Перегрузка силовых трансформаторов по ПУЭ

Режим работы силовых трансформаторов и регулирование напряжения в распределительных сетях

В типовых проектах ТП (РТП) предусматривается раздельная работа трансформаторов на стороне ВН и НН, но в отдельных случаях может потребоваться включение трансформаторов на параллельную работу (параллельное соединение как первичных, так и вторичных обмоток).

Параллельная работа трансформаторов допускается при условии: тождественности  групп  соединения  обмоток трансформаторов; равенстве коэффициентов трансформации трансформаторов; равенстве напряжений короткого замыкания (Ш) трансформаторов. Параллельная работа трансформаторов с отношением номинальных мощностей более 3-х не рекомендуется.

Включение трансформаторов на параллельную работу возможно только после предварительной горячей фазировки на стороне НН индикатором со светящейся шкалой или вольтметром. Фазы трансформаторов считаются совпавшими, если на одноименных фазах показания вольтметра или индикатора равны нулю.

Пример фазировки в «горячую» 2-х силовых трансформаторов, имеющих заземленные нулевые точки вторичных обмоток и одинаковые группы соединения Y/Yh-0 (или D/Yh-1 1), показан на рис. 1.

Напряжение измеряется вначале между одноименными фазами, а затем между разноименными (см.табл.)

Таблица измеряемых напряжений

Напряжение между зажимами
Сдвиг фаз	a1 -а2	a1- в2	a1 — с2
(часов)	в1 — в2	в1 -с2	в1 -а2
c1 -с2	c1 — а2	c1 -в2
		Uл	Uл

В приведенном примере параллельная работа возможна при соединении одноименных зажимов.

Нагрузочная способность силовых трансформаторов

(в соответствии с ГОСТ, ПУЭ и ПТЭ)

Для трансформаторов, в зависимости от условий эксплуатации, определяемых графиком нагрузки и t° охлаждающей среды, допускаются аварийные и систематические перегрузки. В аварийных случаях масляные трансформаторы с системами охлаждения М и Д допускают одну из следующих кратковременных перегрузок сверх номинального тока (независимо от длительности предшествующей нагрузки, температуры охлаждающей среды и места установки)

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

В аварийных случаях, если коэффициент начальной нагрузки не более 0,93, масляные трансформаторы с системой охлаждения М и Д допускают в течение не более 5 суток перегрузку на 40% сверх номинального тока на время максимумов нагрузки общей продолжительностью не более 6 часов в сутки М — естественная циркуляция масла и воздуха

Д — естественная циркуляция масла и принудительная циркуляция воздуха.

[su_box style="default" title="" box_color="#8A1B00" radius="0"]

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

[/su_box]

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

С учетом вышеприведенных значений кратковременных перегрузок масляных и сухих трансформаторов выбирается режим максимально допустимых (расчетных по проекту) перегрузок трансформаторов в 2-х лучевой схеме сети.

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

Вентиляция помещений трансформаторов должна обеспечить отвод выделяемого ими тепла в таких количествах, чтобы при их нагрузке, с учетом перегрузочной способности и максимальной расчетной температуре окружающей среды, нагрев трансформаторов не превышал максимально допустимых значений.
Вентиляция помещений трансформаторов должна быть выполнена таким образом, чтобы разность температур воздуха, выходящего из помещения и входящего в него, не превышала 15°С.

Регулирование напряжения

Согласно ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» нормально допустимые установившиеся отклонения напряжения на выводах электроприемников должны быть в пределах ±5% от номинального напряжения (380/220 В; 6  и 10 кВ), а предельно допустимые установившиеся отклонения — ±10% (в ненормальных режимах работы сети). Исходя из этих нормативов, напряжение в контрольных точках сети, обеспечивающее допустимые уровни напряжения у электроприемников, должно быть в пределах: на вводе в здание: от 368/214 В (-3%) до 400/230 В (+5%) на сборке н/н в ТП: от 380/220 В (Uном) до 400/230 В (+5%) на шинах кВ ТП (РП) от 6 кВ (Uном) до 6,6кВ (+10%)

от 10 кВ (Ином) до 10,6 кВ (+6%)

Основными причинами отклонения напряжения от допустимых значений могут быть: отклонение напряжения от утвержденного суточного графика на шинах 6-10 кВ ЦП; возникновение технологических нарушений в электросетях электрических сетей, потребителей; неправильное использование регулировочных устройств сетевых трансформаторов электрических сетей, потребителей; отсутствие стабилизирующих устройств в электрической сети потребителей с электроприемниками, ухудшающими качество электроэнергии в сетях внешнего электроснабжения; несоответствие схем внутреннего электроснабжения требованиям ПУЭ; другие. При поступлении жалоб потребителей на качество напряжения районом электрических сетей должны быть в кратчайшие сроки установлены причины отклонения и приняты меры по их устранению (устранение неисправностей в электросетях, переключение ответвлений обмоток сетевых трансформаторов, изменение схемы электроснабжения участка сети, приведение напряжения на шинах 6-10 кВ ЦП к утвержденному суточному графику и другие). В отдельных случаях персоналом электрических сетей должны быть установлены приборы контроля ПКЭ в контрольных точках сети с целью определения причин недопустимого отклонения напряжения. По выполнении мероприятий составляется 2-х сторонний Акт проверки качества напряжения в точке токораздела сети между электрическими сетями и потребителем. При поступлении массовых жалоб потребителей на повышенное сверх допустимых отклонений напряжение и невозможности персоналом ЦП восстановить нормальное напряжение (в пределах суточного графика) оперативный персонал электрических сетей обязан в кратчайшие сроки. при повышении напряжения свыше 3% от утвержденного суточного графика перевести электропитание потребителей на другие ЦП;

при повышении напряжения свыше 10% от утвержденного суточного графика принять срочные меры для исключения повреждения оборудования, возникновения пожаров: перевод нагрузки на другие ЦП «в цикле АВР», «раз на раз» и, в исключительных случаях, отключение потребителей (с учетом категорийности электроснабжения и характера производства).

Источник: https://forca.ru/instrukcii-po-ekspluatacii/srs/rezhim-raboty-silovyh-transformatorov-i-regulirovanie-napryazheniya-v-raspredelitelnyh-setyah.html

Перегрузка трансформатора – режим, сокращающий срок эксплуатации устройства

Трансформатор – это электрический аппарат, служащий для преобразования переменного тока одного напряжения в другое. Принцип работы основан на электромагнитной индукции.

Какие бывают трансформаторы

Виды трансформаторов

Трансформаторы различаются по техническим характеристикам и назначению, они подразделяются на несколько видов, это:

1. Силовые – служат для преобразования электрической энергии в электрических сетях различного напряжения (0,4/10,0/35,0/110,0/220,0/500,0/1150,0 кВ) промышленной частотой 50 Гц. Устанавливаются на трансформаторных подстанциях и специально оборудованных основаниях и площадках. Различаются по конструкции системы охлаждения (масляные и сухие), количеству обмоток (2-х, 3-х и более обмоток).
2. Сетевые – используются для электроснабжения низковольтных приборов бытовых и прочих устройств. Различаются по количеству обмоток на вторичной стороне и выдаваемому напряжению (от 1,5 до 127,0 В), первичное напряжение при этом – 220 В. Это низкочастотные трансформаторы.
3. Автотрансформаторы – отличительной особенностью данных устройств является то, что одна обмотка является частью второй (первичная вторичной или вторичная первичной), благодаря чему появляется возможность регулировки напряжения на одной из обмоток.
4. Трансформаторы тока – устройства, первичная обмотка которых включается в цепь питания источника электрической энергии, а к вторичной подключаются приборы, рассчитанные на токи меньших значений. Используются в системах учета и контроля электрической энергии. Выпускаются на все классы напряжений. Главной технической характеристикой является коэффициент трансформации, определяющийся как отношение тока в первичной обмотке, к току во вторичной обмотке. Различаются по классу точности, различаются по типу изоляции (масляные, литые, газовые, сухие), по принципу преобразования тока (электромагнитные, электронно-оптические, магнито-полупроводниковые), по конструкции первичной обмотки (катушечные, проходные, шинные), по условиям размещения и типу трансформируемых величин.
5. Трансформаторы напряжения, измерительные – по принципу работы схожи с силовыми трансформаторами. Отличие в назначении – используются в системах учета и контроля качества электрической энергии.

Принцип работы

Работа трансформатора основана на принципе электромагнитной индукции, которая создается в магнитной сердечнике аппарата.

Электромагнитная индукция возникает под воздействием электрического тока проходящего в первичной обмотке устройства, и посредством ее возникает электрический ток во вторичной обмотке.

https://www.youtube.com/watch?v=yL4AU_FOro8

Первичная и вторичная обмотка устройства

Основные характеристики

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

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

Режимы работы трансформатора

1. Рабочий режим – когда устройство работает в соответствии с заданными техническими параметрами и в соответствии с предъявляемыми требованиями.
2. Режим холостого хода – в данном режиме работы в первичной обмотке протекает ток холостого хода, вторичная сеть – разомкнута (нагрузка отсутствует);
3. Режим короткого замыкания – аварийный режим работы, характеризуется замыканием вторичной обмотки накоротко.

Еще один режим, который может возникнуть в процессе эксплуатации – это режим перегрузки, характеризующийся еще не режимом короткого замыкания, но, тем не менее, параметрами, не соответствующими рабочему режиму работы.

Перегрузка трансформатора, ее виды

Совокупность допустимых нагрузок и перегрузок – определяет нагрузочную способность трансформатора.

Допустимая нагрузка – нагрузка, соответствующая номинальному режиму работы, неограниченная по времени, при которой не происходит износ изоляции обмоток, вызываемый нагревом в процессе работы.

Перегрузка – режим работы, вызванный подключением мощности нагрузки больше номинальной или температуры окружающей среды больше расчетной. При перегрузке происходит ускоренный износ изоляции обмоток.

Перегрузки бывают:

1. Систематические – вызванные суточным графиком работы. Такие режимы работы должны соответствовать допустимым коэффициентам перегрузки и времени их прохождения для каждого конкретного устройства.
2. Аварийные – вызванные аварийными ситуациями. Перегрузки данного вида бывают:

• Кратковременные;
• Длительные.

 Перегрузка масляных трансформаторов

Масляный трансформатор – силовой агрегат, в котором в качестве охлаждающей жидкости используется масло.

Режим работы аппаратов подобного типа регламентирован ГОСТ 14209-97 (МЭК354-91) «Руководство по нагрузке силовых масляных трансформаторов», который введен в действие в 2001 году.

Предельные значения температуры и тока для режима перегрузок:

Тип нагрузки	Трансформаторы
Распределительные	средней мощности	Большой мощности
Систематические
Значения электрического  тока (относительных единиц)	1,5	1,5	1,3
Температура наиболее нагретого участка, °С	140	140	120
Температура охлаждающего реагента (масла) в верхнем слое, °С	105	105	105
Аварийные, продолжительные
Значения электрического  тока (относительных единиц)	1,8	1,5	1,3
Температура наиболее нагретого участка, °С	150	140	130
Температура охлаждающего реагента (масла) в верхнем слое, °С	115	115	115
Аварийные, кратковременные
Значения электрического  тока (относительных единиц)	2,0	1,8	1,5
Температура наиболее нагретого участка, °С	См.примечания	160	160
Температура охлаждающего реагента (масла) в верхнем слое, °С	См.примечания	115	115

*Примечания:

• Для аварийных перегрузок, которые имеют кратковременный характер, предельные значения температуры охлаждающего реагента (масла) в верхнем слое и наиболее нагретого участка – не установлены. Причиной этого, является то, что при эксплуатации подобного типа оборудования, нет возможности осуществлять контроль продолжительности аварийной перегрузки данного типа трансформаторов.
• При эксплуатации распределительных трансформаторов необходимо не забывать, что при температуре превышающей 140-160 °С, возможно выделение пузырьков газа, снижающих электрическую прочность изоляции.

 Перегрузка трансформаторов тока

Устройство и режим работы устройств регламентированы ГОСТ 7746-2001 «Трансформаторы тока. Общие технические условия», принят Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол N 20 от 1 ноября 2001 г.) и введен в действие 01.01.2003 года.

https://www.youtube.com/watch?v=lj-i23-xzoc

Перегрузка данного типа аппаратов возникает при подключении нагрузки больше номинальной, в связи с этим, величина тока в первичной сети, увеличивается, что негативно отражается на изоляции устройства.

Коэффициент безопасности (перегрузка по первичному току) определяется заводом-изготовителем аппаратов, соответствует требованиям ГОСТ и МЭК и составляет 5 и 10.[/wpmfc_cab_sw]

Защита от перегрузки

Для создания безопасных и надежных условий  работы всех элементов электрических сетей и устройств, предусматриваются разнообразные системы защиты от не стандартных ситуаций, к которым относятся и режимы перегрузок.

Защита от перегрузок бывает основана на использовании:

• Предохранителей и автоматических выключателей;
• Релейной защиты (максимальная токовая защита; защита по току отсечки; защита от токов нулевой последовательности; дифференциальная токовая защита.)
• Газовой защиты;
• Пожарной защиты;
• Системой использования специальных программ и автоматизации процессов.

Требования к условиям защиты различных типов трансформаторов регламентированы Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) глава3.1 «Защита электрических сетей до 1 кВ» и глава 3.2 «Релейная защита».

Источник: https://master-houses.ru/peregruzka-transformatora/

Выбор мощности силового трансформатора

Выбор мощности силового трансформатора

Рациональная схема электроснабжения зависит от технически обоснованного подбора мощности трансформатора, влияющего на эксплуатационные затраты и окупаемость, которая возможна за 6 – 10 лет.

При выборе трансформатора руководствуются следующими критериями:

1. Категория электроснабжения – определяется количество трансформаторов. Объекты категории электроснабжения III – один трансформатор. Объекты II и I категории электроснабжения – два или в некоторых случаях три трансформатора. 
2. Перегрузочная способность – определение мощности трансформатора.
3. Суточный график распределения нагрузок – учет нагрузок по времени и дням в неделю.
4. Экономичный режим работы тр-ра. 

Выбор числа трансформаторов

Однотрансформаторные подстанции используются в двух случаях. Во-первых, для объектов III категории электроснабжения. Во-вторых, для потребителей, имеющих возможность резервирования электроснабжения с помощью АВР (автоматического включения резерва) с другого источника питания.

При питании потребителей I и II категории в аварийном режиме на двухтрансформаторной подстанции после срабатывания АВР целый трансформатор принимает на себя нагрузку неисправного. Поэтому его перегрузочной способности должно хватить на время замены вышедшего из строя трансформатора. В нормальном режиме трансформаторы работают недогруженными, что экономически нецелесообразно. Поэтому при аварийной ситуации некоторые потребители III категории электроснабжения отключают от сети.

Перерыв питания объектов II категории ограничен временем в одни сутки. Для восстановления схемы необходим стратегический складской резерв оборудования необходимого для ликвидации аварии. При этом мощность нового трансформатора должна быть идентична заменяемому. Таким образом, сокращается количество резервного оборудования.

Как выбрать силовой трансформатор по мощности

Сбор и анализ мощностей потребителей, запитанных от одного трансформатора, не всегда оказывается достаточным. 

Для производственных объектов руководствуются порядком ввода оборудования в работу. При этом учитывают, что все потребители не могут быть включены одновременно. Однако также принимают во внимание возможное увеличение производственной мощности.

Поэтому при расчете и выборе мощности силового трансформатора руководствуются графиком среднесуточной и полной активной нагрузки подстанции, а также длительностью максимальной нагрузки. Если рассчитывается трансформатор, который будет участвовать в электроснабжении объектов жилой инфраструктуры, то учитывают и время года. В зимнее время нагрузка увеличивается за счет включения электрического обогрева, летом – кондиционеров.

https://www.youtube.com/watch?v=tV1LrHsvDvI

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

Вид нагрузки	Интервалы нагрузки (кВ-А) для трансформаторов мощностью (кВ-А)
25	40	63	100	160	250	400	630
Производственные потребители, хоздворы, мастерские по обслуживанию сельскохозяйственной техники, стройцеха, овощехранилища и насосные станции водоснабжения, котельные	до 42	43-68	69-107	108-169	170-270	271-422	423-676	677-1064
Комунально-бытовые потребители — общественные и административные предприятия (школы, клубы, столовые, бани, магазины) в сочетании с жилыми домами	до 44	45-70	71-110	111-176	177-278	279-435	436-696	697-1096
Сельские жилые дома, группы сельских жилых домов (как правило, одноэтажной застройки)	до 45	46-72	73-113	114-179	180-286	287-447	448-716	717-1127
Комунально-бытовые потребители поселков городского типа и городов районного подчинения	до 43	44-68	69-108	109-172	173-270	271-422	423-676	677-1064
Жилые дома, поселки городского типа и города районного подчинения	до 42	43-68	69-107	108-170	171-273	274-427	428-684	685-1077
Смешанная нагрузка с преобладанием (более 60%) производственных потребителей	до 42	43-67	68-106	107-161	162-257	258-402	403-644	645-1014
Со смешанной нагрузкой с преобладанием (более 40%) комунально-бытовых потребителей	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 мин или не более 1 часа, то тр-ор будет работать в недогруженном режиме. Поэтому выгоднее подбирать трансформатор с мощностью, приближенной к продолжительной максимальной нагрузке и полностью использовать перегрузочные возможности трансформатора с учетом систематических перегрузок в нормальном режиме.

В реальных условиях значение допустимой перегрузки определяется коэффициентом начальной загрузки. На выбор величины нагрузки влияет температура окружающего воздуха, в котором находится работающий трансформатор. 

Коэффициент загрузки всегда меньше единицы. 

Kн = Pc/Pmax = Ic/Imax ; где Pc, Pmax и Ic, Imax – среднесуточные и максимальные мощности и тока.

Таблица №2 — Рекомендуемые коэффициенты загрузки силовых трансформаторов цеховых ТП. Коэффициент ограничивает перегрузку трансформатора оставляя по мощности некоторый запас.

Коэффициент загрузки трансформатора	Вид ТП и характер нагрузки
0,65…0,7	Двухтрансформаторные ТП с преобладающей нагрузкой I категории
0,7…0,8	Однотрансформаторные ТП с преобладающей нагрузкой II категории при наличии взаимного резервирования по перемычкам с другими подстанциями на вторичном напряжении
0,9…0,95	ТП с нагрузкой III категории или с преобладающей нагрузкой II категории при возможности использования складского резерва трансформаторов

Таблица №3 — длительности и величины перегрузки при аварийных режимах с принудительным охлаждением масла устанавливается по заводским параметрам.  ПТЭ и ПТБ электроустановок тб. ЭП-4-1

Нагрузки в долях номинальной по току	Допустимая длительность, мин
Маслонаполненные трансформаторы	Сухие трансформаторы
1,21,31,41,51,61,75 2,00	—1209070452010	604532185——

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

Рисунок 1 — Расчетный график нагрузки. 1 – суточный по факту; 2 – двухступенчатый эквивалентный фактическому

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

[su_box style="default" title="" box_color="#FF643F" radius="0"]

Второй период – коэффициент перегруза kпер.= 1,27 и временем – 4 часа. Значит, перегрузки определяются графиком нагрузки преобразованном в эквивалентный график с учетом тепла. Допустимая нагрузка тр-ра зависит от номинальной нагрузки, ее длительности и максимального пика, определяется по коэффициенту превышения нагрузки:

[/su_box]

kпер = Iэ max / Iном

коэфф ициент начальной нагрузки 

kн.н. = Iэ.н./ Iном 

Iэ max – эквивалентный максимум нагрузки;

Iэ.н  — эквивалентная начальная нагрузка.

https://www.youtube.com/watch?v=d9uxnSX9KYw

Перегрузки трансформаторов допустимы, но их возможности: время и величина ограничены нормативами, установленными заводом изготовителем. Правила ПТЭЭП, глава 2. 1. 20 и гл. 2. 1. 21. ограничивают перегрузку трансформатора до 5%. 

Таблица №4 — Перегрузка по времени для масляных трансформаторов

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

Таблица №5 — Перегрузка по времени для сухого трансформатора

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

Вентиляция помещения электроустановки должна обеспечить отвод тепла, чтобы при перегрузке и максимальной температуре воздуха нагрев трансформатора не превышал допустимое значение. Часто в условиях жары на отдаленных от населенных пунктов месторождений прибегают к естественной вентиляции, открывая двери трансформаторного отсека.

Правила ПУЭ разрешают максимальный послеаварийный перегруз трансформатора до 40% на время не более 6 часов в течение 5 суток.

Выбор силового трансформатора по расчетной мощности

Для выбора используют требования нормативных документов

Таблица №6 — Зависимости коэффициентов допустимой перегрузки масляных трансформаторов для одно, двух и трехтрансформаторных подстанций и коэффициента загрузки в обычном режиме работы

Коэффициент допустимой перегрузки масляного трансформатора, определенный согласно ГОСТ 14209-85	Коэффициент загрузки 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, предлагая покупателю трансформатор, предоставляет сведения о разрешенных перегрузках.

По нормам СН 174-75 «Инструкция по проектированию электроснабжения промышленных предприятий» для каждого объекта принимают различные коэффициенты загрузки:

• Двухтрансформаторная подстанция для нагрузки I категории – 0,65 до 0,7.

• Подстанция с одним трансформатором с резервированием для нагрузки II категории – от 0,7 до 0,8.

• Для нагрузки категории II и III с использованием резерва – 0,9-0,95.

Таким образом, можно сделать вывод, что нормальный режим трансформатора – это загруженность на 90 или даже 95%.

Выбор трансформатора по расчетной мощности заключается в сравнении полной мощности объекта (кВА) и интервалами допустимой нагрузки тр-ров для различных 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 (РФ, вместоСН 174-75). Указания по выбору числа и мощности тр-ров цеховых ТП – пп 6. 4. 3 – 6. 4. 10

2. Методические указания по выбору мощности силовых трансформаторов 10/0,4 кВ (РФ).

3. ГОСТ 52719-2007. «Руководство по нагрузке силовых масляных трансформаторов».

Источник: https://www.kesch.ru/info/articles/vybor-moshchnosti-silovogo-transformatora/

]]>