10. Последовательность и предварительное определение мощности силовых трансформаторов.

Выбор оптимальной мощности трансформаторов должен производиться в соответствии с величиной и характером электрических нагрузок. При этом должны быть учтены как экономические требования (в нормальном режиме), так и возможные в эксплуатации кратковременные и длительные перегрузки.

Различают выбор мощности распределительных трансформаторов и трансформаторов ГПП.

Выбор мощности распределительных трансформаторов должен производиться на основании технико-экономических расчетов. Предварительный выбор мощности производится либо по удельной плотности нагрузки, либо по рекомендуемым коэффициентам загрузки..

Определение мощности трансформаторов по удельной плотности нагрузок производится для цехов при известной плотности нагрузки в кВА/(квадратный метр). При плотности нагрузки менее 0,2 кВА/м² целесообразно применять трансформаторы мощностью 1000 кВА и менее. При плотности нагрузки 0,2 кВА/м² и более целесообразно применять трансформаторы мощностью 1600-2500 кВА.

Определение мощности трансформаторов по коэффициенту загрузки производится при отсутствии данных об удельной плотности нагрузок. В том числе, как для цехов, так и для промысловых объектов, При этом для трансформаторов распределительных подстанций следует, как правило, принимать следующие коэффициенты загрузки:

- для объектов с преобладающей нагрузкой I категории при двухтрансформаторных подстанциях - 0,65-0,7;

- для цехов с преобладающей нагрузкой II категории при однотрансформаторных подстанциях с взаимным резервированием трансформаторов - 0,7-0,8;

- для цехов с преобладающей нагрузкой II категории при возможности использования централизованного резерва трансформаторов и для цехов с нагрузками III категории - 0,9-0,95.

Предварительный выбор мощности трансформаторов ГПП и ПГВ следует производить в соответствии с нормами технологического проектирования понижающих подстанций с высшим напряжением 35-750 кВ. При этом при выходе из работы одного трансформатора оставшийся в работе трансформатор должен обеспечивать работу предприятия на время замены выбывшего трансформатора с учетом возможного ограничения нагрузки без ущерба для основной деятельности предприятия и с использованием допустимой перегрузки трансформатора.

Наивыгоднейшая мощность трансформатора соответствует минимуму приведенных затрат, которые учитывают капитальные затраты на строительство и монтаж трансформаторных подстанций (включая стоимость трансформаторов) и текущие затраты, связанные с эксплуатацией, в том числе и стоимость потерь электроэнергии в трансформаторах.

С другой стороны известно, что минимальные потери мощности в трансформаторе имеет место при коэффициенте загрузки

,

где Р_О и Р_К - паспортные значения потерь мощности в стали (потери холостого хода) и в обмотках (нагрузочные потери). Для понижающих силовых трансформаторов, применяющихся в электрических сетях промышленных предприятий, значения _Э находятся в интервале 0,36 - 0,59. Однако при такой низкой загрузке трансформаторов возрастает установленная мощность трансформатора, а следовательно и доля капитальных затрат на трансформаторы. Поэтому оптимальный коэффициент загрузки трансформаторов , учитывающий не только потери мощности в трансформаторе, ни и потери мощности в питающей сети, капитальные затраты на строительство и монтаж трансформаторных подстанций, как правило выше, чем _Э. На стадии проектирования рекомендуется для трансформаторов ГПП  = 0,65-7 [13].

При этом номинальная мощность трансформаторов распределительных подстанций и трансформаторов ГПП определяется по выражению

, (6.1)

где S_T - полная расчетная мощность нагрузки, передаваемая через N трансформаторов, на пятый год эксплуатации.

Для ГПП в качестве S_T рекомендуется принимать расчетную (максимальную) мощность S_Р (S_М) получасового максимума, а для всех остальных трансформаторов, в том числе для распределительных подстанций, - среднюю мощность S_СМ за наиболее нагруженную смену.

При температуре охлаждающей среды, отличающейся от стандартной (20^оС), при выборе номинальной мощности трансформатора должна быть учтена температура охлаждающей среды. Температура охлаждающей среды влияет на тепловой режим трансформатора, а, следовательно, и на допустимый коэффициент нагрузки. Если температура охлаждающей среды отличается от стандартной, а нагрузка трансформатора в течение некоторого времени значительно не изменяется, то при расчете допустимой нагрузки трансформатора в ГОСТ 14209 [11] рекомендуется пересчитать допустимый ток (мощность) нагрузки. При этом значение приемлемого коэффициента нагрузки  в формуле (6.1) можно умножить на коэффициент учета температуры. Значения этого коэффициента для продолжительного режима приведены в таблице 6.1 для различных температур охлаждающей среды [11].

Таблица 6.1

Допустимые коэффициенты нагрузки для продолжительного режима при различных температурах охлаждающей среды

(охлаждение типа М. Д . ONAN, ON, OF и OD)

Температура охлаждающей средыС	Трансформаторы
	распределительные	средней и большой мощности
	ONAN (М)	ONAN (М )	ONAF (Д)
-25	1,37	1,33	1,33
-20	1,33	1,30	1,30
-10	1,25	1,22	1,22
0	1,17	1,15	1,15
10	1,09	1,08	1,08
20	1,00	1,00	1,00
30	0,91	0,92	0,92
40	0,81	0,82	0,82

В процессе работы нагрузка трансформатора может изменяться и в отдельные моменты времени может превышать номинальную. Для учета возможных в эксплуатации кратковременных и длительных перегрузок номинальную мощность трансформаторов целесообразно выбирать в следующей последовательности. Сначала предварительно рассчитывают целесообразную мощность трансформатора по (6.1) исходя из рекомендуемых коэффициентов нагрузки в нормальном режиме и намечают два варианта с номинальными мощностями (из стандартного ряда), ближайшими к рассчитанному значению. В общем случае целесообразно принимать ближайшую большую и ближайшую меньшую номинальные мощности. Однако, если расчетное значение номинальной мощности оказалось вблизи одного из стандартных значений, то может оказаться целесообразным принять стандартные значения номинальной мощности в обоих вариантах либо в большую, либо в меньшую сторону.

Выбранные трансформаторы проверяют:

- на допустимую систематическую нагрузку в нормальном режиме схемы электроснабжения;

- на допустимую кратковременную аварийную перегрузку (при срабатывании АВР) без учета разгрузки трансформатора;

- на допустимую продолжительную аварийную перегрузку в послеаварийном режиме схемы электроснабжения с учетом разгрузки трансформатора оперативным персоналом путем отключения части неответственных электроприемников (потребителей), если такое отключение возможно и допустимо для данного потребителя.

Допустимые систематические и аварийные перегрузки для масляных трансформаторов мощностью до 100 МВ·А включительно – установлены в ГОСТ 14209-97 [11], а для сухих трансформаторов и трансформаторов с негорючим жидким диэлектриком - в стандартах или технических условиях на конкретные группы или типы трансформаторов.

Режим допустимых систематических нагрузок. Режим систематических перегрузок допустим неограниченное время, если:

- износ изоляции за время цикла не превышает номинального (Н_РАСЧ < 24 часов);

- температура верхних слоев масла Q_М <95⁰С;

- температура верхней наиболее нагретой точки обмотки Q_ННТ <140⁰С;

- наибольший ток нагрузки не более 1,5 I_НОМ (К_З.М<1.5).

Режим допустимых продолжительных аварийных перегрузок. Если износ изоляции за сутки Н_РАСЧ > 24 часов. то режим перегрузки относят к аварийным, Режим аварийных перегрузок допустим. если

–если продолжительность его за время цикла не превышает расчетную допустимую (Т_ПЕР<Т_ДОП);

- температура верхних слоев масла Q_М <115⁰С;

- температура верхней наиболее нагретой точки обмотки Q_ННТ <160⁰С;

- наибольший ток нагрузки не более 2.0 (I_НОМ (К_З.М<2,0).

Режим допустимых кратковременных аварийных перегрузок – нормируется ПТЭЭП.

2.1.21. В аварийных режимах допускается кратковременная перегрузка трансформаторов сверх номинального тока при всех системах охлаждения независимо от длительности и значения предшествующей нагрузки и температуры охлаждающей среды в следующих пределах:

Масляные трансформаторы:

 перегрузка по току, % 30 45 60 75 100    длительность перегрузки, мин. 120 80 45 20 10    

Сухие трансформаторы:

  перегрузка по току, % 20 30 40 50 60    длительность перегрузки, мин. 60 45 32 18 5.  

Если трансформаторы в обоих вариантах проходят все проверки, то проводят технико-экономические расчеты и окончательное решение принимают на основе сопоставления вариантов по приведенным затратам.