Puissance apparente nominale du transformateur

Je veux donner un exemple réel de sélection de puissance transformateur de puissance dans l'un des projets que j'ai récemment publié. Le projet a réussi l'examen et a reçu un commentaire sur le choix d'un transformateur de puissance, ou plutôt, il était nécessaire de justifier la puissance du transformateur de puissance.

Par spécifications techniques 180 kW étaient autorisés pour la troisième catégorie d'alimentation électrique. A ce stade, je n'ai fait qu'un seul poste (entrepôt) avec une consommation électrique de 20 kW, le reste des postes sera conçu plus tard.

Naturellement, j'ai fait le choix d'un transformateur de puissance basé sur une puissance de 180 kW.

Vous vous souvenez probablement que j'ai aussi un article:

Il y a un autre article sur ce sujet:

Assurez-vous donc de vérifier ce que j'ai écrit plus tôt.

En général, le fait est que si vous choisissez un transformateur selon des lignes directrices, alors la puissance du transformateur de puissance 160 kVA nous suffit. C'est exactement ce à quoi l'expert a fait allusion. Le projet a sélectionné un poste de transformation de 250 kVA dans un boîtier métallique. L'option la moins chère.

J'ai, à mon tour, donné un lien à partir du TCP 45-4.04-297-2014 p.11.20. Il dit que le facteur de charge d'une sous-station à un seul transformateur devrait être de 0,9 à 0,95. Il dit également que le choix d'un transformateur doit être fait sur la base de caractéristiques techniques transformateurs des fabricants.

Calculons le facteur de charge du transformateur.

Кз \u003d Sр / Sтр

Sр - pleine puissance nominale, kVA;

Str - puissance du transformateur de puissance, kVA.

Sp \u003d P / cos \u003d 180 / 0,8 \u003d 225 kVA.

J'ai pris le facteur de puissance 0,8.

KZ (250) \u003d 225/250 \u003d 0,9

Kz (160) \u003d 225/160 \u003d 1,4

Imaginons maintenant l'été, la température de l'air est de 30 degrés. Pensez-vous que la coque métallique sera très chaude au soleil? Dans de telles conditions, l'air autour du transformateur, à mon avis, sera également d'au moins 30 degrés, et probablement plus, car Le KTP sera exposé à la lumière directe du soleil. Je ne discuterai pas, ce ne sont que mes suppositions.

Le tableau suivant montre les normes pour les charges systématiques maximales admissibles à une température de 30 degrés.

Vérifions le transformateur 160 kVA. Sр \u003d 225 kVA - cela ne signifie pas que le transformateur sera constamment chargé avec une telle puissance. À cette capacité, il ne sera chargé que quelques heures par jour. Le reste du temps, il sera chargé, disons à 65% de cette capacité nominale.

225 * 0,65 \u003d 146,25 kVA.

Alors K1 \u003d 146,25 / 160 \u003d 0,91, nous prenons la valeur K1 \u003d 0,9 - la charge initiale du transformateur.

Selon le tableau et à une température ambiante de 30 degrés, K1 \u003d 0,9, un transformateur de 160 kVA en mode normal avec Sr \u003d 225 kVA (Kz \u003d K2 \u003d 1,4) peut fonctionner pendant environ ... 0 heure. Dans de telles conditions, le facteur de charge maximal du transformateur est de 1,27 pendant 0,5 heure.

Bien entendu, vous devez également fournir un tableau des surcharges d'urgence autorisées.

D'après ce tableau, notre transformateur pourra fonctionner un peu plus de 2 heures.

Bien que le transformateur soit capable de résister aux surcharges d'urgence, il convient de garder à l'esprit que dans de tels modes, le transformateur s'use beaucoup et sa durée de vie est réduite.

Bien entendu, selon le programme de charge, il est beaucoup plus facile de sélectionner la puissance du transformateur de puissance. Dans nos conditions de conception, je pense qu'il devrait toujours y avoir une petite marge de sécurité des équipements (réserve de marche), puisque le système électrique se développe, la quantité d'électricité consommée augmente et de plus en plus souvent ils écrivent l'une des exigences du cahier des charges: vérification des transformateurs existants, c'est-à-dire de nombreuses sous-stations sont chargées à la limite, et pour les petites entreprises, cela peut être un problème.

Conclusion: un transformateur de 160 kVA ne pourra pas fonctionner normalement dans nos conditions de fonctionnement, c'est pourquoi un transformateur de 250 kVA a été choisi dans le projet.

À propos, la supervision énergétique a approuvé le KTP sans aucun problème.

Êtes-vous d'accord avec moi ou avez-vous besoin d'être stupidement guidé par les directives?

Lors de la conception des transformateurs, le paramètre principal est sa puissance. C'est elle qui détermine les dimensions du transformateur. Dans ce cas, le principal facteur déterminant sera pleine puissancedonné à la charge:

Pour un transformateur avec un grand nombre d'enroulements secondaires, la puissance totale peut être déterminée en additionnant les puissances consommées par les charges connectées à l'ensemble de ses enroulements:

(2)

Avec une charge entièrement résistive (pas de composants inductifs et capacitifs dans le courant), la consommation électrique est active et est égale à la puissance délivrée S 2. Lors du calcul d'un transformateur, un paramètre important est la puissance typique ou globale du transformateur. Outre la pleine puissance, ce paramètre prend en compte la puissance consommée par le transformateur depuis le réseau à travers l'enroulement primaire. La puissance typique du transformateur est calculée comme suit:

(3)

Déterminez la puissance typique d'un transformateur à deux enroulements. Puissance apparente de l'enroulement primaire S 1 = U 1 je 1, où U 1 , je 1 - valeurs effectives de tension et de courant C'est cette puissance qui détermine les dimensions de l'enroulement primaire. Dans ce cas, le nombre de spires de l'enroulement primaire du transformateur dépend de la tension d'entrée, de la section du fil à partir du courant maximal qui le traverse (valeur efficace). La puissance globale du transformateur détermine la section de noyau requise s c. Il peut être calculé comme suit:

(4)

La tension à l'enroulement primaire du transformateur peut être déterminée à partir de l'expression U 1 = 4k F W 1 fsB m, où s est l'aire de la section transversale du noyau magnétique, définie comme le produit de la largeur du noyau par son épaisseur. La section transversale équivalente du noyau du transformateur est généralement plus petite et dépend de l'épaisseur des plaques ou du ruban et de la distance entre elles.Par conséquent, lors du calcul du transformateur, le facteur de remplissage du noyau est introduit, qui est défini comme le rapport de la section transversale équivalente du noyau magnétique à sa zone géométrique. Sa valeur est généralement k c \u003d 1 ... 0,5 et dépend de l'épaisseur du ruban. Pour noyaux pressés (en ferrite, alsifer ou fer carbonyle) k c \u003d 1. Ainsi, s \u003d k c s c et l'expression de la tension primaire du transformateur prend la forme suivante:

U 1 = 4k F k c W 1 fs c B m (5)

Une expression similaire peut être écrite pour l'enroulement secondaire. Dans un transformateur à deux enroulements, la puissance primaire et la puissance typique du transformateur sont égales. La puissance de l'enroulement primaire peut être déterminée par l'expression suivante:

U 1 = U 1 je 1 = 4k F k c fs c B m W 1 je 1 (6)

Dans ce cas, la puissance typique du transformateur sera calculée à l'aide de la formule suivante:

(7)

Le rapport du courant dans le fil d'enroulement à sa section transversale est appelé densité de courant. Dans un transformateur correctement dimensionné, la densité de courant dans tous les enroulements est la même:

(8) où s obm1, s obm2 - aire de section transversale des conducteurs d'enroulement.

Remplacer les courants je 1 = js exchange1 et je 2 = js obm2, alors la somme entre parenthèses de l'expression (7) peut s'écrire comme suit: W 1 je 1 + W 2 je 2 = , j(s obm1 W 1 + s obm2 W 2) = js m, où s m - section de tous les conducteurs (cuivre) dans la fenêtre du noyau du transformateur. La figure 1 montre une conception de transformateur simplifiée, où la zone centrale est clairement visible s с, la zone de la fenêtre du circuit magnétique s ok et la zone occupée par les conducteurs des enroulements primaire et secondaire s m.

Figure 1 Conception de transformateur simplifiée

Introduisons le coefficient de remplissage de la fenêtre avec du cuivre. Sa valeur est dans k m \u003d 0,15 ... 0,5 et dépend de l'épaisseur de l'isolation des fils, de la structure du cadre des enroulements, de l'isolation intercalaire, de la méthode d'enroulement du fil. ensuite js m \u003d jk m s ok et l'expression de la puissance typique du transformateur peut s'écrire comme suit:

(9)

De l'expression (9), il s'ensuit que la puissance typique est déterminée par le produit s de s D'ACCORD. Avec une augmentation de la taille linéaire d'un transformateur de m fois, son volume (masse) augmentera de m³ fois et sa puissance augmentera de m 4 fois. Par conséquent, les indicateurs de masse dimensionnelle spécifiques des transformateurs s'améliorent avec une augmentation de la puissance nominale. De ce point de vue, les transformateurs multi-enroulements sont préférés à plusieurs transformateurs à double enroulement.

Lors du développement de la conception des transformateurs, ils essaient d'augmenter le facteur de remplissage de la fenêtre centrale avec des enroulements, car cela augmente la valeur de la puissance nominale S un type. Pour atteindre cet objectif, des conducteurs d'enroulement rectangulaires sont utilisés. Il convient de noter que dans les calculs pratiques, la formule (9) est convertie en une forme plus pratique.

(10)

Lors du calcul d'un transformateur pour une puissance donnée à une charge, sur la base de l'expression (10), le produit est déterminé s de s D'ACCORD. Ensuite, selon le livre de référence, un type et une taille spécifiques du circuit magnétique du transformateur sont sélectionnés, pour lesquels ce paramètre sera supérieur ou égal à la valeur calculée. Ensuite, ils commencent à calculer le nombre de tours dans les enroulements primaire et secondaire. Calculez le diamètre du fil et vérifiez si les enroulements s'insèrent dans la fenêtre du circuit magnétique.

Littérature:

Avec l'article "Puissance du transformateur" lire:

http: // site / BP / KlassTransf /

http: // site / BP / SxZamTransf /

Pour le bon choix un transformateur de toute nature en fonction de la puissance des appareils électriques qui y sont connectés, vous devez connaître plusieurs règles importantes. Cela s'applique à la fois à l'étude du matériel théorique et à la prise en compte des conditions locales, des paramètres et des «goulots d'étranglement» du réseau électrique local.

D'après les fondements théoriques de l'électrotechnique, on sait que la puissance nominale de tout enroulement d'un simple transformateur à deux enroulements est la même et est calculée par la formule SHOM \u003d U * I (VA), comme le produit de la tension d'enroulement par le courant qu'il contient. Cependant, un tel transformateur lui-même est composé de deux inducteurs et sa puissance nominale totale est la somme de deux composants - la puissance active et la puissance réactive. La formule de calcul de la puissance apparente S2 \u003d P2 + Q2, son carré est égal à la somme des carrés des composantes, ils sont généralement représentés par des vecteurs à un angle de 900, l'hypoténuse de ce triangle rectangle est le vecteur de puissance totale. Pour faciliter les calculs, un facteur de charge a été introduit cosφoù φ - l'angle entre les vecteurs de puissance active et apparente.

Vous demandez - pourquoi avons-nous besoin de cela? Et tout est extrêmement simple - le transformateur est sélectionné en tenant compte du chauffage maximal autorisé des enroulements (sinon l'isolation vieillit rapidement et tout le transformateur tombe en panne), et le chauffage n'est créé que par le composant actif de la puissance, qui peut être calculé par la formule P \u003d UIcosφ, qu'est-ce que cosφ on le sait déjà, pour un transformateur sa valeur calculée est prise cosφ \u003d 0,8... Valeur R en watts (W) est la puissance totale de tous les appareils électriques qui sont censés être connectés au transformateur, car ils sont, dans une écrasante majorité, consommateurs d'une charge active. Mais la puissance totale du transformateur ( qui est écrit dans son passeport) est déterminé en unités de volts-ampères (VA, kVA) et son rapport avec la puissance active des consommateurs en sortie peut être déterminé par la formule S \u003d P / 0,8, c'est-à-dire que vous devez choisir la puissance du transformateur environ 20% de plus que celle que vous souhaitez y connecter. C'est strictement théorique, mais ce n'est pas tout.

Pour les transformateurs de faible puissance, il est également important de prendre en compte la diffusion propre et externe du champ magnétique. Son chauffage dans un espace confiné et en l'absence de refroidissement forcé est également important. La meilleure performance à cet égard est donnée par un transformateur toroïdal, où les enroulements sont uniformément enroulés le long du noyau. Les transformateurs à tige et les autotransformateurs sont beaux. Et un autre point important - la qualité de l'électricité dans le réseau!

Si un transformateur est acheté pour des endroits où il y a souvent une chute de tension, la réserve de marche doit être augmentée, car avec une tension réduite, la composante actuelle de la puissance augmente, et c'est elle qui donne l'énergie de chauffage des enroulements. Ainsi, sur la base du calcul théorique et en tenant compte de l'état réel du réseau électrique dans la zone de l'installation du transformateur, nous pouvons certainement recommander l'achat d'un transformateur avec une réserve de marche de 30% de la consommation estimée. Cela lui permettra de fonctionner longtemps et de manière fiable.