Мощность трансформаторной подстанции: как рассчитать

Расчетная мощность трансформаторной подстанции. Назначение, устройство подстанции, виды. Основы расчета: исходные условия, нагрузка.

Назначение

Прежде чем понять, что такое мощность подстанции – следует разобраться с назначением этой энергетической установки. Трансформаторная подстанция (ТП) предназначается для получения, преобразования и последующего распределения энергии по потребительским нагрузкам. Входящее в ее состав электротехническое оборудование должно:

  • гарантировать бесперебойную поставку электроэнергии рядовому потребителю;
  • обеспечивать своевременное перераспределение мощности между конечными нагрузками;
  • предусматривать возможность расширения схемы (с учетом роста числа нагрузок).

Трансформаторная подстанция

В основу функционирования ТП заложен принцип понижения поступающего по высоковольтным линиям напряжения до приемлемого для поставки потребителю уровня (380 Вольт линейное и 220 Вольт – фазное). Основной функциональный показатель электроустановок типа ТП – их мощность, достаточная для гарантированного обеспечения электроэнергией без «проседания» напряжения в сети.

Достичь этого удается правильным выбором расчетных показателей как самого станционного оборудования, так и параметров распределительных линий с подключенными к ним нагрузками.

Трансформаторная подстанция

Расчет активной и реактивных мощностей потребителей

Максимальная активная мощность.

Рмакс = Руст Кс

где: Руст – установленная мощность потребителя, кВт.

Кс – коэффициент спроса, учитывающий режим работы потребителя, загрузку и к.п.д. оборудования, одновременность его включения.

Рмакс1 = Руст1 Кс1 = 800 0,5 = 400 кВт

Рмакс2 = Руст2 Кс2 = 800 0,5 = 400 кВт

Рмакс3 = Руст3 Кс3 = 300 0,6 = 180 кВт

Рмакс4 = Руст4 Кс4 = 1000 0,9 = 900 кВт

Рмакс5 = Руст5 Кс5 = 250 0,9 = 225 кВт

Максимальная реактивная мощность.

Qмакс = Рмакс tg

Где: tg – тангенс угла , определяется по заданному

Qмакс1 = Рмакс1tg1 = 400 0,26 = 104 ВАР

Qмакс2 = Рмакс2tg2 = 400 0,26 = 104 ВАР

Qмакс3 = Рмакс3tg3 = 180 0,38 = 68,4 ВАР

Qмакс4 = Рмакс4tg4 = 900 0,98 = 882 ВАР

Qмакс5 = Рмакс5tg5 = 225 0,98 = 220,5 ВАР

Простое объяснение

Давайте не будем углубляться в скучные определения, формулы, а разберем вопрос по-простому. И в первую очередь разберемся какую же мощность потребляют наши с вами электроприборы.

Итак, для начала уясните, что далеко не каждый электроприбор, который работает от сети переменного тока, тратит всю поглощаемую мощность на выполнение полезной работы – разогрев, свет, звучание музыкальных колонок и т. п.

Нагрузку можно разделить на четыре основных вида и все из них могут подсоединяться непосредственно к трансформатору.

Резистивная нагрузка

Ярким представителем такого вида нагрузки является самый обычный электрочайник или же утюг, в котором разогревается тэн при прохождении по нему электрического тока.

Почему мощность трансформаторов указывается в кВА, а не в кВт

По сути, тэн – это не что иное, как сопротивление, и здесь абсолютно неважно как по нему течет ток. Здесь все просто: чем больший ток течет, следовательно сильнее нагрев, а это значит, что абсолютно вся мощность затрачивается на этот процесс.

Так вот мощность, оная затрачивается на резистивной нагрузке, именуется активной. Вот именно такую нагрузку и измеряют в кВт.

Индуктивная нагрузка

Примером индуктивной нагрузки является самый обычный электродвигатель. При прохождении тока по электродвигателю далеко не вся энергия затрачивается на вращение.

Определенная часть уходит на то, чтобы создать электромагнитное поле, а также рассеивается в проводнике. Данная составляющая мощности именуется как реактивная мощность.

Почему мощность трансформаторов указывается в кВА, а не в кВт

Она не затрачивается для выполнения работы напрямую, но нужна для того, чтобы оборудование полноценно функционировало.

Емкостная нагрузка

Это частный случай реактивной составляющей мощности. Как вы знаете, конденсатор работает по принципу: накопил заряд – отдал заряд. А это означает, что неизбежно часть мощности затрачивается на накопление и передачу заряда и не участвует в полезной работе напрямую.

Почему мощность трансформаторов указывается в кВА, а не в кВт

Так вот сейчас крайне сложно найти дома электроприбор, в котором не будет стоять хотя бы парочка конденсаторов.

Смешанная нагрузка

Ну, здесь все предельно просто. В смешанной нагрузке есть все вышеописанные составляющие. И 99 из 100 электроприборов именно такие.

Так вот полная же мощность как раз и состоит из реактивной и активной составляющей и именно полная нагрузка измеряется в кВА.

Производители трансформаторов не могут заранее определить, какой вид нагрузки окажется подключен, и где именно будет использоваться их изделие. Поэтому в технических параметрах и указывается полная мощность для смешанного типа нагрузки.

Почему мощность трансформаторов указывается в кВА, а не в кВт

Важно запомнить. Многие производители указывают мощность прибора в кВт, но так же указывают и коэффициент мощности К. Так вот, чтобы узнать полную мощность прибора, нужно запомнить простую формулу:

Почему мощность трансформаторов указывается в кВА, а не в кВт

Давайте для лучшего понимания рассмотрим простой пример. Допустим, вы приобретаете дрель и ее мощность, согласно техническим данным, равна 3 кВт. А вот коэффициент мощности равен 0,8.

Так вот, зная эти данные, можно рассчитать полную мощность дрели:

S = 3/0.8 = 3.75 кВА

Именно на эту величину дрель будет нагружать наш с вами трансформатор.

— Олег Анатольевич, как выглядит сегодня энергетическое хозяйство старого образца?

— Больше 90 процентов старых советских СНТ присоединены к электросетям среднего уровня напряжения, а это 6 или 10 киловольт. У них есть собственные трансформаторные подстанции и линии, подсоединенные к нашим. Энергетическое имущество СНТ, как юридического лица, начинается не от трансформатора (как думают некоторые садоводы), а от точки присоединения к нашей линии электропередач. Товарищество несет ответственность за содержание и ремонт этого общего имущества.

— Можно ли определять мощность каждого садового домика, разделив мощность существующего трансформатора на количество дачных участков?

— Ни в коем случае! Это неграмотный подход к определению максимальной мощности каждого садового домика и технической возможности трансформатора. Если разделить (условно) мощность трансформатора в 160 киловольт-ампер на 160 садовых домиков, то по 1 киловатту на садовый домик – не получится! А получится около 8 киловатт максимальной мощности на каждый садовый домик с учетом коэффициентов спроса и одновременности. Такой трансформатор способен обеспечить своей мощностью (реально) около 100 садовых домиков, максимальной мощностью до 15 киловатт каждый.

Расчет мощности на шинах первичного напряжения подстанции

Двухобмоточный трансформатор, кВА

Sмакс.ш.=Sмакс+Sтсн

Sмакс.ш=2546,6+50=2596,6 кВА.

При наличии потребителя 1 категории на подстанции устанавливается два и более понижающих трансформаторов, номинальная мощность которых определяется по формуле:

Sном.т ? Sмакс/1.4(n-1)

Sном.т > 2596,6/1.4(2-1)

2500 > 1854,7

Основы расчета электрических подстанций

Исходные условия

Перед тем как рассчитать трансформаторную подстанцию потребуется учесть следующие моменты:

  • Показатель загруженности станционного оборудования определяется мощностью всех присоединенных к ТП электрических потребителей и потерями в распределительной сети.
  • Режим потребления приемников электроэнергии никогда не бывает постоянным.
  • Величина нагрузки в таких линиях все время меняется, что вызывает изменение потребляемой от ТП мощности.

Трансформаторная подстанция

Характер изменения нагрузки должен учитываться при расчете оборудования подстанции (включая параметры токопроводящих шин, силовых трансформаторов и преобразователей). Его необходимо принимать во внимание и при расчете величины тепловых потерь, диапазона изменения сетевого напряжения, а также при выборе приборов защиты и компенсирующих устройств.

Расчёт нагрузки

Перед расчетом трансформаторных подстанций следует знать, что их мощность «Р» определяется как сумма рабочих нагрузок на вводных шинах всех подключенных потребителей.

Важно! Этот показатель должен высчитываться с учетом фактора одновременности.

Последний вводится как поправочный коэффициент для действующих сетей напряжением 380/220 Вольт и приводится в специальных таблицах (смотрите ниже).

Схема коэффициента одновременности

Рассчитать мощность ТП для каждого участка линии – это значит учесть все однотипные нагрузки, подключаемые одновременно и с примерно одинаковыми значениями энергопотребления. Однако в реальной обстановке эти показатели распределяются совсем не так, что отражается в сезонных, годовых и суточных графиках.

Прекрасное подтверждение этому – величина реактивной мощности (как составляющая общего потребления), которая существенно возрастает в ночное время. Для большинства частных и государственных объектов это объясняется тем, что ночью включены газоразрядные лампы уличного освещения, а также дежурные осветители общественных зданий.

Трансформаторная подстанция

Дополнительная информация: При таком расчете также учитываются пиковые и несимметричные показатели потребления, связанные с мощными индуктивными нагрузками (электродвигателями, например).

Для энергоснабжения сельских населенных пунктов и садово-огородных товариществ, где преобладает смешанный тип нагрузки, вполне достаточно одной или двух трансформаторных подстанций ТП 10/0,4 кВ мощностью до 10 кВА. При выборе вида распределительного устройства для городских районов предпочтение отдается КТП со значением «Р» до160 кВА. Указанные рабочие показатели задаются главным образом мощностью используемых в ТП трансформаторов.

Технологическое присоединение к электрическим сетям

  • Калькулятор необходимой мощности — примерный расчет потребности в электрической мощности для подачи заявки на технологическое присоединение;
  • Калькулятор стоимости — примерный расчет стоимости технологического присоединения к электрическим сетям в зависимости от типа присоединения (существующее или новое);
  • Этапы присоединения — подробное описание основных этапов, необходимых для осуществления технологического присоединения к электрическим сетям;
  • Ответы ОАО «Ленэнерго» на часто задаваемые вопросы по технологическому присоединению дополнительной мощности или новой мощности и заключению договора энергоснабжения.

Выбор трансформаторов собственных нужд

Для трансформаторных подстанций собственных нужд принимается равное 0.3-0.5% от полной мощности потребителей (если в здании не указана мощность собственных нужд).

Sсн=(0.003-0.003) Sп

Sтсн=50 кВА

По рассчитанной мощности на собственные нужды подстанции выбирается трансформатор собственных нужд из условия:

Sн.тр ? Sс.н. , кВА 2500 ? 63 кВА

U1н ? U1раб , кВ 35 ? 10 кВ

U2н ? U2раб , кВ 11 ? 0.4 кВ

Тип и параметры трансформатора собственных нужд.

Таблица №2

Тип

Номинальная мощность

Номинальное напряжение обмотки

Потери

Ток холостого хода

Напряжение короткого замыкания

Схема и группа соединения обмотки

Высшего напряжения

Низшего напряжения

Холостого хода

Короткого замыкания

Sн ,

кВА

U1н ,кВ

U2н ,кВ

Рх.х.,

кВт

Рк.з.,

кВт

Iх.х.,%

Uк.з.

%

ТМ-63/10

63

10

0,4

0.220

1.28

2.8

4.5

Y/ Y

Особенности подсчета мощности трансформаторов

Типовые значения рабочих мощностей преобразовательных изделий строго стандартизированы и могут принимать только дискретные значения (от 25 до 1000 Ватт).

Для определения мощности подстанций, оснащенных типовыми трансформаторами, в первую очередь потребуется собрать данные о подключенных к ней линейных нагрузках. Прямое суммирование полученных результатов в данном случае неприемлемо, поскольку для получения корректного показателя важно распределение потребления во времени.

В многоквартирных домах оно зависит не только от времени суток, но и от сезона: зимой в квартирах включается множество электрообогревателей, летом – не меньшее количество вентиляторов и кондиционеров. Значения поправочных коэффициентов, вводимых для учета сезонности нагрузок для многоквартирных домов, берутся из специальных справочников.

Трансформаторная подстанция

Обратите внимание! Для расчета мощностей, потребляемых промышленными предприятиями, необходим учет особенностей работы технологического оборудования (в частности – знание графика его включении и выключения).

При этом принимаются в расчет режимы максимальной сетевой загрузки (при включении в них предельного числа потребителей – Sмакс). Необходимо учесть и потенциальное расширение производственных мощностей данного предприятия, а также возможность подключения дополнительных нагрузок.

Принимается во внимание и общее число размещенных на подстанции преобразователей (N), мощность каждого из которых рассчитывается по следующей формуле:

формула расчета мощности пускового тока трансформатора

Здесь Кз – коэффициент загрузки трансформаторного изделия, определяемый как отношение максимума потребляемой мощности к номиналу того же показателя.

Точное значение искомой величины находится затем из ряда дискретных значений от 25-ти до 1000 Ватт как ближайшее к ним.

Дополнительная информация: На практике доказано, что выбирать сильно заниженный Кз невыгодно из соображений экономии.

Рекомендуемые к применению значения коэффициента загруженности для разных категорий потребителей приведены ниже.

Категория потребителей Коэффициент загрузки
I 0,65-0,7
II 0,7-0,8
II 0,9-0,95

Данные этой таблицы действительны лишь при том условии, что выход из строя одного из станционных трансформаторов автоматически перераспределяет нагрузку на оставшиеся изделия. При этом каждый их них выбирается исходя из допустимой перегрузки (то есть с небольшим запасом по мощности).

Трансформаторная подстанция

Этот показатель ограничивается требованиями предприятия-изготовителя и определяет возможность длительных перегрузок в рабочих цепях трансформаторной подстанции.

Обратите внимание! В соответствие с требованиями ПУЭ и ПТЭЭП перегрузка трансформаторов в течение длительного времени (для синтетических и масляных диэлектриков) ограничена значением 5 процентов.

Для масляных изделий

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

Для сухих образцов трансформаторов

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

Из приведенных выше таблиц следует вывод, что трансформаторы с сухой изоляцией критичны к режиму перегрузки больше, чем масляные.

В заключительной части обзора отметим, что расчет трансформаторной подстанции по ее основному показателю (мощности) проводится с учетом следующих исходных данных и соображений:

  • количество всех подсоединенных к его шинам нагрузок;
  • принятие во внимание постоянного изменения их эксплуатационных параметров (как активных, так и реактивных);
  • допустимость перераспределения составляющих мощностей между отдельными потребительскими линиями в соответствие с возможностями входящего в их состав трансформаторного оборудования.

После того, как все эти факторы будут полностью учтены – расчет подстанции сводится к выбору нужных коэффициентов и простому суммированию скорректированных значений.

Трансформаторная подстанция

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...