толщину, например 0,27мм.

С учетом вышеописанных возможностей в данном проекте рассчитан трансформатор, имеющий пространственную навитую магнитную систему, изготовленную из стали 3406 (лучшую из описанных в доступной литературе).

АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

Краткое описание конструкции трансформатора. Главной частью трансформатора является, так называемая, активная часть, включающая в себя магнитопровод и обмотки. Обмотки служат для трансформации электрической энергии в энергию магнитного поля. Магнитопровод служит для передачи энергии магнитного поля. Активная часть полностью погружена в трансформаторное масло, служащее изолятором и теплоотводом. Активная часть зафиксирована в баке при помощи подъемных шпилек. Бак полностью герметичен, масло заливается под вакуумом. Структура стенок бака позволила отказаться от расширителя масла. На баке установлены вводы – проходные изоляторы, для подключения нагрузки и сети. Внутри активной части расположено устройство ПБВ, переключатель которого находится на крышке бака. Также на крышке расположены коробка выводов, для подключения устройств автоматики, таких как термодатчик и мановакуумметр; пробка для заполнения маслом. Внизу бака имеется пробка для слива масла и зажим заземления. Ко дну бака приварены швеллеры с переставными катками, для транспортировки и установки трансформатора.

Описание основных материалов, используемых в трансформаторе.

Материалы, применяемые для изготовления трансформатора, разделяются на активные, т.е. сталь магнитной системы, металл обмоток и отводов; изоляционные, применяемые для электрической изоляции обмоток и других частей трансформатора, например электроизоляционный картон, фарфор, дерево, трансформаторное масло и др.; конструкционные, идущие на изготовление бака, различных крепежных частей и т.д., и прочие материалы, употребляемые в сравнительно небольших количествах.

Одним из основных активных материалов трансформатора является тонколистовая холоднокатаная анизотропная электротехническая сталь. Это сталь с определённой ориентировкой доменов, имеющая значительно меньшие удельные потери и более высокую магнитную проницаемость по сравнению с горячекатаной сталью.

Одной из существенных особенностей холоднокатаной стали является анизотропия её магнитных свойств, т.е. различие этих свойств в различных направлениях внутри листа стали. Наилучшие магнитные свойства эта сталь имеет в направлении прокатки. Магнитные свойства существенно ухудшаются, если вектор индукции магнитного поля направлен под углом, отличающимся от 00 , к направлению прокатки.

Другой активный материал трансформатора – металл обмоток. В трансформаторах средней мощности чаще применяется алюминий. Плотность алюминия 2700 кг/м3 . Таким образом, алюминий примерно в 3,5 раза легче меди. При этом стоимость алюминия значительно меньше стоимости меди, которой в электромашиностроении применяются лишь несколько видов.. Температура плавления 657 0 С, удельное сопротивление 0,5 мкОмּм., предел прочности при растяжении σР =160-170 МПа.

Главным изоляционным материалом в силовых трансформаторах является трансформаторное масло (ГОСТ 982-80) – жидкий диэлектрик, сочетающий высокие изоляционные свойства со свойствами активной охлаждающей среды и теплоносителя. В данном проекте использовано масло ТК-1500.

Кабельная бумага (ГОСТ 23436-83) изготовляется из сульфатной небелёной целлюлозы и выпускается в рулонах шириной 500, 650, 670, 700, 750 и 1000 мм (±3 мм) при диаметре рулона от 450 до 800 мм. В трансформаторах применяется бумага главным образом марки К-120 толщиной 120 мкм для изоляции обмоточного провода; в виде полос разной ширины для межслойной изоляции и в многослойных цилиндрических обмотках класса напряжения 6, 10 ,20 и 35 кВ; в виде полосок шириной 20-40 мм, наматываемых вручную.

Картон электроизоляционный (ГСТ494-83) марки Г – картон средней плотности с повышенным сопротивлением к расслаиванию, применяется для получения склеенного картона и изготовления изоляционных деталей. Плотность 1000 кг/м3 , толщина листа, используемого в проекте – 0,50мм, ширина рулона 1000мм.

Трубки электротехнические бумажно-бакелитовые (ГОСТ 8726-80). Изготавливаются путем намотки из электроизоляционной пропиточной или намоточной бумаги, предварительно покрытой пленкой бакелитового лака с последующей лакировкой и полимеризацией лака. Выпускаются трубки марки ТБ. Длительно допустимые рабочие температуры от -60 до +105 0 С. Трубки обладают высокой электрической и механической прочностью.

mirznanii.com

Измерение полезного действия

При расчете потерь определяется также показатель полезного действия. Он показывает соотношение мощности активного типа на входе и выходе. Этот показатель рассчитывают для замкнутой системы по следующей формуле:

КПД = М1/М2, где М1 и М2 – активная мощность трансформатора, определяемая измерением на входном и исходящем контуре.

Выходной показатель рассчитывается путем умножения номинальной мощности установки на коэффициент мощности (косинус угла j в квадрате). Его учитывают в приведенной выше формуле.

В трансформаторах 630 кВА, 1000 кВА и прочих мощных устройствах показатель может составлять 0,98 или даже 0,99. Он показывает, насколько эффективно работает агрегат. Чем выше КПД, тем экономичнее расходуется электроэнергия. В этом случае затраты электроэнергии при работе оборудования будут минимальными.

Рассмотрев методику расчета потерь мощности трансформатора, короткого замыкания и холостого хода, можно определить экономичность работы аппаратуры, а также ее КПД. Методика расчета предполагает применять особый калькулятор или производить расчет в специальной компьютерной программе.

Основными характеристиками трансформатора являются прежде всего напряжение обмоток и передаваемая трансформатором мощность. Передача мощности от одной обмотки к другой происходит электромагнитным путем, при этом часть мощности, поступающей к трансформатору из питающей электрической сети, теряется в трансформаторе. Потерянную часть мощности называют потерями.

При передаче мощности через трансформатор напряжение на вторичных обмотках изменяется при изменении нагрузки за счет падения напряжения в трансформаторе, которое определяется сопротивлением короткого замыкания. Потери мощности в трансформаторе и напряжение короткого замыкания также являются важными характеристиками. Они определяют экономичность работы трасформатора и режим работы электрической сети.

Потери мощности в трансформаторе являются одной из основных характеристик экономичности конструкции трансформатора. Полные нормированные потери состоят из потерь холостого хода (XX) и потерь короткого замыкания (КЗ). При холостом ходе (нагрузка не присоединена), когда ток протекает только по обмотке, присоединенной к источнику питания, а в других обмотках тока нет, мощность, потребляемая от сети, расходуется на создание магнитного потока холостого хода, т.е. на намагничивание магнитопровода, состоящего из листов трансформаторной стали. Поскольку , то направление магнитного потока также меняется. Это значит, что сталь намагничивается и размагничивается попеременно. При изменении тока от максимума до нуля сталь размагничивается, магнитная индукция уменьшается, но с некоторым запаздыванием, т.е. размагничивание задерживается (при достижении нулевого значения тока индукция не равна нулю точка N). Задерживание в перемагничивании является следствием сопротивления стали переориентировке элементарных магнитов.

Кривая намагничивания при перемене направления тока образует так называемую , которая различна для каждого сорта стали и зависит от максимальной магнитной индукции Втах.Площадь, охватываемая петлей, соответствует мощности, затрачиваемой на намагничивание. Так как при перемагничивании сталь нагревается, электрическая энергия, подводимая к трансформатору, преобразуется в тепловую и рассеивается в окружающее пространство, т.е. безвозвратно теряется. В этом физически и заключаются потери мощности на перемагничивание.

Кроме потерь на гистерезис при протекании магнитного потока по магнитопроводу возникают . Как известно, магнитный поток индуктирует электродвижущую силу (ЭДС), создающую ток не только в обмотке, находящейся на стержне магнитопровода, но и в самом его металле. Вихревые токи протекают по замкнутому контуру (вихревое движение) в месте стали в направлении, перпендикулярном направлению магнитного потока. Для уменьшения вихревых токов магнитопровод собирают из отдельных изолированных листов стали. При этом чем тоньше лист, тем меньше элементарная ЭДС, меньше созданный ею вихревой ток, т.е. меньше потери мощности от вихревых токов. Эти потери тоже нагревают магнитопровод. Для уменьшения вихревых токов, потерь и нагревов увеличивают стали путем введения в металл присадок.

В любом трансформаторе расход материалов должен быть оптимальным. При заданной индукции в магнитопроводе его габарит определяет мощность трансформатора. Поэтому стараются, чтобы в сечении стержня магнитопровода было как можно больше стали, т.е. при выбранном наружном размере коэффициент заполнения кздолжен быть наибольшим. Это достигается применением наиболее тонкого слоя изоляции между листами стали. В настоящее время применяется сталь с тонким жаростойким покрытием, наносимым в процессе изготовления стали и дающим возможность получить кз = 0,950,96.

При изготовлении трансформатора вследствие различных технологических операций со сталью ее качество в готовой конструкции несколько ухудшается и потери в конструкции получаются примерно на 2550 % больше, чем в исходной стали до ее обработки (при применении рулонной стали и прессовки магнитопровода без шпилек).

Герасимов А.И. Электроснабжение карьера (Документ)Королев О.П., Радкевич В.Н., Сацукевич В.Н. Электроснабжение промышленных предприятий (Документ)Сибикин М.Ю., Сибикин Ю.Д., Яшков В.А. Электроснабжение промышленных предприятий и установок (Документ)Прима В.М. Прокопенко Л.В. Учебно-методическое пособие к практическим занятиям для студентов специальности электроснабжение (Документ)Пестов С.М., Свиридов Ю.П. Электроснабжение промышленных предприятий: методические указа- ния к выполнению лабораторных работ (Документ)Кудрин Б.И., Чиндяскин В.И. Электроснабжение промышленных предприятий: Методическое пособие к курсовому проекту по курсу ЭПП (Документ)Кузьмин Э.Л. Протокол и этикет дипломатического и делового общения (Документ)Медведев Г.Д. Электрооборудование и электроснабжение горных предприятий (Документ)Коновалова Л.Л., Рожкова Л.Д. Электроснабжение промышленных предприятий и установок (Документ)Артемов А.И. Электроснабжение промышленных предприятий в примерах и задачах (Документ)

3.3. Потери мощности в трансформаторах

В справочной литературе приводятся величины характеристик трансформатора при номинальной загрузке: ?Р хх – активные потери холостого хода, кВт; ?Р кз – потери короткого замыкания, кВт; I н – номинальный ток, А; I хх – ток холостого хода, А;

S н – номинальная мощность трансформатора, кВА; U кз% – напряжение короткого замыкания, %.

Соответственно получаем для номинальной нагрузки трансформатора:

реактивные потери холостого хода

Реактивные потери короткого замыкания

.

При нагрузке, отличающейся от номинальной (

):

активные потери короткого замыкания равны

;

реактивные потери короткого замыкания

.

Полные потери мощности в трансформаторе с учетом загрузки:

активные

;

реактивные

.

3.4. Режимы работы и выбор числа и мощности трансформаторов

С увеличением мощности трансформаторов растут токи короткого замыкания. Поэтому единичная мощность трансформаторов, питающих электроустановки до 1000 В, ограничивается допустимыми величинами тока короткого замыкания. Считается нецелесообразным применение трансформаторов со вторичным напряжением до 0,4 кВ мощностью более 2500 кВА. Число типоразмеров трансформаторов в цехе должно быть минимальным.

Однотрансформаторные подстанции рекомендуется применять при наличии в цехе (корпусе) приемников электроэнергии, допускающих перерыв электроснабжения на время доставки “складского” резерва, или при резервировании, осуществляемом на линиях низкого напряжения от соседних ТП, т. е. они допустимы для потребителей III и II категорий, а также при наличии в сети 380 – 660 В небольшого количества (до 20%) потребителей I категории.

Двухтрансформаторные подстанции рекомендуется применять в следующих случаях: при преобладании потребителей I категории и наличии потребителей особой группы; для сосредоточенной цеховой нагрузки и отдельно стоящих объектов общезаводского назначения (компрессорных и насосных станций); для цехов с высокой удельной плотностью нагрузок (выше 0,5 – 0,7 кВА/м 2).

При выборе количества и мощности цеховых трансформаторов учитывается потребляемая нагрузка цеха и удельная плотность нагрузки  н. При плотности нагрузки до  н = 0,15 кВА/м 2 целесообразно применять трансформаторы мощностью до 1000 и 1600 кВА, при плотности 0,15 – 0,35 кВА/м 2 – мощностью 1600 кВА. При плотности более

0,35 кВА/м 2 целесообразность применения трансформаторов мощностью 1600 или 2500 кВА обосновывается технико-экономическими расчетами по .

Ориентировочный выбор числа и мощности цеховых трансформаторов производится по удельной плотности  н нагрузки

 н = S р /F,

где S р – расчетная нагрузка цеха (корпуса, отделения), кВА; F – площадь цеха (корпуса, отделения), м 2 .

Выбор номинальной мощности трансформаторов рекомендуется производить по расчетной мощности нормального и аварийного режимов работы исходя из рациональной загрузки в нормальном режиме и с учетом минимально необходимого резервирования в послеаварийном режиме. Номинальная мощность трансформаторов S н.т определяется по средней нагрузке Р с за максимально загруженную смену:

S н.т = Р с /(N k з),

где N – число трансформаторов; k з – коэффициент загрузки трансформатора.

Оптимальная загрузка цеховых трансформаторов зависит от категории надежности потребителей электроэнергии, от числа трансформаторов и способа резервирования. Рекомендуется принимать следующие коэффициенты загрузки трансформаторов : для цехов с преобладающей нагрузкой I категории для двухтрансформаторных ТП k з = 0,75 – 0,8; для цехов с преобладающей нагрузкой II категории для однотрансформаторных подстанций в случае взаимного резервирования трансформаторов на низшем напряжении k з = 0,8 – 0,9; для цехов с нагрузкой III категории k з = 0,95 – 1.

При выборе числа и мощности цеховых трансформаторов одновременно должен решаться вопрос об экономически целесообразной величине реактивной мощности, передаваемой через трансформаторы в сеть напряжением до 1 кВ.

Оптимальное число трансформаторов и их мощность находят по минимуму приведенных затрат (тыс. руб):

,

где N – число трансформаторов и коммутационных аппаратов;

E н – коэффициент эффективности капитальных вложений (Е н =0,12);

Е аi – норма амортизационных отчислений;

К i – стоимость i-го трансформатора или коммутационного аппарата, тыс.руб;

С о – стоимость одного кВт. ч электроэнергии;

W a – годовые потери электроэнергии (кВт. ч) в одном трансформаторе;

n – число трансформаторов.

где?

и? приведенные потери мощности холостого хода и короткого замыкания в трансформаторе, кВт;

Т о – число часов присоединения трансформатора к сети в течение года;

Тр – годовое число часов работы трансформатора под нагрузкой;

– коэффициент загрузки трансформатора.

Приведенные активные потери холостого хода

,

где

.

Приведенные активные потери короткого замыкания

, кВт,

где

.

Кпп – коэффициент повышения потерь активной мощности в связи с передачей реактивной мощности (см. табл.).

Таблица *

Характеристика трансформатора и системы электроснабжения	к пп, кВт/квар
Трансформаторы, питающиеся непосредственно от шин подстанции
Сетевые трансформаторы, питающиеся от электростанций на генераторном напряжении
Понижающие трансформаторы 110/35/10 кВ, питающиеся от районных сетей
Понижающие трансформаторы 6 – 10/0,4 кВ, питающиеся от районных сетей

Полученные величины приведенных активных потерь активной мощности? и? подставляют в выражение для?W a и далее определяют приведенные затраты З.

В упрощенных расчетах допускается выбирать трансформаторы по приведенным потерям активной мощности в них:

.

Выбирают вариант с наименьшими

.

Зависят от коэффициента загрузки? и числа трансформаторов (см. рис.*).

Рис.3.1. Зависимость приведенных потерь активной мощности в трансформаторах от их загрузки и числа

Величина критического коэффициента загрузки? критич. , при котором необходимо перейти на работу двух трансформаторов определяется из выражения:

,

откуда

.

3.5. Потери напряжения в трансформаторах и регулирование напряжения

В трансфрматорах под действием нагрузки происходит потеря напряжения (см. табл. 3.1).

Таблица 3.1

Потери напряжения (%) в трансформаторах при номинальной нагрузке (?=1)

Номинальная мощность трансформатора, кВА	Коэффициент мощности (cos?)
0,7	0,8	0,85	0,9	0,95	1,0
100	4,27	4,01	3,81	3,54	3,02	1,97
160	4,16	3,85	3,62	3,32	2,77	1,66
250	4,07	3,73	3,50	3,18	2,61	1,48
400	4,02	3,67	3,42	3,10	2,52	1,38
630	4,67	4,18	3,85	3,42	2,66	1,20
1000	4,68	4,19	3,86	3,44	2,67	1,22
1600	4,62	4,12	3,78	3,35	2,58	1,12

При нагрузке трансформатора, отличающейся от номинальной, потеря напряжения определяется по формуле:

U т % = ? (U а %cos? + ?U р %sin?)

где U а % – активная составляющая потери напряжения в трансформаторе U а % = 100P кз / S н.т, %;

U р % – реактивная составляющая потери напряжения в трансформаторе

,

где U кз % – напряжение короткого замыкания, %; P кз – потери мощности короткого замыкания, кВт; S н.т – номинальная мощность трансформатора, кВА; ? – коэффициент загрузки трансформатора, ? = I р / I н.т.

Пример 8.2 Для трансформатора ТМЗ-1000/10/0,4 определить потерю напряжения под действием нагрузки Рр = 575 кВт при cos = 0,9. Решение приводится в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Определение располагаемой потери напряжения в сети

низкого напряжения

Расчетные величины и формулы	Номер КТП
КТП 2-я секция
Расчетный ток нагрузки , А	1097
Номинальный ток трансформатора , А	1443,4
Коэффициент загрузки трансформатора? = I р / I н.т.	0,76
Параметры	P кз, кВт	10,8
трансформа-	S н.т, кВА	1000
тора	U кз % , %	5,5
Потеря напряжения в трансформаторе	U а % = 100P кз / S н.т, %; , %  ?U т % = ? (U а %cos? + ?U р %sin?)	1,08 5,39 3,0

В условиях нормальной работы электроприемников отклонения напряжения на их клеммах от номинального значения допускаются в следующих пределах:

5% …+10% – на зажимах электродвигателей и аппаратов;

2,5% …+5% – на зажимах приборов рабочего освещения.

Соответственно, допустимая (располагаемая) величина потери напряжения в электрической сети низкого напряжения составляет:

для силовых сетей

U с % = U 0 % – ?U т % – U мин.дв %;

U с % = 105 – ?U т % – 95% = 10% – ?U т %.

для осветительных сетей

U с % = U 0 % – ?U т % – U мин.ламп %;

U с % = 105 – ?U т % – 97,5% = 7,5% – ?U т %,

где U 0 % – напряжение холостого хода или номинальное напряжение вторичной обмотки трансформатора в процентах; ?U т % – потеря напряжения в трансформаторе; U мин.дв % и U мин.ламп % – минимальные допустимые напряжения, соответственно на двигателях и на лампах.

В связи с тем, что напряжение на клеммах силовых трансформаторов зависит от нагрузки, для поддержания требуемого напряжения в сети все силовые трансформаторы мощностью более 6300 кВА снабжают регуляторами напряжения. У всех трансформаторов меньшей мощности номинальное напряжение вторичных обмоток устанавливается на 5% выше номинального.

7. Расчёт потерь мощности в трансформаторе

Потери мощности в трансформаторах состоят из потерь активной и реактивной мощности.

Потери активной мощности состоят из двух составляющих: потерь, идущих на нагрев обмоток трансформатора, зависящих от тока нагрузки и потерь, идущих на нагревание стали, зависящих от тока нагрузки.

Потери реактивной мощности состоят из двух составляющих: потерь, вызванных рассеянием магнитного потока в трансформаторе, зависящих от квадрата тока нагрузки и потерь, идущих на намагничивание трансформатора, независящих от тока нагрузки, которые определяются током холостого хода.

Расчёт потерь мощности в трансформаторе необходим для более точного выбора сетей высокого напряжения, а также для определения стоимости электроэнергии.

Определяем потери активной мощности в трансформаторе ΔP, кВт, по формуле

ΔP = P кз · K зн 2 +Р хх,

где P кз – потери активной мощности в трансформаторе при проведении опыта короткого замыкания

Р хх – потери активной мощности в трансформаторе при проведении опыта холостого хода, кВт.

ΔP = 7,3 · 0,6 2 +2 = 4,6 кВт.

Рассчитываем потери реактивной мощности в трансформаторе ΔQ, кВар

ΔQ = 0,01 · (U кз · K зн 2 + I хх) · S н,

где Uк.з. – напряжение при опыте короткого замыкания в процентах от номинального

Iх.х. – ток при опыте холостого хода в процентах от номинального

ΔQ = 0,01 · (5,5 · 0,6 2 +3) · 630 = 31,4 кВар.

Определяем потери полной мощности в трансформаторе ΔS, кВА

ΔS = = 31,7 кВА.

Все полученные данные сводим в таблицу 4.

Таблица 4 – Потери мощности в трансформаторе

Тип трансформатора				ΔP,кВт	ΔQ,кВар	ΔS,кВА
ТСЗ-630/10	630	10	0,4	4,6	31,4	31,7

Итак, потери мощности в трансформаторе будут зависеть от коэффициента загрузки трансформатора, от его конструктивного исполнения и полной номинальной мощности. Для уменьшения потерь необходимо правильно выбрать трансформатор и оптимально загрузить его.

8. Расчёт и выбор сетей напряжением выше 1 кВ

Критерием для выбора сечения кабельных линий является минимум приведённых затрат. В практике проектирования линий массового строительства выбор сечения производится не по сопоставительным технико-экономическим расчётам в каждом конкретном случае, а по нормируемым обобщённым показателям.

Т.к. сети напряжением выше 1 кВ не входят в перечень , то выбор сетей до цеховой трансформаторной подстанции осуществляем по экономической плотности тока j эк, .Рассчитываем максимальную активную мощность, проходящую по высоковольтному кабелю, Р m (10) , кВт с учётом потерь мощности в трансформаторе

Р m (10) = Р m ц +n тр · ΔP,

Р m (10) = 725,12+2·4,6=734,32 кВт.

Определяем максимальную реактивную мощность, проходящую по кабелю U=10 кВ с учётом потерь мощности в трансформаторе Q m (10), кВар, по формуле

Q m (10) =Q m “+ n тр · ΔQ,

Q m (10) =210,72+2·31,4=273,52 кВар.

Определяем полную мощность в сетях высокого напряжения S m (10), кВА

S m (10) = =783,6 кВА.

Рассчитываем коэффициенты активной (cosφ (6)) и реактивной (tgφ (6)) мощности высоковольтной линии

cosφ (10) = = 0,94,

tgφ (10) = = 0,37.

Рассчитываем силу тока, проходящую по линии напряжением U=10 кВ I m (10) , A

I m (10) = =22,6 А.

По справочнику определяем экономическую плотность тока, учитывая, что число часов использования максимума нагрузки в год Т m =3000-5000 тысяч час/год и прокладываемый кабель марки ААШв

j эк = 1,4 А/мм 2

Определяем экономически целесообразное сечение кабеля F эк, мм 2

F эк = =16,14 мм 2 .

Принимаем к прокладке кабель ближайшего стандартного сечения 16 мм 2 , т.е. ААШв 3х16 с допустимым током I д, А, определяемым по каталогу

Определяем допустимую величину тока с учётом поправочных коэффициентов

I д “=I д ·K п ·K т,

где K п – поправочный коэффициент на параллельную прокладку двух кабелей

в траншее, принимаемый по каталогу по , Kп=0,9;

K т – поправочный коэффициент на температуру земли, принимаемый по каталогу , Kт=1, т.к. принята температура t=15 ºC.

I д “=80·0,9·1=72 А > I m (10) =22,6 А.

По справочнику определяем активное (r 0) и реактивное (х 0) сопротивления кабельной линии, Ом/км

r 0 =1,95 Ом/км,

х 0 =0,113 Ом/км.

Проверяем выбранный кабель по потере напряжения ∆U, %, которые согласно не должны превышать 5%

∆U=,

∆U==0,59% .

Параметры кабеля заносим в таблицу 5.

Таблица 5 – Параметры кабеля

		Марка и сечение кабеля				l, км	ΔU, %
10	22,6	ААШв 3×16	72	1,95	0,113	0,8	0,59

ААШв – кабель с алюминиевыми жилами, с бумажной изоляцией, алюминиевая оболочка, в поливинилхлоридном шланге.

Итак, кабель выбранный по экономической плотности тока обеспечивает снижение сопротивления кабеля, возможность расширения производства, а также запас по току, что ведет к снижению эксплуатационных затрат, т.к кабель нагревается значительно меньше, обеспечивая, тем самым, меньший физический износ изоляции, а как следствие меньшее число повреждений и пробоев.

Описание процесса

Намагничивание трансформатора изза включения его под напряжение считается самым неблагоприятным случаем, вызывающим БНТ наибольшей амплитуды. Когда производится отключение трансформатора, напряжение намагничивания оказывается равным нулю, ток намагничивания снижается до нуля, в то время как магнитная индукция изменяется согласно характеристике намагничивания сердечника. Указанное обуславливает наличие остаточной индукции в сердечнике. Когда, по истечении некоторого времени, производится повторное включение трансформатора под напряжение, изменяющееся по синусоидальному закону, магнитная индукция начинает изменяться по тому же закону, однако со смещением на значение остаточной индукции. Остаточная индукция может составлять 80–90% номинальной индукции, и, таким образом, точка может переместиться за излом характеристики намагничивания, что, в свою очередь, обуславливает большую амплитуду и искажение формы кривой тока.

На рисунке представлена характерная форма БНТ. Данная осциллограмма отображает наличие длительно затухающей апериодической составляющей, может быть охарактеризована содержанием различных гармоник и большой амплитудой тока в начальный момент времени (до 30 раз превышающей значение номинального тока трансформатора). Кривая значительным образом затухает через десятые секунды, однако полное затухание характерно через несколько секунд. При определенных обстоятельствах БНТ затухает лишь спустя минуты после включения трансформатора под напряжение.