Мощность трансформаторной подстанции: как рассчитать

Чем грозит превышение разрешенной мощности?

В настоящее время при превышении максимальной нагрузки электрическая компания вводит ограничение потребления. Причиной этого является нарушение обязательств, заложенных в договоре энергоснабжения. Как правило, ограничением потребления является отключение электроэнергии. Алгоритм отправки такого уведомления показан на рисунке.

Через 10 дней после отправки уведомления компания производит отключение электроэнергии. Чтобы избежать этого, потребитель должен устранить нарушение в течение десяти дней, а затем обратиться к поставщику услуг для подготовки соответствующих действий. Подача электроэнергии будет возобновлена ​​после уплаты электроэнергетической компанией штрафа в соответствии с договором.

Более серьезные последствия могут возникнуть, если помимо нарушения количества выделенной энергии будет обвинение в бесконтрольном потреблении электроэнергии. Основанием для этого будет снятие пломб с вставной машины.

Назначение

Прежде чем вы поймете, какова мощность сетевой станции, вы должны понять назначение этой электростанции. Подстанция (ПС) предназначена для приема, преобразования и последующего распределения энергии на нагрузки потребителей. Электрооборудование, входящее в его состав, должно:

• гарантировать бесперебойное электроснабжение рядового потребителя;
• обеспечить своевременное перераспределение мощности между концевыми нагрузками;
• предусмотреть возможность расширения схемы (с учетом роста количества нагрузок).

Функционирование подстанции основано на принципе понижения напряжения, подаваемого по линиям высокого напряжения, до допустимого уровня для отдачи потребителю (380 вольт линейное и 220 вольт фазное). Важнейшим функциональным показателем электроустановок типа ТП является их мощность, достаточная для гарантированного электроснабжения без «просадок» напряжения в сети.

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

Устройство подстанций

Основным функциональным узлом подстанции является понижающий трансформатор, для нормальной работы которого на подстанции предусмотрено следующее оборудование:

• устройства защиты от высокого напряжения (остановки и перенапряжения);
• выключатели различных типов;
• ограничители перенапряжения;
• трансформаторы тока и напряжения;
• секции линейных шин;
• приборы для снятия показаний и измерения электроэнергии.

Кроме того, каждая электростанция содержит блоки управления, системы электроснабжения собственных нужд и другое вспомогательное оборудование.

Виды ТП

Существует множество разновидностей распределительных подстанций, отличающихся мощностью, расположением и конструкцией. Среди них можно выделить следующие основные виды:

• ТП до 40 кВт, используемые для питания малых установок.
• Мощные распределительные комплексы используются для снабжения городских микрорайонов и крупных предприятий.
• Комплектные трансформаторные подстанции или КТП строятся по модульному (блочному) принципу.

Дополнительная информация: ВТС, в свою очередь, подразделяются на проезды и тупики, входящие в систему распределительных магистралей.

По своему расположению все известные типы ТС делятся на закрытые и открытые станционные установки. Примером второго типа являются преобразователи мачтовых или опорных трансформаторов.

Простое объяснение

Не будем погружаться в скучные определения, формулы, а разберем проблему простым способом. И в первую очередь давайте узнаем, сколько электроэнергии потребляют наши с вами электроприборы.

Итак, во-первых, поймите, что не все электроприборы, работающие от сети переменного тока, используют всю поглощаемую мощность для выполнения полезной работы — обогрева, освещения, аудиодинамиков и т д.

Нагрузку можно разделить на четыре основных типа, и все они могут быть подключены непосредственно к трансформатору.

Резистивная нагрузка

Ярким представителем такого типа нагрузки является самый обычный чайник или утюг, где нагревательный элемент нагревается при прохождении через него электрического тока.

По сути, нагревательный элемент есть не что иное, как сопротивление, и неважно, как через него протекает ток. Здесь все просто: чем больше протекает ток, тем сильнее нагрев, а значит, на этот процесс тратится абсолютно вся мощность.

Поэтому мощность, приложенная к резистивной нагрузке, называется активной. Это именно та нагрузка, которая измеряется в кВт.

Индуктивная нагрузка

Примером индуктивной нагрузки является самый распространенный электродвигатель. Когда ток протекает через электродвигатель, не вся энергия используется для вращения.

Определенная часть идет на создание электромагнитного поля, а также исчезает в проводнике. Эта составляющая мощности называется реактивной мощностью.

Он не используется для непосредственного выполнения работы, но необходим для полноценного функционирования оборудования.

Емкостная нагрузка

Это частный случай реактивной составляющей мощности. Как известно, конденсатор работает по принципу: накопил заряд — дал заряд. А это значит, что часть мощности неизбежно тратится на накопление и передачу зарядов и не участвует непосредственно в полезной работе.

Так что сейчас крайне сложно найти дома электроприбор, в котором нет хотя бы пары конденсаторов.

Смешанная нагрузка

Ну тут все предельно просто. Смешанная нагрузка имеет все вышеперечисленные компоненты. И 99 из 100 электроприборов именно такие.

Таким образом, общая мощность состоит только из реактивной и активной составляющих, и именно общая нагрузка измеряется в кВА.

Производители трансформаторов не могут заранее решить, какой тип нагрузки будет подключен и как именно будет использоваться их продукт. Поэтому технические параметры указывают суммарный эффект для смешанного типа нагрузки.

Это важно помнить.

Многие производители указывают мощность прибора в кВт, но указывают и коэффициент мощности К. Итак, чтобы узнать общую мощность прибора, нужно запомнить простую формулу:

Давайте рассмотрим простой пример для лучшего понимания. Допустим, вы покупаете дрель и ее мощность по техническим данным составляет 3 кВт. Но коэффициент мощности 0,8.

Итак, зная эти данные, можно рассчитать суммарную мощность дрели:

S = 3/0,8 = 3,75 кВА

Именно при таком значении дрель будет нагружать наш с вами трансформатор.

Исходные условия

Перед расчетом подстанции учтите следующие моменты:

• Показатель нагрузки станционного оборудования определяется мощностью всех электропотребителей, подключенных к подстанции, и потерями в распределительной сети.
• Режим потребления энергоприемников никогда не бывает постоянным.
• Величина нагрузки в таких линиях постоянно меняется, что вызывает изменение потребляемой мощности от подстанции.

Характер изменения нагрузки необходимо учитывать при расчете оборудования подстанции (включая параметры сборных шин, силовых трансформаторов и преобразователей). Это также необходимо учитывать при расчете величины тепловых потерь, диапазона изменения сетевого напряжения, а также при выборе устройств защиты и компенсирующих устройств.

Расчёт нагрузки

Перед расчетом подстанций следует знать, что их мощность «П» определяется как сумма рабочих нагрузок на вводные шины всех подключенных потребителей.

Важно! Этот показатель следует рассчитывать с учетом фактора одновременности.

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

расчет мощности подстанции для каждого участка линии означает учет всех однотипных нагрузок, подключаемых одновременно и с примерно одинаковыми значениями энергопотребления. Но в реальной ситуации эти показатели распределяются совсем по другому, что отражается на сезонных, годовых и дневных графиках.

Отличным подтверждением этого является значение реактивной мощности (как составляющей общего потребления), которая существенно увеличивается ночью. Для большинства частных и общественных объектов это связано с включением в ночное время газоразрядных ламп уличного освещения, а также аварийного освещения в общественных зданиях.

Дополнительная информация: Этот расчет также учитывает пиковые и несбалансированные значения потребления, связанные с большими индуктивными нагрузками (например, электродвигателями).

Для электроснабжения сельских населенных пунктов и садовых товариществ, где преобладает смешанный тип нагрузки, достаточно одной или двух трансформаторных подстанций ТП 10/0,4 кВ мощностью до 10 кВА.

При выборе типа КРУ для городской застройки предпочтение отдается КТП со значением «П» до 160 кВА. Указанные показатели эффективности определяются в основном мощностью трансформаторов, используемых на подстанциях.

Особенности подсчета мощности трансформаторов

Типовые значения рабочей мощности для продуктов преобразования строго стандартизированы и могут принимать только дискретные значения (от 25 до 1000 Вт).

Для определения мощности подстанций, оборудованных типовыми трансформаторами, в первую очередь потребуется собрать данные о подключенных к ней линейных нагрузках. Прямое суммирование полученных результатов в данном случае недопустимо, так как для получения правильного показателя важно распределение потребления во времени.

В многоквартирных домах это зависит не только от времени суток, но и от сезона: зимой в квартирах включается много электронагревателей, летом – не меньшее количество вентиляторов и кондиционеров. Значения поправочных коэффициентов, введенных для учета сезонного хода нагрузок для многоквартирных домов, взяты из специальных энциклопедий.

Примечание! Для расчета мощности, потребляемой промышленными предприятиями, необходимо учитывать особенности работы технологического оборудования (в частности, знание графика его включения и выключения).

При этом учитываются режимы максимальной нагрузки на сеть (при включении в них максимального количества потребителей — Smax). Также необходимо учитывать потенциальное расширение производственных мощностей данного предприятия, а также возможность подключения дополнительных нагрузок.

Также учитывается общее количество преобразователей, расположенных на подстанции (N), мощность каждого из них рассчитывается по следующей формуле:

Здесь Кз — коэффициент нагрузки трансформаторного изделия, определяемый как отношение между максимальным потребляемым током и номинальным значением того же показателя.

Точное значение желаемого значения затем находится из ряда дискретных значений от 25 до 1000 Вт, которые наиболее близки к ним.

Дополнительная информация: На практике доказано, что выбирать сильно заниженный Кз невыгодно по экономическим причинам.

Значения коэффициента загрузки, рекомендуемые к применению для разных категорий потребителей, приведены ниже.

Категория потребителя	Коэффициент нагрузки
Я	0,65-0,7
II	0,7-0,8
II	0,9-0,95

Данные в этой таблице действительны только при условии, что неисправность одного из станционных трансформаторов автоматически перераспределяет нагрузку на остальные изделия. При этом каждый из них выбирается исходя из допустимой перегрузки (то есть с небольшим запасом мощности).

Этот показатель ограничен требованиями изготовителя и определяет возможность длительных перегрузок в рабочих цепях подстанции.

Примечание! В соответствии с требованиями ПУЭ и ПТЭЭП перегрузка трансформаторов в течение длительного времени (для синтетических и масляных диэлектриков) ограничивается 5 процентами.

Читайте также: Межвитковое замыкание: причины, способы проверки и методы ремонта

Для масляных изделий

Значение перегрузки, %	30	45	60	75	100
Продолжительность, мин	120	80	45	20	10

Для сухих образцов трансформаторов

Значение перегрузки, %	20	30	40	50	60
Продолжительность, мин	60	45	32	18	5

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

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

• количество нагрузок, подключенных к шинам;
• учитывает постоянное изменение их эксплуатационных параметров (как активных, так и реактивных);
• допустимость перераспределения компонентной мощности между отдельными линиями потребителей в соответствии с характеристиками входящего в них трансформаторного оборудования.

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

Выбор числа трансформаторов

Одиночные подстанции используются в двух случаях. Во-первых, для объектов III категории электроснабжения. Во-вторых, для потребителей, которые имеют возможность резервировать свое электроснабжение с помощью АВР (автоматического ввода резерва) от другого источника питания.

При питании потребителей I и II категорий в аварийном режиме на двухтрансформаторной подстанции после срабатывания АВР весь трансформатор принимает на себя нагрузку неисправного. Поэтому перегрузочной способности должно хватить для замены вышедшего из строя трансформатора.

В штатном режиме трансформаторы работают с недогрузкой, что экономически нецелесообразно. Поэтому в аварийной ситуации некоторые потребители III категории электроснабжения отключаются от сети.

Отключение электроэнергии на объектах II категории ограничено одними сутками. Для наведения порядка необходим стратегический запас оборудования, необходимого для ликвидации аварии. При этом мощность нового трансформатора должна быть идентична заменяемому. Это уменьшает количество избыточного оборудования.

Коэффициенты, характеризующие режим работы электроустановок

Режим работы электроустановок за определенный период времени (сутки, год) характеризуется следующими величинами. Коэффициент загрузки, или коэффициент заполнения плана, представляет собой отношение между средней мощностью и максимальной мощностью за один и тот же рассматриваемый период времени: (12) где W — количество электроэнергии, потребленной за время Т (сутки, год), кВтч.

Степень нагрузки показывает, какая часть фактического количества электроэнергии, потребленной в соответствующий период, составляет количество электроэнергии, которое было бы потреблено станцией за то же время, если бы она все время работала с максимальной нагрузкой.

Обычно klast < 1 · При kload = 1 график нагрузки будет представлять собой прямую линию, параллельную оси x.

Продолжительность использования наибольшей активной мощности Tmah показывает, сколько часов за рассматриваемый период времени (сутки, год) установка должна будет работать с той же максимальной нагрузкой Pmax, чтобы израсходовать фактически потребленное за этот промежуток времени количество электроэнергии W :

Для суточного графика Tmax равна нижней части прямоугольника высотой Pmax, площадь которого равна W (см рис. 96), т е площади фактической кривой нагрузки. На основании формул (12) и (13) МОЖНО записать W — Кнаг ТРmax = Tmax Pmax, откуда Тmax = Кнагр t, т.е. Tmax = Т, так как кнагр 1.

Для больших энергосистем, питающих в основном промышленные нагрузки, продолжительность использования наибольшей мощности по годовому плану Тг max колеблется от 4000 до 7000 часов в год (кнагр = 0,454-0,80). Для сетевых станций с преобладанием малой нагрузки Tm шах = 2000-:-4000 т в год.

Коэффициент использования установленной мощности характеризует степень использования установленной мощности сетевых станций: (14) где Расст — установленная мощность трансформаторов (включая резервные станции), кВт; Рср – средняя используемая мощность трансформаторов, кВт. Обычно улей = кнаРр < 1. Коэффициент резерва показывает степень резервирования трансформаторов: (15)

Расчет необходимой мощности

Этот расчет будет необходим, чтобы понять, хватит ли количества выделенной электроэнергии на квартиру или дом. Для этого необходимо рассчитать максимальную нагрузку, просуммировав соответствующие параметры для всех электроустановок потребителей. Кроме того, необходимо учитывать все электробытовые приборы, которые могут быть включены одновременно.

Как правило, вся необходимая информация указана на наклейке, прикрепленной к корпусу оборудования, либо приведена в документации. В случае, если наклейка стала неразборчивой, а технический паспорт утерян, можно воспользоваться таблицей с указанием типовой активной мощности бытовых приборов.

Рассчитав общий расход, не спешите оценивать выполненную работу, нужно добавить резерв с учетом возможного увеличения нагрузки со временем. Как правило, размер резерва устанавливается в размере 20-30% от расчетных параметров.

Складывая эти два значения, мы получаем результат, который можно сравнить с разрешенной мощностью. Если она окажется меньше расчетных нагрузок, есть смысл подумать о подаче заявки на дополнительные 1 кВт или 3 кВт. Детали подключения дополнительных киловатт будут рассмотрены ниже.

Что такое расчетная мощность

Для упрощения можно сначала изучить типичные повседневные задачи. При подключении оборудования необходимо согласовать фактическую потребляемую мощность с параметрами существующей сети. Хозяину квартиры нужны определенные данные для выбора устройств автоматической защиты.

Номинальная мощность определяет, какой максимальный уровень мощности возможен при определенных условиях эксплуатации. Для расчета необходимы параметры подключаемого оборудования.

Технические параметры бытовой техники

Имя	Ток по техпаспорту, Вт	Толпа людей	Всего, кВт
Телевидение 1	250	1	0,25
Телевидение 2	180	1	0,18
Кондиционирование воздуха	1500	3	4,5
Конвектор электронной почты	800	10	8
Тепловой вентилятор	1400	1	1,4
Холодильник	140	1	0,14
Плита	4200	1	4.2
Духовой шкаф	3200	1	3.2

Понятно, что совместное включение кондиционеров и электрических конвекторов можно исключить. А вот во время приготовления праздничного ужина одна духовка и все конфорки будут потреблять 7,4 кВт.

Сильный ток в одной цепи может разрушить провода. Риск несчастных случаев возрастает при работе со старыми электросетями из алюминиевых проводов недостаточно большого сечения. В таких свойствах (220В, одна фаза) есть ограничения по нагрузке до 4кВт.

Для подключения мощных потребителей (в частном коттедже) рекомендуется медная проводка и подключение к сети 380В. При этом на фазу можно распределять до 14 (20) кВт по действующим нормам. Фактические значения можно проверить, связавшись с соответствующим поставщиком.

К вашему сведению. Таких возможностей достаточно для подключения даже мощного электродвигателя или сварочного трансформатора. Для таких потребителей с ярко выраженными реактивными составляющими производится специальный расчет с достаточным запасом нагрузки.