Одним из важнейших вопросов при проектировании подстанций является выбор силового трансформатора. Ведь он должен полностью обеспечить питание электроприемников при нормальном режиме работы, а также, в зависимости от категории надежности электроснабжения, обеспечить резерв, в случае возникновения аварийного отключения второго трансформатора или питающей линии.
Также при выборе трансформатора необходимо учесть коэффициент заполнения графика нагрузки и максимально использовать возможности перегрузки в часы наибольшей загруженности предприятия.
Трансформаторы наружной установки
Трансформаторы, установка которых производится вне помещений и на местности где среднегодовая и максимальная температура составляют 50 и 350, могут нести постоянную нагрузку равную номинальной. Срок службы трансформаторы ограничивает срок службы изоляции его обмоток, и, примерно, составляет 20 лет.
Однако в реальных установках, будь то промышленные предприятия или бытовые потребители, постоянной нагрузки не существует, она все время меняется в течении суток, а также в течении сезонов. Если при проектировании подстанции максимум нагрузок будет соответствовать номинальной мощности трансформатора, то это означает, что нагрузочные способности трансформатора используются недостаточно и мощность подстанции в целом явно завышена. Поэтому выбор трансформатора стоит делать с учетом его перегрузочной способности и при этом учитывать график нагрузки предприятия или других потребителей.
Отношение ограниченной графиком площади, к площади прямоугольника, стороны которого представляют из себя абсциссу (Т=24 часа) и ординату, равной максимальной нагрузке Рmax, называют коэффициентом заполнения суточного графика:
Если известна продолжительность максимума, а также коэффициента заполнения графика, то использовав кривые:
Получаем допустимый коэффициент перегрузки масляных трансформаторов:
Где Iн и Sн – соответствующие номинальные токи и мощности трансформаторов.
При максимуме нагрузки, который определяется из кривых показанных выше, износ изоляции не превышает 80% от износа при номинальной нагрузке длительной (естественного износа), что позволяет обеспечить определенный запас при возникновении аварийных перегрузок.
Ранее отмечалось, что указанные величины коэффициентов перегрузок справедливы лишь для трансформаторов, которые установлены не в помещениях, где среднегодовая температура воздуха равна 50. Если же среднегодовая температура не равна 50, а равна какому-то значению ΰв, необходимо пересчитать коэффициенты перегрузки, умножив их на пересчетный коэффициент, равный:
В часы, когда температура больше 350, но не больше 450 (довольно часто бывает летом), нагрузка силового трансформатора должна быть ниже номинальной на (ΰв — 350)%, независимо от величины коэффициента заполнения графика.
Трансформаторы внутренней установки
При установке трансформаторов внутри помещений неотапливаемых и вентилируемых, среднегодовую температуру можно приминать на 80 выше, чем при наружной установке. Кроме перегрузок отмеченных ранее, также могут допускаться дополнительные перегрузки без ущерба для срока службы в зимние месяцы, за счет недогрузки в летнее время. Звучит запутанно. Попробую объяснить.
Например, если в период времени с июня по август нагрузка в р% ниже номинальной, то есть происходит недогрузка, то в период с декабря по март возможно повышение нагрузки на этот же процент р%, но при условии, что она не превышает 15% номинальной нагрузки.
Оба вида этих перегрузок являются нормальными, но они не должны превышать 30% номинальной мощности при коэффициентах заполнения графика не менее 0,6, и 50% при коэффициенте заполнения графика 0,6÷0,3.
В случае возникновения аварийных ситуаций допускается перегрузка трансформаторов на 40% от номинальной мощности на время максимумов общей суточной продолжительности не более 6 часов и в течении менее 5 суток. При этом коэффициент заполнения суточного графика нагрузки в условиях перегрузки не должен превышать 0,75:
Но в рядах городов система электроснабжения допускает перегрузку до 80% (для трансформаторов до 400 кВА).
Формулы, приведенные выше учитывают только условия старения изоляции, и совершенно не учитывают таких факторов как капитальные затраты и прочие факторы.
Примеры
Для наглядности давайте рассмотрим несколько примеров.
Пример 1
Установленный на открытом воздухе трансформатор с номинальной мощностью 630 кВА, среднегодовая температура данной местности составляет 50. Число максимума часов t = 6, а коэффициент заполнения суточного графика Кз.г. = 0,7.
Из выше показанных кривых кратностей определяем:
Теперь можем получить максимальную допустимую нагрузку при номинальном значении вторичного напряжения:
Пример 2
Летом тот же трансформатор что в примере 1 загружен на 500 кВА. Необходимо определить допустимую нагрузку зимой (декабрь — март).
Недогрузка в летнее время в процентном соотношении будет иметь вид:
С учетом ограничения можно допустить перегрузку зимой за счет недогрузки летом в 15%.
Тогда получим максимально допустимую перегрузку 14+15 = 29%, где 14 – это значение m = 1,14; выраженное в процентах.
Соответственно получаем максимальную нагрузку в течении 6 часового максимума в зимнее время:
Пример 3
Для трансформатора с примера 1, но установленного в помещении (неотапливаемом и вентилируемом), необходимо определить нагрузку в зимние месяцы.
Для решения принимаем среднегодовую температуру на 80 больше, чем при наружной установке, то есть 130. Пересчетный коэффициент примет вид:
Определим номинальную мощность:
Недогрузка в летнее время, выраженная в процентах, составит:
Допустимая перегрузка за счет летней недогрузки принимается 13,7%; и, соответственно максимально допустимая перегрузка составит 13,7+14 = 27,7%.
Допустимая максимальная нагрузка
Работа трансформаторов в условиях перегрузки и недогрузки
Для улучшения условий работы перегруженных устройств рекомендуется применять форсирование их охлаждения (например, принудительное обдувание воздухом). Нагрузки подстанций изменяются по определенному графику, так как многие предприятия (особенно городские) имеют ярко выраженные пики и провалы в нагрузках. В летнее время и ночные часы нагрузка трансформаторов может снижаться до 30% от номинальной. В такие моменты в целях снижения потерь в трансформаторах целесообразней отключать один из них. При однотрансформаторных подстанциях очень часто используют перемычки по низшему напряжению, соединяющие смежные подстанции, часть подстанций вовсе отключают, оставляя в работе лишь несколько для покрытия нагрузки. При таком отключении уровень напряжения должен обеспечиваться соответствующий нормальному, то есть перемычки должны быть рассчитаны таким образом, что бы падение напряжений до самых отдаленных потребителей не превышало допустимого и могло обеспечивать нормальный (не аварийный) режим питания электроприемников.
