Перегрузка силовых трансформаторов по ПУЭ

Режим работы силовых трансформаторов и регулирование напряжения в распределительных сетях

Типовые проекты ТП (РТП) предусматривают раздельную работу трансформаторов на стороне ВН и НН, но в некоторых случаях может потребоваться включение трансформаторов на параллельную работу (параллельное соединение как первичной, так и вторичной обмоток).

Параллельная работа трансформаторов допускается при условии: одинаковых групп соединения обмоток трансформатора; равенство коэффициентов трансформации трансформаторов; равенство напряжений короткого замыкания (Ш) трансформаторов.

Параллельная работа трансформаторов с коэффициентом номинальной мощности более 3 не рекомендуется.

Включение трансформаторов для параллельной работы возможно только после предварительного этапа прогрева на стороне НН индикатором со светящейся шкалой или вольтметром. Фазы трансформаторов считают одинаковыми, если показания вольтметра или индикатора тех же фаз равны нулю.

Пример «горячей» фазировки 2-х силовых трансформаторов с заземленной нейтралью на вторичных обмотках и одинаковыми группами соединения Y/Yh-0 (или D/Yh-1 1) показан на рис. 1.

Напряжение измеряют сначала между фазами с одинаковыми названиями, а затем между фазами с противоположными названиями (см табл.)

Таблица измеренных напряжений

Напряжение между клеммами
Изменение фазы	а1 -а2	a1-v2	а1 — с2
(часы)	v1 — v2	i1 -s2	б1 -а2
с1-с2	с1 — а2	с1 -v2
		Ул	Ул

В показанном примере возможна параллельная работа путем подключения клемм с одинаковыми именами.

Нагрузочная способность силовых трансформаторов

(по ГОСТ, ПУЭ и ПТЭ)

Для трансформаторов в зависимости от условий работы, определяемых планом нагрузки и t° хладагента, допускаются аварийные и систематические перегрузки.

В аварийной ситуации масляные трансформаторы с системами охлаждения М и Д допускают одну из следующих кратковременных перегрузок сверх номинального тока (независимо от продолжительности предшествующей нагрузки, температуры теплоносителя и места установки)

30% — в течение 120 минут. 75% — в течение 20 минут. 45% — в течение 80 минут. 100% — в течение 10 минут. 60% в течение 45 мин.

В аварийных случаях при начальном коэффициенте нагрузки не более 0,93 масляные трансформаторы с системой охлаждения М и Д допускают не более 5 суток перегрузку на 40 % выше номинального тока на время пиков нагрузки общей продолжительностью не более 6 часов в сутки М — естественная циркуляция масла и воздуха

D — естественная циркуляция масла и принудительная циркуляция воздуха.

При номинальной нагрузке температура верхних слоев масла не должна быть выше 95 С для масляных трансформаторов с системами охлаждения М или Д.
Для маслонаполненных трансформаторов допускается длительная перегрузка по току 5 % от номинального тока ответвления, если напряжение на ответвлении не превышает номинального.

В аварийных ситуациях сухие трансформаторы допускают следующие кратковременные перегрузки сверх номинального тока независимо от предшествующей нагрузки и t° теплоносителя 20% — в течение 60 мин. 50% — в течение 18 минут. 30% — в течение 45 минут. 60% — в течение 5 минут. 40% — в течение 32 минут. Допустимые длительные перегрузки сухих трансформаторов устанавливаются заводской инструкцией.

С учетом приведенных выше значений кратковременных перегрузок масляных и сухих трансформаторов выбирают режим максимально допустимой (рассчитанной по проекту) перегрузки трансформаторов в 2-лучевой схеме сети.

Для масляных трансформаторов — 140% Для сухих трансформаторов — 120%

Вентиляция трансформаторных помещений должна обеспечивать отвод выделяемого ими тепла в таких количествах, чтобы при их нагрузке с учетом перегрузочной способности и максимальной расчетной температуры окружающей среды нагрев трансформаторов не превышал предельно допустимых значений.

Вентиляция трансформаторных помещений должна осуществляться таким образом, чтобы разница температур воздуха, выходящего из помещения и поступающего в него, не превышала 15°С.

Регулирование напряжения

Согласно ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах общего электроснабжения» нормально допустимые установившиеся отклонения напряжения на зажимах электроприемников должны быть в пределах ± 5 % от номинального напряжения (380/220 В; 6) и 10 кВ, а максимально допустимое установившееся отклонение — ±10% (в нештатных режимах работы сети).

На основании этих норм напряжение в контрольных точках сети, обеспечивающих допустимые уровни напряжения для электроприемников, должно быть в пределах: на вводе в здание: от 368/214 В (-3%) до 400/ 230 В (+5%) при установке п/девяти ТП: от 380/220 В (Uном) до 400/230 В (+5%) на шинах кВ до ТП (РП) от 6 кВ (Uном) до 6,6 кВ (+10%)

от 10 кВ (Iном) до 10,6 кВ (+6%)

Основными причинами отклонения напряжения от разрешенных значений могут быть:

• отклонение напряжения от утвержденного суточного плана на шинах 6-10 кВ ЦПУ;
• возникновение технологических нарушений в электрических сетях электрических сетей, потребителей; неправильное использование регулировочных устройств сетевых трансформаторов электрических сетей, потребителей;
• отсутствие стабилизирующих устройств в электрической сети потребителей с энергоприемниками, ухудшающих качество электроэнергии в сетях внешнего электроснабжения;
• несоответствие схемы внутреннего электроснабжения требованиям ПУЭ;
• Другой.

После получения жалоб потребителей на качество напряжения район электрических сетей должен в кратчайшие сроки установить причины отклонения и принять меры по их устранению (устранение неисправностей электрических сетей, замена обмоточных ветвей сетевых трансформаторов, изменение схемы электроснабжения) участка сети, доведения напряжения на шинах 6-10 кВ ЦП до утвержденного суточного графика и др.).

В ряде случаев персонал электрических сетей должен установить устройства контроля качества электроэнергии в точках контроля сети для определения причин недопустимого отклонения напряжения. По завершении мероприятий составляется двусторонний закон контроля качества напряжения при распределении мощности сети между сетью и потребителем.

При поступлении массовых жалоб от потребителей на повышенное напряжение сверх допустимых отклонений и невозможность восстановления нормального напряжения персоналом ЦПУ (в рамках суточного графика) оперативный персонал электрических сетей обязан в кратчайшие сроки при превышении напряжения 3% от утвержденного суточного плана, перевод электроснабжения потребителей на другие ЦП;

при повышении напряжения выше 10 % от утвержденного суточного графика принять неотложные меры по предотвращению повреждения оборудования, возникновения пожаров: перевод нагрузки на другие ЦП «в цикле АВР», «по очереди» и в исключительных случаях, очередь по потребителям (с учетом категорирования электроснабжения и характера производства).

Перегрузка трансформатора – режим, сокращающий срок эксплуатации устройства

Трансформатор – это электрическое устройство, которое преобразует переменный ток из одного напряжения в другое. Принцип работы основан на электромагнитной индукции.

Какие бывают трансформаторы

Трансформаторы различаются по техническим характеристикам и назначению, они делятся на несколько типов, это:

• Силовой — используется для преобразования электрической энергии в электрических сетях разного напряжения (0,4/10,0/35,0/110,0/220,0/500,0/1150,0 кВ) с промышленной частотой 50 Гц. Они устанавливаются на подстанциях и специально оборудованных базах и площадках. Отличаются конструкцией системы охлаждения (масляная и сухая), количеством обмоток (2, 3 и более обмоток).
• Сеть — используется для питания низковольтных приборов бытового назначения и других устройств. Они отличаются количеством обмоток на вторичной стороне и выходным напряжением (от 1,5 до 127,0 В), тогда как первичное напряжение составляет 220 В. Это низкочастотные трансформаторы.
• Автотрансформаторы — отличительной особенностью этих устройств является то, что одна обмотка входит в состав другой (первичной вторичной или вторичной первичной), что позволяет регулировать напряжение на одной из обмоток.
• Трансформаторы тока — это устройства, первичная обмотка которых подключена к цепи питания источника электрической энергии, а устройства, рассчитанные на меньшие токи, — ко вторичной. Применяются в системах учета и контроля электрической энергии. Доступно для всех классов напряжения.

Важнейшей технической характеристикой является коэффициент трансформации, который определяется как отношение тока в первичной обмотке к току во вторичной обмотке.

Они различаются по классу точности, различаются по типу изоляции (масляная, литая, газовая, сухая), по принципу преобразования тока (электромагнитные, электрооптические, магнито-полупроводниковые), по конструкции первичной обмотки (катушка, ввод, шина), в зависимости от условий размещения и вида преобразуемых величин.

• Трансформаторы напряжения, измерения — по принципу действия аналогичны силовым трансформаторам. Отличие заключается в назначении – они используются в системах учета и контроля качества электрической энергии.

Принцип работы

Работа трансформатора основана на принципе электромагнитной индукции, которая создается в магнитопроводе устройства.

Электромагнитная индукция возникает под действием электрического тока, проходящего в первичной обмотке устройства, а через него во вторичной обмотке возникает электрический ток.

Первичная и вторичная обмотка устройства

Основные характеристики

Мощность – определяет количество мощности потребителей, которую можно подключить к данному устройству в нормальном режиме работы;

Напряжение – определяет характеристики электрической сети, для которой предназначено устройство.

Режимы работы трансформатора

1. Режим работы — когда устройство работает в соответствии с заданными техническими параметрами и в соответствии с требованиями.
2. Неактивный режим — в этом режиме работы в первичной обмотке протекает ток холостого хода, вторичная сеть разомкнута (без нагрузки);
3. Режим короткого замыкания — аварийный режим работы, характеризующийся коротким замыканием вторичной обмотки.

Другим режимом, который может возникнуть в процессе работы, является режим перегрузки, который характеризуется еще не режимом короткого замыкания, но еще параметрами, не соответствующими рабочему режиму.

Перегрузка трансформатора, ее виды

Сочетание допустимых нагрузок и перегрузок определяет нагрузочную способность трансформатора.

Допустимая нагрузка — нагрузка, соответствующая номинальному режиму работы, неограниченная во времени, при которой отсутствует износ изоляции обмоток, вызванный нагревом в процессе эксплуатации.

Перегрузка — режим работы, вызванный подключением мощности нагрузки большей номинальной или температурой окружающей среды выше расчетной. При перегрузке происходит ускоренный износ изоляции обмоток.

Перегрузки бывают:

1. Систематическая – вызвана ежедневным графиком работы. Такие режимы работы должны соответствовать допустимым коэффициентам перегрузки и времени их транспортировки для каждой конкретной установки.
2. Аварийный — вызванный чрезвычайными ситуациями. Перегрузки этого типа бывают:

• В ближайщем будущем;
• Длинный.

Перегрузка масляных трансформаторов

Масляный трансформатор – это силовая установка, в которой в качестве теплоносителя используется масло.

Режим работы устройств этого типа регламентируется ГОСТ 14209-97 (МЭК354-91) «Руководство по нагружению силовых масляных трансформаторов», вступившим в силу в 2001 году.

Ограничения по температуре и току для режима перегрузки:

Тип нагрузки	Трансформеры
Распределение	средняя мощность	Большая сила
Систематический
Значения электрического тока (отн единицы)	1,5	1,5	1,3
Температура наиболее обогреваемой зоны, °С	140	140	120
Температура охлаждающей жидкости (масла) в верхнем слое, °С	105	105	105
Аварийный, непрерывный
Значения электрического тока (отн единицы)	1,8	1,5	1,3
Температура наиболее обогреваемой зоны, °С	150	140	130
Температура охлаждающей жидкости (масла) в верхнем слое, °С	115	115	115
Экстренный, краткосрочный
Значения электрического тока (отн единицы)	2.0	1,8	1,5
Температура наиболее обогреваемой зоны, °С	См примечания	160	160
Температура охлаждающей жидкости (масла) в верхнем слое, °С	См примечания	115	115

 

*Ноты:

• Для аварийных перегрузок, носящих кратковременный характер, пределы температуры теплоносителя (масла) в верхнем слое и наиболее нагретой области не установлены. Причина этого в том, что при использовании данного типа оборудования невозможно контролировать продолжительность аварийной перегрузки данного типа трансформатора.
• При использовании распределительных трансформаторов необходимо помнить, что при температуре выше 140-160°С возможно выделение пузырьков газа, что снижает диэлектрическую прочность изоляции.

Перегрузка трансформаторов тока

Устройство и режим работы приборов регламентируются ГОСТ 7746-2001 «Трансформаторы применяемые. Общие технические условия», принятым Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол N 20 от 1 ноября 2001 г.) и вступившим в силу от 01.01.2003.

Перегрузка данного типа устройств возникает при подключении нагрузки большей, чем номинальная, в связи с этим увеличивается ток в первичной сети, что отрицательно сказывается на изоляции устройства.

Коэффициент безопасности (перегрузка по первичному току) определяется производителем устройств, соответствует требованиям ГОСТ и МЭК и составляет 5 и 10

Защита от перегрузки

Для создания безопасных и надежных условий работы всех элементов электрических сетей и устройств предлагаются различные системы защиты от нестандартных ситуаций, к которым относятся режимы перегрузок.

Защита от перегрузок основана на использовании:

• Предохранители и автоматические выключатели;
• Релейная защита (максимальная токовая защита, блокировочная токовая защита, токовая защита нулевой последовательности, дифференциальная токовая защита.)
• Газозащита;
• Противопожарная защита;
• Система использования специальных программ и автоматизации процессов.

Требования к условиям защиты для различных типов трансформаторов регламентируются Правилами устройства электроустановок (ПУЭ), глава 3.1 «Защита электрических сетей до 1 кВ» и глава 3.2 «Релейная защита».

Читайте также: Виды естественного освещения: источники, какое бывает, нормы

Выбор мощности силового трансформатора

Выбор мощности силового трансформатора

Рациональная схема электроснабжения зависит от технически обоснованного подбора мощности трансформатора, что влияет на эксплуатационные расходы и окупаемость, которая возможна через 6-10 лет.

 

 

 

При выборе трансформатора руководствуются следующими критериями:

1. Категория электроснабжения — определяется количество трансформаторов. Объекты электроснабжения III категории — трансформатор. Объект II и I категории электроснабжения — два или в отдельных случаях три трансформатора.
2. Перегрузочная способность — определение мощности трансформатора.
3. Суточный план распределения нагрузки — учет нагрузок по времени и дням недели.
4. экономичный режим работы для тр-ра.

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.

Как выбрать силовой трансформатор по мощности

Сбор и анализ мощности потребителей, питаемых от трансформатора, не всегда достаточен.

Для производственных предприятий они регламентируются порядком ввода оборудования в эксплуатацию. Учитывается, что все потребители не могут быть включены одновременно. Однако также учитывается любое увеличение производственных мощностей.

Поэтому при расчете и выборе мощности силового трансформатора руководствуются графиком среднесуточной и полной активной нагрузки подстанции, а также продолжительностью максимальной нагрузки.

Если рассчитывается трансформатор, который будет участвовать в электроснабжении объектов жилой инфраструктуры, то учитывается и время года. Зимой нагрузка увеличивается за счет включения электрообогрева, летом – кондиционера.

Таблица №1 — Выбор силового трансформатора по мощности и допустимым аварийным нагрузкам

Тип нагрузки	Интервалы нагрузки (кВА) для силовых трансформаторов (кВА)
25	40	63	одна сотня	160	250	400	630
Промышленные потребители, рабочие фермы, мастерские по обслуживанию сельхозтехники, хозяйственные магазины, овощные и насосные станции для водоснабжения, котельная	до 42	43-68	69-107	108-169	170-270	271-422	423-676	677-1064
Коммунальные потребители — общественные и административные предприятия (школы, клубы, столовые, санузлы, магазины) совмещенный с жилыми домами	до 44	45-70	71-110	111-176	177-278	279-435	436-696	697-1096
Сельские жилые дома, группы сельские жилые дома (обычно одноэтажные)	до 45	46-72	73-113	114-179	180-286	287-447	448-716	717-1127
Муниципальные потребители городских территорий тип города и города с районной застройкой	до 43	44-68	69-108	109-172	173-270	271-422	423-676	677-1064
Жилые дома, городские районы тип и город районного подразделения	до 42	43-68	69-107	108-170	171-273	274-427	428-684	685-1077
Смешанная нагрузка с преобладанием (более 60%) промышленные потребители	до 42	43-67	68-106	107-161	162-257	258-402	403-644	645-1014
При смешанной нагрузке с преобладанием (более 40%) бытовые потребители	до 42	43-68	69-107	108-164	165-262	263-410	411-656	657-1033

 

При отсутствии точных сведений активная нагрузка определяется по формуле:

Sном ≥ ∑ Pmax ≥ Pp;

Где ∑ Pmax – максимальная активная мощность;

Pp – проектная мощность подстанции.

Если график работы подстанции характеризуется кратковременным пиковым режимом мощности — 30 минут или не более 1 часа, то трансформатор будет работать в недогруженном режиме. Поэтому выгоднее выбрать трансформатор с мощностью, близкой к постоянной максимальной нагрузке, и полностью использовать перегрузочную способность трансформатора с учетом систематических перегрузок в нормальном режиме.

В реальных условиях величина допустимой перегрузки определяется бутстрап-фактором. На выбор значения нагрузки влияет температура окружающей среды, в которой находится работающий трансформатор.

Коэффициент нагрузки всегда меньше единицы.

Кн = Рк/Рмакс = Iк/Iмакс; где Pc, Pmax и Ic, Imax – среднесуточная и максимальная мощность и ток.

Таблица № 2 — Рекомендуемые коэффициенты нагрузки силовых трансформаторов цеховых трансформаторных подстанций. Коэффициент ограничивает перегрузку трансформатора, оставляя определенный запас по мощности.

Коэффициент нагрузки трансформатора	Тип ТС и характер нагрузки
0,65…0,7	Подстанции с двумя трансформаторами с преобладающей нагрузкой I категории
0,7…0,8	Подстанции с трансформатором с преобладающей нагрузкой II категории при наличии взаимного резервирования через перемычки с другими подстанциями на вторичном напряжении
0,9…0,95	Трансформаторная подстанция с нагрузкой III категории или преобладающей нагрузкой II категории с возможностью использования складского резерва трансформаторов

Таблица №3 — продолжительность и величина перегрузки в аварийном режиме с принудительным охлаждением масла устанавливаются по заводским параметрам. ПТЭ и ПТБ электроустановок. ЭП-4-1

Нагрузки в долях от номинального тока	Допустимая продолжительность, мин
Масляные трансформаторы	Сухие трансформаторы
1,21,31,41,51,61,75 2:00 утра	—1209070452010	604532185——

Характер суточной нагрузки соответствует температуре окружающей среды, постоянной времени трансформатора, типу охлаждения, допускаются периодические перегрузки.

Рисунок 1 – Расчетный план загрузки. 1 — ежедневно фактически; 2 — фактически двухступенчатый эквивалент

Согласно графику начальный период нагрузки характеризуется работой трансформатора с номинальной нагрузкой в ​​течение 20 часов и коэффициентом начальной нагрузки 0,705.

Второй период имеет коэффициент перегрузки kper.= 1,27 и время 4 часа. Это означает, что перегрузки определяются графиком нагрузки, преобразованным в эквивалентный график, учитывающий тепло. Допустимая нагрузка тр-ра зависит от номинальной нагрузки, ее продолжительности и максимального пика и определяется коэффициентом превышения нагрузки:

kper = Ie max / Iном

начальный коэффициент нагрузки

кн.н. = И.н. / В пределах

Т.е max — эквивалентная максимальная нагрузка;

То есть n — эквивалентная стартовая нагрузка.

Допускаются перегрузки трансформаторов, но их возможности: время и стоимость ограничены нормами, установленными заводом-изготовителем. Правила ПТЭЭП, глава 2.1.20 и глава 2.1.21 ограничивают перегрузку трансформатора до 5%.

Таблица № 4 — Перегрузка по времени для масляных трансформаторов

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

Таблица № 5 — Перегрузка по времени для сухого трансформатора

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

Вентиляция помещения электроустановки должна обеспечивать отвод тепла, чтобы нагрев трансформатора при перегрузке и максимальной температуре воздуха не превышал допустимого значения. Нередко в жарких условиях на полях вдали от населенных пунктов прибегают к естественной вентиляции, открывая двери трансформаторного помещения.

Правила ПУЭ допускают максимальную перегрузку трансформатора после аварии до 40% на срок не более 6 часов в течение 5 суток.

Выбор силового трансформатора по расчетной мощности

Для выбора используйте требования нормативных документов

Таблица № 6 — Зависимости допустимых коэффициентов перегрузки масляных трансформаторов для одно-, двух- и трехтрансформаторных подстанций и коэффициента нагрузки при нормальной эксплуатации

Допустимый коэффициент перегрузки масляного трансформатора, определяемый по ГОСТ 14209-85	Коэффициент нагрузки масляного трансформатора в нормальном режиме
двухтрансформаторная подстанция	трехтрансформаторная подстанция
1,0	0,5	0,666
1.1	0,55	0,735
1,2	0,6	0,8
1,3	0,65	0,86
1,4	0,7	0,93

Производитель электрооборудования, который предлагает покупателю трансформатор, предоставляет информацию о допустимых перегрузках.

Согласно нормам СН 174-75 «Инструкция по проектированию электроснабжения промышленных предприятий» для каждого объекта приняты разные коэффициенты нагрузки:

• Двухтрансформаторная подстанция на нагрузку I категории — 0,65 на 0,7.
• Подстанция с трансформатором с резервом по нагрузке II категории — от 0,7 до 0,8.
• Для II и III категорий нагрузки при использовании резерва — 0,9-0,95.

Таким образом, можно сделать вывод, что нормальным режимом работы трансформатора является нагрузка 90 или даже 95%.

Выбор трансформатора по номинальной мощности заключается в сравнении полной мощности объекта (кВА) и интервалов допустимой нагрузки траншеи для разных типов потребителей в аварийном и нормальном режимах работы. Руководствуются методикой выбора мощности силового трансформатора и нормативными документами.

Нормативные документы по выбору силовых трансформаторов:

1. НТП ЭПП-94. Проектирование электроснабжения промышленных предприятий. Нормы технологического проектирования (Российская Федерация, вместо СН 174-75). Методические указания по выбору количества и мощности цеховых труб ТП — раздел 6. 4. 3 — 6. 4. 10
2. Методические указания по выбору мощности для силовых трансформаторов 10/0,4 кВ (РЧ).
3. ГОСТ 52719-2007. «Руководство по загрузке силовых масляных трансформаторов».