1.3.6 Трансформаторы напряжения
Трансформаторы напряжения используются в наружных и внутренних электроустановках напряжением от 0,4 до 1250 кВ. Они предназначены для включения катушек напряжений и аппаратов защиты, измерения и контроля напряжения, расширение пределов измерения приборов, а также для отделения цепей измерительных приборов и аппаратов защиты от сети высокого напряжения.
К вторичной обмотке трансформатора напряжения подключается параллельно вольтметр. Конструкция ТН. такова, что напряжение на вторичной обмотке U=const (100В). В редких случаях, напряжение на вторичной обмотке может быть U=(100/1,71)В.
Наличие в главной схеме трансформаторной подстанции измерительных трансформаторов обеспечивает высокую надёжность работы подстанции и является экономически выгодным, т.к. материальные затраты на их обслуживание является небольшими.
1.3.7 Силовые трансформаторы
Силовые трансформаторы – это электростатические устройства, предназначенные для трансформации напряжения при неизменной частоте сети, имеющих 2 силовых обмотки связывающихся между собой магнитной связью.
СТ устанавливаются, как правило, на электростанциях и распределительных подстанциях для обеспечения связей с энергосистемой и преобразование с целью электроснабжения потребителей.
В зависимости, от роли в энергосистеме, трансформаторы бывают:
ü Повышающие;
ü Понижающие.
Повышающие силовые трансформаторы применяются на электростанциях и повышающих электроподстанциях для передачи больших значений мощности на большие расстояния с небольшими потерями.
Понижающие силовые трансформаторы применяются на распределительных подстанциях для трансформации той мощности и энергии, которая была получена в результате выработки на ЭС и преобразована на повышающих подстанциях.
В основном, на станциях и подстанциях устанавливаются трехфазные трансформаторы. Они различаются по номинальному напряжения первичной обмотки (ВВ) и вторичной (НВ), в соотношении которых, находится коэффициент трансформации; числу фаз, мощности, исполнению.
По исполнению силовые тр-ры бывают – повышающие либо понижающие, с регулировкой коэффициента трансформации под нагрузкой или в её отсутствии; стержневые или броневые виды магнитопровода, расположению обмоток и т.д..
В большинстве случаев, трансформаторы изготавливаются 2-х обмоточные.
Но бывают СТ и 3-х обмоточные. Их применяют тогда, когда на подстанции выдачи мощности надо производить на 2-х напряжениях.
Такие обмотки называются – обмотки верхнего, нижнего и среднего напряжения.
Параметры трансформатора:
v Полная мощность;
v Частота сети;
v Номинальное напряжение;
v Номинальный ток;
v Потери активной и реактивной мощности;
v КПД
v Напряжение короткого замыкания;
v Ток холостого хода;
v Потери на ХХ и КЗ.
Обмотки трансформатора различаются по классу нагревостойкости от А (105 гр.ц) до С (свыше 180 гр.ц).
По конструктивному исполнению и типу охлаждения СТ бывают – сухие либо масляные; с дутьём и принудительной циркуляцией масла, с масловодяным охлаждением и естественным.
Силовые трансформаторы являются определяющими элементами для определения вариантов главной схемы, исходя из экономических соображений.
2. Расчётная часть
2.1 Расчёт и выбор силовых трансформаторов
Определим суммарную активную мощность всех потребителей:
P = P1 + P2 + P3 + P4 + P5 + P6 + P7 + P8 + P9 + P10 =
15 + 20 + 60 + 8 + 16 + 14 + 20 + 16 + 12 + 10 = 191 кВт.
Рассчитаем суммарную реактивную нагрузку:
cos = 0,8 --- 36;
tg 36о= 0,72.
Q = P * tg = 191 * 0,72 = 136 кВар.
Суммарная полная мощность нагрузки равна:
Sp = sqrt( P2 + Q2 ) = sqrt( 1912 + 1362 ) = 235 кВт.
Sодного трансформ. = Sном / 2 = 235 / 2 = 117,5 кВт;
Выбираем 2 * 250 кВ*А трансформатора;
Sнт = 250 кВ*А;
Определим коэффициент загрузки трансформатора:
Кзагр = Sнт / 2 * Sp = 250 / 2 * 235 = 0,53;
Найдём аварийную перегрузку трансформатора:
Spa = 1,5 * Sнт = 250 * 1,5 = 375 кВ*А;
Spa > Sp;
375 > 235 кВ*А – удовлетворяет условие;
Исходя из расчётных данных, выбираем 2 силовых трансформатора марки
ТМ 250/10 – Трансформатор силовой, 3-х фазный, 2-х обмоточный; с масляным охлаждением; номинальная мощность составляет 250 кВт; ВН – 10 кВ, НН – 0,4 кВ; Uк = 4,5% ; Iхх = 2,3% ; соединение обмоток: первичная – звезда, вторичная – звезда с заземлённой нейтралью; потери: на холостой ход – 740 Вт, на короткое замыкание – 3700 Вт. Выбор именно 2-х трансформаторной электрической подстанции связан с первой категорией электроснабжения электроприёмников. Номинальная мощность трансформатора составляет 250 кВ*А и взята с запасом на случай расширения данной ТП, и увеличения числа и мощности нагрузки потребителей.
2.2 Расчёт потерь и выбор токоведущих частей по стороне 0,4 кВ
Выбор сечения и марки кабеля для первого потребителя по расчётному току и потерям напряжения:
L1 = 0,03 км; r0 = 11,75 Ом/км - S = 2,5 мм2 ;
P1 = 15 кВт; x0 = 0 - S = 2,5 мм2 ;
сos = 0,8;
Uн = 0,4 кВ.
I1 = P1 / (*cos) = 15 / (1,71 * 0,4 * 0,8) = 27,4 А;
По длительно допустимому току выбран кабель марки АВВГ с сечением жилы 3*2,5 мм2 при прокладке земле. Ток плавления составит 141 А.
= = 27,4 * 0,03 * (11,75 * 0,8) / 0,38 * 100% = 3,5% ; U = 366 В;
Потери составляют 3,5% при допустимых 5% - Норма!
По потерям напряжения выбран кабель марки АВВГ с сечением жилы 3*2,5 мм2 при прокладке в земле.
Выбор сечения и марки кабеля для второго потребителя по расчётному току и потерям напряжения:
L2 = 0,4 км; r0 = 7,85 Ом/км – S = 4 мм2
P2 = 20 кВт; x0 = 0 - S = 4 мм2 ;
cos = 0,8; r01 = 0,589 Ом * км – S = 50 мм2 ;
Uн = 0,4 кВ. x01 = 0,083 Ом * км - S = 50 мм2 .
I2 = P2 / (*cos) = 20 / (1,71 * 0,4 * 0,8) = 36,6 А;
= 36,6 * 0,4 * (7,85 * 0,8) / 0,38 * 100% = 42,3%; U = 219,23 В;
Потери составляют 42,3% при допустимых 5%. – Недопустимо!
По потерям напряжения выбран кабель марки АВРГ с сечением жилы *50 мм2 при прокладке в земле. Потери напряжения составят 3,8% при допустимых 5%. Ток плавления составит 201 А.
Выбор сечения и марки кабеля для третьего потребителя по расчётному току и потерям напряжения:
L3 = 0,6 км; r0 = 1,17 Ом * км;
P3 = 60 кВт; x0 = 0,091 Ом * км;
cos = 0,8; r01 = 0,159 Ом * км;
Uн = 0,4 кВ. x01 = 0,073 Ом * км;
I3 = P3 / (*cos) = 60 / (1,71 * 0,4 * 0,8) = 110 А;
По длительно допустимому току выбран кабель марки АВРГ с сечением жилы 3*25 мм2 при прокладке земле. Ток плавления составит 794 А.
=
110 * 0,6 * (1,17 * 0,8 + 0,091 * 0,8) / 0,38 * 100% = 31,2 %; U = 257,8 В.
Потери составляют 31,2% при допустимых 5%. – Недопустимо!
По потерям напряжения выбран кабель марки АСБГ с сечением жилы 3*50 мм2 при прокладке в земле.
Выбор сечения и марки кабеля для четвёртого потребителя по расчётному току и потерям напряжения:
L4 = 0,03 км; r0 = 11,75 Ом * км; - S = 2,5 мм2 ;
P4 = 8 кВт; x0 = 0 - S = 2,5 мм2 ;
cos = 0,8;
Uн = 0,4 кВ.
I4 = P4 / (*cos) = 8 / (1,71 * 0,8 * 0,4 ) = 14,6 А;
По длительно допустимому току выбран кабель марки АВВГ с сечением жилы 3*2,5 мм2 при прокладке в земле. Ток плавления составляет 141 А.
= 14,6 * 0,03 * ( 11,75 * 0,8) = 2%; U = 372,3 В.
Потери составляют 2% при допустимых 5% - Норма!
По потерям напряжения выбран кабель марки АВВГ с сечением жилы 3*2,5 мм2 при прокладке в земле.
Выбор сечения и марки кабеля для пятого потребителя по расчётному току и потерям напряжения:
L5 = 0,15 км; r0 = 7,85 Ом * км - S = 4 мм2 ;
P5 = 16 кВт; x0 = 0 - S = 4мм2 ;
cos = 0,8; r01 = 1,84 Ом * км – S = 16 мм2 ;
Uн = 0,4 кВ. x01 = 0,102 Ом * км – S = 16 мм2
I5 = P5 / (*cos) = 16 / (1,71 * 0,4 * 0,8) = 29,3 А;
По длительно допустимому току выбран кабель марки АВВГ с сечением жилы 3*4 мм2 при прокладке земле.
= = 29,3 * 0,15 * (7,85 * 0,8) / 0,38 * 100% = 12,8%; U = 331,3 В;
Потери составляют 12,8% при допустимых 5%. – Недопустимо!
По потерям напряжения выбран кабель марки АВРГ с сечением жилы *16 мм2 при прокладке в земле. Потери напряжения составят 2,1% при допустимых 5%. Ток плавления составляет 201 А.
Выбор сечения и марки кабеля для шестого потребителя по расчётному току и падению напряжения
L6 = 0,04 км; r0 = 11,75 Ом * км – S = 2,5 мм2 ;
P6 = 14 кВт; x0 = 0 - S = 2,5 мм2 ;
Uн = 0,4 кВ;
cos = 0,8.
I6 = P6 / (*cos) = 14 / (1,71 * 0,4 * 0,8) = 25,6 А;
По длительно допустимому току выбран кабель марки АВВГ с сечением жилы 3*2,5 мм2 при прокладке земле. Ток плавления составляет 141 А.
= 25,6 * 0,04 * (11,75 * 0,8) / 0,38 * 100% = 4,7%; U = 361,9 В
Потери составляют 4,7% при допустимых 5%. – Норма!
По потерям напряжения выбран кабель марки АВВГ с сечением жилы 3*2,5 мм2 при прокладке в земле.
Выбор сечения и марки кабеля для седьмого потребителя по расчётному току и потерям напряжения:
L7 = 0,06 км; r0 = 7,85 Ом * км - S = 4 мм2 ;
P7 = 20 кВт; x0 = 0 - S = 4 мм2 ;
Uн = 0,4 кВ; r01 = 4,9 Ом * км - S = 6 мм2 ;
cos = 0,8. x0 = 0 - S = 6 мм2 ;
I7 = P7 / (*cos) = 20 / (1,71 * 0,4 * 0,8) = 36,6 А;
По длительно допустимому току выбран кабель марки АВВГ с сечением жилы 3*4 мм2 при прокладке земле.
= 36,6 * 0,06 * ( 7,85* 0,8) / 0,38 * 100% = 6,4%; U = 355,6 В
Потери напряжения состаляют 6,4% при допустимых 5% - Недопустимо!
По потерям напряжения выбран кабель марки АВВГ с сечением жилы 3*6 мм2 при прокладке в земле. Потери напряжения составят 4,3% при допустимых 5%. Ток плавления составляет 201 А.
Выбор сечения и марки кабеля для восьмого потребителя по расчётному току и потерям напряжения:
