Номінальна повна потужність трансформатора

Хочу привести реальний приклад вибору потужності силового трансформатора в одному з недавно випущених мною проектів. Проект проходив експертизу і отримав зауваження за вибором силового трансформатора, вірніше потрібно було обґрунтувати потужність силового трансформатора.

за технічним умовам було дозволено 180 кВт за третьою категорією електропостачання. На даному етапі я робив лише одну позицію (склад) з споживаної потужністю 20 кВт, інші позиції будуть запроектовані пізніше.

Природно вибір силового трансформатора я робив виходячи з потужності 180 кВт.

Ви, напевно, пам'ятаєте, що у мене ж є стаття:

На цю тему є ще одна стаття:

Так що обов'язково ознайомтеся, про що я писав раніше.

Загалом, суть така, що якщо вибирати трансформатор по методичним зазначенням, То нам достатньо потужності силового трансформатора 160 кВА. Саме на це і посилався експерт. У проекті обрана трансформаторна підстанція 250 кВА в металевому корпусі. Найдешевший варіант.

Я в свою чергу привів посилання з ТКП 45-4.04-297-2014 п.11.20. Там сказано, що коефіцієнт завантаження однотрансформаторной підстанції повинен бути 0,9-0,95. Там же написано, що вибір трансформатора повинен проводитися на підставі технічних характеристик трансформаторів від заводів-виготовлювачів.

Розрахуємо коефіцієнт завантаження трансформатора.

Кз \u003d S р / Sтр

S р - повна розрахункова потужність, кВА;

Sтр - потужність силового трансформатора, кВА.

S р \u003d Р / cos \u003d 180 / 0,8 \u003d 225кВА.

Коефіцієнт потужності я прийняв 0,8.

Кз (250) \u003d 225/250 \u003d 0,9

Кз (160) \u003d 225/160 \u003d 1,4

А тепер уявімо, літо, температура повітря 30 градусів. Як ви думаєте, металева оболонка буде сильно грітися на сонці? В таких умовах повітря навколо трансформатора, на мій погляд, буде теж не менше 30 градусів, а швидше за все і більше, тому що КТП буде під прямими сонячними променями. Стверджувати не буду, це лише мої припущення.

Наступна таблиця показує норми максимально допустимих систематичних навантажень при температурі 30 градусів.

Перевіримо трансформатор 160 кВА. S р \u003d 225 кВА - це не означає, що трансформатор постійно буде завантажений на таку потужність. На таку потужність він буде завантажений лише пару годин в день. В інший час він буде завантажений, скажімо на 65% від цієї розрахункової потужності.

225 * 0,65 \u003d 146,25 кВА.

Тоді К1 \u003d 146,25 / 160 \u003d 0,91, приймемо значення К1 \u003d 0,9 - початкова завантаження трансформатора.

Згідно наведеній таблиці і при температурі навколишнього середовища 30 градусів, К1 \u003d 0,9 трансформатор 160 кВА в нормальному режимі з S р \u003d 225 кВА (Кз \u003d К2 \u003d 1,4) зможе працювати близько ... 0 годин. В таких умовах максимальний коефіцієнт завантаження трансформатора 1,27 протягом 0,5 години.

Звичайно, слід ще привести таблицю норм допустимих аварійних перевантажень.

З цієї таблиці наш трансформатор зможе працювати трохи більше 2 годин.

Не дивлячись на те, що трансформатор здатний витримувати аварійні перевантаження, слід мати на увазі, що в таких режимах трансформатор дуже сильно зношується і термін експлуатації його скорочується.

Зрозуміло, за графіком навантаження значно простіше вибрати потужність силового трансформатора. У наших умовах проектування, я вважаю завжди повинен бути невеликий запас міцності обладнання (резерв потужності), оскільки енергосистема розвивається, кількість споживаної електроенергії збільшується і все частіше в ТУ пишуть однією з вимог: перевірка існуючих трансформаторів, тобто багато підстанції завантажені до межі, а для невеликих підприємств це може виявитися проблемою.

Висновок: трансформатор 160 кВА не зможе нормально працювати при наших умовах експлуатації, тому в проекті обраний трансформатор 250 кВА.

До речі, енергонагляд погодив КТП без проблем.

Ви згодні зі мною або потрібно тупо керуватися методичними вказівками?

При проектуванні трансформаторів основним параметром є його потужність. Саме вона визначає габарити трансформатора. При цьому основним визначальним фактором буде повна потужність, Що віддається в навантаження:

Для трансформатора з великою кількістю вторинних обмоток повну потужність можна визначити, підсумувавши потужності, споживані навантаженнями, підключеними до всіх його обмоток:

(2)

При повністю резистивної навантаженні (відсутність індуктивної та ємнісної складової в струмі) споживана потужність активна і дорівнює потужності, що віддається S 2. При розрахунку трансформатора важливим параметром є типова або габаритна потужність трансформатора. У цьому параметрі крім повної потужності враховується потужність, споживана трансформатором від мережі по первинній обмотці. Типова потужність трансформатора обчислюється таким чином:

(3)

Визначимо типову потужність для трансформатора з двома обмотками. Повна потужність первинної обмотки S 1 = U 1 I 1, де U 1 , I 1 - діючі значення напруги і струму Саме цій потужністю визначаються габарити первинної обмотки. При цьому число витків первинної обмотки трансформатора залежить від вхідної напруги, перетин дроту від протікає по ній максимального струму (діюче значення). Габаритна потужність трансформатора визначає необхідний перетин сердечника s с. Її можна розрахувати наступним чином:

(4)

Напруга на первинній обмотці трансформатора можна визначити з виразу U 1 = 4k ф W 1 fsB m, де s - площа перерізу сердечника магнітопроводу, що визначається як добуток ширини сердечника на його товщину. Еквівалентна площа перетину сердечника трансформатора зазвичай менше і залежить від товщини пластин або стрічки і відстані між ними, тому при розрахунку трансформатора вводиться коефіцієнт заповнення сердечника, який визначається як відношення еквівалентної площі перетину сердечника магнітопроводу до його геометричної площі. Його значення зазвичай одно k c \u003d 1 ... 0,5 і залежить від товщини стрічки. Для пресованих сердечників (виготовлених з фериту, альсифера або карбонільного заліза) k c \u003d 1. Таким чином, s \u003d k c s c і вираз для напруги первинної обмотки трансформатора приймає наступний вигляд:

U 1 = 4k ф k c W 1 fs c B m (5)

Аналогічне вираз можна записати і для вторинної обмотки. У трансформаторі з двома обмотками потужність первинної обмотки і типова потужність трансформатора рівні. Потужність первинної обмотки можна визначити за наступним виразом:

U 1 = U 1 I 1 = 4k ф k c fs c B m W 1 I 1 (6)

При цьому типова потужність трансформатора буде розраховуватися за такою формулою:

(7)

Ставлення струму в проводі обмотки до його перетину називається щільністю струму. У правильно розрахованому трансформаторі щільність струму в усіх обмотках однакова:

(8) де s обм1, s обм2 - площі перерізу провідників обмоток.

замінимо струми I 1 = js обм1 і I 2 = js обм2, тоді сума в дужках виразу (7) може бути записана наступним чином: W 1 I 1 + W 2 I 2 = , j(s обм1 W 1 + s обм2 W 2) = js м, де s м - перетин всіх провідників (міді) у вікні сердечника трансформатора. На малюнку 1 наведена спрощена конструкція трансформатора, де чітко видно площа сердечника s с, площа вікна муздрамтеатру s ок і площа, яку займає провідниками первинної і вторинної обмоток s м.

Малюнок 1 Спрощена конструкція трансформатора

Введемо коефіцієнт заповнення вікна міддю. Його величина знаходиться в межах k м \u003d 0,15 ... 0,5 і залежить від товщини ізоляції проводів, конструкції каркасу обмоток, межслойной ізоляції, способу намотування дроту. тоді js м \u003d jk м s ок і вираз для типової потужності трансформатора можна записати в такий спосіб:

(9)

З виразу (9) випливає, що типова потужність визначається твором s з s ок. При збільшенні лінійного розміру трансформатора в m раз, його обсяг (маса) збільшиться в m³ раз, а потужність зросте в m 4 раз. Тому, питомі масо-габаритні показники трансформаторів поліпшуються зі збільшенням номінальної потужності. З цієї точки зору переважні багатообмоточні трансформатори в порівнянні з декількома двообмоткових.

При розробці конструкції трансформаторів намагаються збільшити коефіцієнт заповнення вікна сердечника обмотками, так як при цьому зростає значення номінальної потужності S тип. Для досягнення цієї мети застосовуються обмотувальні провідники з прямокутним перетином. Слід зазначити, що при практичних розрахунках формулу (9) перетворять до більш зручного виду.

(10)

При розрахунку трансформатора по заданій потужності на навантаженні виходячи з виразу (10) визначається твір s з s ок. Потім за довідником вибирається конкретний тип і розмір муздрамтеатру трансформатора, у якого цей параметр буде більше або дорівнює розрахованому значенню. Потім приступають до розрахунку кількості витків в первинній та вторинній обмотках. Розраховують діаметр проводу і перевіряють, поміщаються чи обмотки у вікні муздрамтеатру.

література:

Разом зі статтею "Потужність трансформатора" читають:

http: // сайт / BP / KlassTransf /

http: // сайт / BP / SxZamTransf /

для правильного вибору трансформатора будь-якого виду по потужності підключаються електроприладів до нього треба знати кілька важливих правил. Це відноситься і до вивчення теоретичного матеріалу, і до обліку місцевих умов, параметрів і «вузьких місць» у мережі.

З теоретичних основ електротехніки відомо, що номінальна потужність будь обмотки простого двохобмотувальні трансформатора однакова і обчислюється за формулою SHOM \u003d U * I (ВА), Як твір напруги обмотки на величину струму в ній. Однак, сам по собі такий трансформатор являє собою дві котушки індуктивності і його повна номінальна потужність складається з двох складових - активної і реактивної потужності. Формула розрахунку повної потужності S2 \u003d P2 + Q2, Її квадрат дорівнює сумі квадратів складових, їх прийнято зображати векторами під кутом 900, гипотенузой цього прямокутного трикутника є вектор повної потужності. Для зручності розрахунків був введений навантажувальний коефіцієнт cosφ, де φ - кут між векторами активної і повної потужності.

Ви запитаєте - навіщо нам це? А все гранично просто - трансформатор вибирається з урахуванням максимально допустимого нагріву обмоток (інакше швидко старіє ізоляція і виходить з ладу весь трансформатор), а нагрів створюється тільки активною складовою потужності, яку можна розрахувати за формулою Р \u003d UIcosφ, Що таке cosφ нам вже відомо, для трансформатора його розрахункове значення приймається cosφ \u003d 0,8. значення Р у ВАТ (Вт) є сумарною потужністю всіх електроприладів, які Ви плануєте приєднувати до трансформатора, оскільки вони, в переважній більшості, споживачі активного навантаження. Але повна потужність трансформатора ( яка пишеться в його паспорті) Визначена в одиницях вольт-ампер (ВА, кВА) і співвідношення її з активною потужністю споживачів на виході можна визначити за формулою S \u003d P / 0,8, Тобто вибирати потужність трансформатора треба приблизно на 20% більше, ніж та, яку ви припускаєте до нього підключити. Це строго по теорії, але це не все.

Для трансформаторів невеликої потужності важливо врахувати ще й власне і зовнішнє розсіювання від магнітного поля. Нагрівання від нього в обмеженому просторі і при відсутності примусового охолодження теж важливий. Кращі показники в цьому відношенні дає тороидальний трансформатор, де обмотки рівномірно намотані уздовж сердечника. Непогано виглядають стрижневі трансформатори і автотрансформатори. І ще один важливий момент - якість електроенергії в мережі!

Якщо трансформатор купується для місць, де часто буває зниження напруги, то запас потужності слід збільшити, оскільки при зниженому напрузі збільшується струмовий складова потужності, але ж саме вона дає енергію нагріву обмоток. Отже, виходячи з теоретичного розрахунку і обліку реального стану електромережі в районі установки трансформатора, можна однозначно рекомендувати купувати трансформатор з 30% запасом по потужності від розрахункового споживання. Це дозволить працювати йому довго і надійно.