кандидат технических наук, доцент В.М. Вакулюк
Методические указания включают теоретические положения, описание методики проверки перегрузочной способности масляных трансформаторов и пример выбора цеховой трансформаторной подстанции.
Методические указания предназначены для выполнения расчетно-графического задания по дисциплине “ электроснабжение промышленных предприятий “ студентами очного и заочного обучения специальности 180400.
2202090000 ББК 31.297 
6Л9 - 03© Пилипенко О.И.,2003
© ГОУ ОГУ, 2003
Содержание
Введение . . . . . . . . . . . 4
1 Выбор силовых трансформаторов . . . . . . 5
1.1 Выбор требуемого числа трансформаторов . . . . . 5
1.2 Выбор конструктивного исполнения трансформаторов . . . 5
1.3 Выбор номинальных напряжений и способа регулирования
вторичного напряжения трансформатора . . . . . . 6
1.4 Выбор номинальной мощности трансформаторов . . . . 7
1.5 Выбор группы соединения обмоток трансформаторов . . . 10
2 Пример выбора силовых масляных трансформаторов цеховой ТП . 12
Список используемых источников . . . . . . . 15
Введение
В системах электроснабжения промышленных предприятий главные понизительные и цеховые подстанции используют для преобразования и распределения электроэнергии, получаемой обычно от энергосистем. На всех подстанциях для изменения напряжения переменного тока служат силовые трансформаторы различного конструктивного исполнения, выпускаемые в широком диапазоне номинальных мощностей и напряжений.
Выбор трансформаторов заключается в определении их требуемого числа, типа, номинальных напряжений и мощности, а также группы включения обмоток.
Цеховые трансформаторные подстанции (ТП) в настоящее время часто выполняются комплектными (КТП), и во всех случаях, когда этому не препятствуют условия окружающей среды и обслуживания, устанавливаются открыто. Правильное определение числа и мощности цеховых трансформаторов возможно только с учетом следующих факторов: категории надежности электроснабжения потребителей; компенсации реактивных нагрузок на напряжении до 1 кВт; перегрузочной способности трансформаторов в нормальном и аварийном режимах; шага стандартных мощностей; экономичных режимов работы трансформаторов в зависимости от графика нагрузки.
1 Выбор силовых трансформаторов
1.1 Выбор требуемого числа трансформаторов
Обычно на подстанции выбирают один или два трансформатора.
При этом однотрансформаторные подстанции выбирают:
- для питания электроприемников, допускающих питание только от одного нерезвированного источника (электроприемников III категории);
- для питания электроприемников любых категорий через замкнутые сети, подключенные к двум или нескольким подстанциям (или через незамкнутые сети, связанные между собой резервными линиями).
Два трансформатора устанавливают на подстанциях, питающих электроприемники I или II категории и не имеющих на вторичном напряжении связи с другими подстанциями.
Чтобы оба трансформатора могли надежно резервировать друг друга, их запитывают от независимых источников по не зависящим друг от друга линиям. Ввиду того, что взаимное резервирование трансформаторов должно быть равнозначным, их выбирают одинаковой мощности.
Главные понизительные подстанции (ГПП) предприятий, как правило, сооружают двухтрансформаторными.
Необходимость в большем числе трансформаторов встречается редко.
В соответствии с /1/ и /2/ однотрансформаторные подстанции рекомендуется применять при наличии в цехе электроприемников, допускающих перерыв электроснабжения на время доставки «складского» резерва, или при резервировании, осуществляемом по линиям низшего 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 (компрессорные и насосные подстанции);
- для цехов с высокой удельной плотностью нагрузок (выше 0,5-0,7 кВА/м2).
1.2 Выбор конструктивного исполнения трансформаторов
По конструктивному исполнению трансформаторы делят на масляные, заполненные синтетическими жидкостями и сухие /3/. Первые из них обладают хорошим отводом тепла от обмоток и сердечника, хорошей диэлектрической пропиткой изоляции, надежной защитой активных частей от воздействия окружающей среды, дешевизной. Их недостаток – возможность возникновения пожара, взрыва или выброса продуктов разложения масла при случайном повреждении изоляции, приводящая к дуговому короткому замыканию (КЗ) внутри бака трансформатора, особенно при отказе или неправильном срабатывании защиты. Поэтому такие трансформаторы используют для наружной установки или для установки в специальных трансформаторных помещениях подстанций.
Если трансформаторы должны устанавливаться внутри цеха в целях приближения ТП к центру электрических нагрузок, то по соображениям пожарной безопасности используют сухие (безмасляные) трансформаторы. Условия охлаждения таких трансформаторов хуже, чем у масляных, поэтому плотность тока в их обмотках меньше, а габариты, расход активных материалов и стоимость соответственно больше. Следовательно, выбор типа трансформатора (масляного или сухого) является технико-экономической задачей.
В сухих трансформаторах используют различные изоляционные материалы. Наиболее надежной считается литая изоляция из затвердевающих синтетических смол и, обычно на две трети, кварцевого порошкового заполнителя.
Сухие трансформаторы повышенной пожарной безопасности выпускаются шведской фирмой «Мора трансформер». Их номинальная мощность от 50 до 5000 киловольтампер (кВА). Благодаря воздушно-стекловолоконной витковой изоляции и керамическим опорно-изоляционным конструкциям количество сгораемых веществ в них сокращено до 0,9…1,6 процента от общей массы трансформатора. Самостоятельное горение таких трансформаторов невозможно, а тепловыделение при их сгорании в огне в 5…10 раз меньше, чем в случае сухих трансформаторов с литой эпоксидной изоляцией, или 40…80 раз меньше, чем в случае масляных трансформаторов.
Пожарная безопасность трансформатора обеспечивается и при применении синтетических негорючих заполняющих жидкостей. В настоящее время разработаны новые негорючие и при этом нетоксичные жидкости, например, тетрахлорбензилтолуол, которые пока не нашли широкого применения.
1.3 Выбор номинальных напряжений и способа регулирования вторичного напряжения трансформаторов.
Для двухобмоточных трансформаторов в паспортных данных приводятся номинальные напряжения обмотки высокого и низкого напряжения – UВН и UНН соответственно. Для трехобмоточных – соответственно номинальные напряжения обмоток высокого, среднего и низкого напряжения - UВН, UСН и UНН.
По способу регулирования вторичного напряжения трансформаторы делят на:
1) регулируемые при помощи переключения отводов первичной обмотки при отключении трансформатора; такие трансформаторы снабжены устройством ПБВ (переключения без возбуждения);
2) регулируемые под нагрузкой, т.е. при помощи переключения отводов первичной обмотки без отключения трансформатора; такие трансформаторы снабжены устройством РПН (регулирования под нагрузкой);
В первом случае возможны нечастые сезонные изменения коэффициента трансформации в пределах от -5 до +5 процентов; обычно применяются пять ступеней переключения (-5; -2,5; 0; +2,5; +5 процентов).
Во втором случае число ступеней больше (например, 13 ступеней в пределах от -9 до +9 процентов или 17 ступеней в пределах от -12 до +12 процентов, или 19 ступеней в пределах от -16 до +16 процентов). Трансформатор с РПН снабжен внешним контактным устройством для автоматического переключения ступеней.
В обоих случаях нулевой отвод имеет напряжение, соответствующее UВН трансформатора.
Первичное напряжение ГПП предприятий поддерживается энергосистемами настолько стабильным, что обычно необходимость применения трансформаторов с РПН отпадает.
1.4 Выбор номинальной мощности трансформаторов
Основным фактором, определяющим требуемую номинальную мощность трансформатора согласно /3/, является допустимая относительная аварийная нагрузка. По ГОСТ 14209-97 она определяется по соображениям допустимого дополнительного теплового износа изоляции трансформатора за время аварийного режима с учетом температуры охлаждающей среды, типа трансформатора и формы суточного графика нагрузки в аварийных условиях.