dimensionarea transformatoarelor
DESCRIPTION
Dimensionarea Transformatoarelor ElectriceTRANSCRIPT
-
TEMA 9:
DIMENSIONAREA
TRANSFORMATOARELOR ELECTRICE
Titular: Conf. inter., dr. Viorica HLUSOV
UNIVERSITATEA TEHNIC A MOLDOVEI
Chiinu, 2014 1
CURS PROIECTAREA SISTEMELOR DE ALIMENTARE CU ENERGIE
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
CUPRINS
2
1. Aspecte generale privind alegerea transformatoarelor din staiile electrice
2. Determinarea numrului optim de transformatoare din staii electrice i posturi de transformare
3. Determinarea puterii nominale tehnice a transformatoarelor
4. Determinarea puterii economice a transformatoarelor
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Aspecte generale privind alegerea transformatoarelor
3
Alegerea transformatoarelor din staii i posturi de transformare const n -
determinarea numrului de transformatoare cu care este echipat staia sau postul i
determinarea puterilor nominale ale transformatoarelor.
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Aspecte generale privind alegerea transformatoarelor
4
Soluionarea problemei se face n dou etape
se fundamenteaz soluiile pe baza criteriului economic (CTAmin) i
se verific soluiile alese n baza criteriului economic la cerinele tehnice specifice transformatoarelor.
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Aspecte generale privind alegerea transformatoarelor
5
Alegerea final a puterii nominale a transformatoarelor se efectueaz conform formulei
ec tehnom,TR nom,TR nom,TRS = max S , S
unde: reprezint puterea nominal economic
a transformatorului;
- puterea nominal tehnic.
,
ec
nom TRS
,
teh
nom TRS
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Aspecte generale privind alegerea transformatoarelor
6
La stabilirea numrului i puterii nominale a transformatoarelor pentru o staie sau un post de transformare
se presupune, c transformatoarele respective sunt identice.
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Determinarea numrului optim de transformatoare
din staii electrice i posturi de transformare
7
Numrul de transformatoare cu care se echipeaz o staie de transformare se stabilete n funcie de
categoria consumatorilor,
de mrimea i configuraia sarcinilor electrice
i reprezint o problem tehnico-economic.
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Determinarea numrului optim de transformatoare
din staii electrice i posturi de transformare
8
Structura cheltuielilor totale actualizate pentru o staie/post -
' ' " "TR 0 TR PW 0 TR PW
CTA = I nr E P / nr c P nr c
Soluia economic privind numrul de transformatoare se stabilete, de obicei, pe baza unor recomandri generalizate
sau prin metoda comparrii directe a variantelor.
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Determinarea numrului optim de transformatoare
din staii electrice i posturi de transformare
9
1. Consumatorii de categoria 0 au rezerv 100%. n cazul n
care se adopt un transformator a crui putere corespunde
ntregii puteri cerute de consumatorii de categoria 0, n staie
se vor instala cel puin dou transformatoare.
Determinarea numrului de transformatoare dintr-o staie electric
n funcie de categoria consumatorilor
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Determinarea numrului optim de transformatoare
din staii electrice i posturi de transformare
10
2. Consumatorii de categoria I - numrul de transformatoare se
stabilete astfel nct dac unul este scos din funciune,
celelalte s poat asigura necesarul de putere al acestor
consumatori. Se va ine cont de faptul c pentru asigurarea
alimentrii consumatorilor de categoria I se admite, n caz de
avarie, deconectarea automat a consumatorilor mai puin
importani.
Determinarea numrului de transformatoare dintr-o staie electric
n funcie de categoria consumatorilor
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Determinarea numrului optim de transformatoare
din staii electrice i posturi de transformare
11
2. Consumatorii de categoria I
n funcie de ponderea consumului de categoria I n cadrul consumului
total, se procedeaz astfel:
a) Atunci cnd sarcina de categoria I nu depete 50% din sarcina total,
se pot utiliza dou transformatoare astfel alese nct puterea fiecruia s
corespund la 50% din sarcina total. n caz de avarie a unui
transformator, cellalt va putea prelua receptoarele de categoria I.
b) Dac puterea consumatorilor de categoria I depete 50% din sarcina
total, se recomand utilizarea a trei transformatoare de putere egal, dou
din ele avnd suma puterilor egal cu sarcina total.
Determinarea numrului de transformatoare dintr-o staie electric
n funcie de categoria consumatorilor
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Determinarea numrului optim de transformatoare
din staii electrice i posturi de transformare
12
3. Consumatorii de categoria II - continuitatea n alimentarea cu
energie a consumatorilor de categoria a II-a se asigur prin legturi
de rezerv n reea. Nu se prevede rezerv instalat n
transformatoare.
4. Consumatorii de categoria a III-a - nu au rezerv.
Determinarea numrului de transformatoare dintr-o staie electric
n funcie de categoria consumatorilor
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Determinarea numrului optim de transformatoare
din staii electrice i posturi de transformare
13
Utilizarea mai multor transformatoare n staiile electrice mai este
indicat, independent de categoria consumatorilor, n urmtoarele
cazuri:
cnd graficul anual sau zilnic al sarcinii este neuniform;
cnd exist perspectiva extinderii;
dac puterea transformatorului este limitat la condiiile de transport sau la dimensiunile spaiului n care se monteaz;
n cazul sarcinilor concentrate de putere foarte mare;
atunci cnd condiiile specifice impun separarea instalaiilor de for de cele de iluminat.
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Determinarea numrului optim de transformatoare
din staii electrice i posturi de transformare
14
Folosirea a unui singur transformator poate fi indicat n urmtoarele cazuri:
la prima faz de construcie a staiei cu dou transformatoare la o cretere continue a sarcinilor. n acest caz, pe perioada de
funcionare a transformatorului, trebuie s existe o rezervare n
alimentarea cu energie prin reeaua de MT care se face de la alt
staie;
n cazul staiilor de JT/MT de distribuie public. Dac staia are un consum mixt (public i industrial) care cere un nivel mai
ridicat de rezervare, se instaleaz dou transformatoare.
n toate cazurile menionate, soluia aleas trebuie justificat tehnico-
economic.
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Determinarea puterii nominale tehnice
a transformatoarelor
15
La alegerea puterii nominale tehnice a transformatoarelor sunt
impuse urmtoarele restricii:
1) Puterea instalat a transformatorului trebuie s asigure tranzitul de
putere estimat pentru durata perioadei de studiu -
att n regim normal de funcionare,
ct i n regim de post-avarie.
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Determinarea puterii nominale tehnice
a transformatoarelor
16
n regim normal de funcionare, transformatorul cu puterea nominal
Snom,TR trebuie s permit tranzitarea sarcinii maxime pe durata de studiu.
Aceast condiie se descrie astfel:
max,T P
nom,TR
TR sar
S kS
nr k
unde: Smax,T reprezint sarcina maxim tranzitat prin staii pe perioada de studiu;
nrTR - numrul de transformatoare cu care este echipat staia;
kP - coeficient ce ine cont de pierderile de putere n transformatoare,
kP = 1,051,1;
ksar - coeficientul de sarcin, ksar = 0,80,9 (nTR = 2,,3),
ksar = 0,70,85 (nTR > 3).
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Determinarea puterii nominale tehnice
a transformatoarelor
17
n regim de post-avarie, puterea nominal tehnic aleas a
transformatorului se verific numai pentru staiile echipate cu dou sau
mai multe transformatoare.
Puterea nominal a transformatoarelor din staie, n regim de post-avarie,
se determin din condiia
max,T P
nom,TR
TR av
S kS
(nr 1) k
unde kav reprezint coeficientul de suprasarcin admisibil n regim, de
postvrie, kav = 1,4.
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Determinarea puterii nominale tehnice
a transformatoarelor
18
2) Valorile curenilor de scurtcircuit pentru echipamentele staiei i pentru
liniile electrice alimentate din aceast staie trebuie s fie mai mici
dect valoarea curentului de scurtcircuit admisibil pentru staia de
transformare
nom,TR
sc,adm
nom,2 sc,%
S 100I
3 U U
unde: Unom,2 este tensiunea nominal a nfurrii secundare;
Usc,% - tensiunea de scurtcircuit a transformatorului
(10-12% din tensiunea nominal).
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Determinarea puterii nominale tehnice
a transformatoarelor
19
3) S asigure pornirea celui mai mare motor sau autopornirea unui grup
de motoare racordate la staia de transformare, n cazul unei pauze de
tensiune, respectnd condiia
* *adm
p sc
1,05U U
1 S / S
unde: U* este valoarea relativ a tensiunii;
Sp - puterea electric absorbit de motor la pornire sau puterea
absorbit de grupul de motoare la autopornire;
Ssc - puterea de scurtcircuit la barele staiei la care sunt racordate
motoarele (aceast putere este proporional cu puterea nominal a
transformatoarelor Snom,TR);
U*adm - valoarea relativ a tensiunii admis la pornire sau autopornire. n
lipsa unor valori precizate se pot considera valorile de 0,85 pentru
cazul pornirii celui mai mare motor i 0,70 pentru cazul
autopornirii unui grup de motoare dup o pauz de tensiune.
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Determinarea puterii nominale tehnice
a transformatoarelor
20
Aplicarea restriciei 2 conduce ctre o putere maxim a transformatoarelor ce urmeaz a fi utilizate,
iar restricia 3 la o putere minim a transformatoarelor.
De aceea aceste dou restricii nu sunt utilizate n toate cazurile, pe cnd restricia 1 trebuie verificat n toate
cazurile.
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Determinarea puterii nominale tehnice
a transformatoarelor
21
Concluzie: Alegerea puterii transformatoarelor este dictat de
urmtoarele aspecte:
1) cnd ntr-un post exist mai multe transformatoare, la avaria unuia
din ele, cele rmase n funciune trebuie s permit alimentarea
sigur cu energie a consumatorilor conectai;
2) n regim normal de lucru, funcionarea transformatoarelor trebuie
condus dup graficul cel mai raional;
3) necesitatea dezvoltrii n timp a consumatorului, care poat s duc
la instalarea unor transformatoare mai puternice sau mrirea
numrului lor.
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Determinarea puterii nominale tehnice
a transformatoarelor
22
Pentru a respecta aceste condiii, se recomand:
instalarea de transformatoare cu ncrcare n regim normal de funcionare de 70-80% din puterea nominal;
admiterea suprancrcrii transformatorului, n timpul funcionrii de avarie, pn la 140% din puterea nominal a lui pe timp de dou
ore.
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Determinarea puterii nominale economice
a transformatoarelor
23
Dimensionarea economic a transformatoarelor se face n baza
metodei intervalelor economice de sarcin.
Pentru a determina intervalele economice de sarcin ale
transformatoarelor, trebuie s se construiasc curbele dependenei
CTA de valoarea sarcinii tranzitate CTA(Stranz).
Cheltuielile totale actualizate pentru transformatoare se determin
cu formula
2
max,0 ' " "sc
PW 0 PW
TR nom,TR
SPCTA = I E + c + P c
nr S
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Determinarea puterii nominale economice
a transformatoarelor
24
Figura 9.1. Intervalele economice de sarcin ale transformatoarelor
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Determinarea puterii nominale economice
a transformatoarelor
25
Pentru diferite tipo-dimensiuni de
transformatoare exist intervale de
sarcin (de putere sau de curent) de
utilizare economic.
De exemplu, pentru sarcini tranzitate
prin transformator cu valori mai mici
dect valoarea S este economic
utilizarea tipo-dimensiunii T1 a
transformatorului, iar pentru valori ale
sarcinii tranzitate prin transformator
cuprinse n intervalul ntre S
i S este economic de a utiliza tipo-
dimensiunea T2 a transformatorului
etc.
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Determinarea puterii nominale economice
a transformatoarelor
26
Pe cale analitic, valorile marginale ale intervalelor economice se
determin din condiia de egalitate a cheltuielilor totale actualizate pentru
fiecare pereche de trepte succesive de puteri nominale.
Pentru treptele -1 i valorile cheltuielilor totale actualizate se pot
determina
2
max,0 ' " "
-1 -1 sc,-1 PW 0 PW
nom,-1
SCTA = I E + P c + P c
S
2
max,0 ' " "
sc, PW 0, PW
nomTR,
SCTA =I E + P c + P c
S
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Determinarea puterii nominale economice
a transformatoarelor
27
Din egalitatea CTA-1 = CTA obinem urmtoarea expresie
" " " -1 -1 PWmarg0
sc,-1 sc, '
PW2 2
nomTR,-1 nomTR,
I - I E + P -P cS =
P P- c
S S
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Determinarea puterii nominale economice
a transformatoarelor
28
Tabelul 1. Tipurile transformatoarelor examinate
Cheltuielile totale actualizate pentru fiecare transformator au fost
calculate pentru rata de actualizare i = 10%/an, creterea sarcinii n timp
rs = 2%/an i durata de studiu T = 20 ani.
Snom,tr
kVA
Tipul I
10/0,4 kV
Tipul II
110/10 kV
Tipul III
220/110 kV
25 2 500 32 000
40 6 300 63 000
63 10 000 100 000
100
160
320
630
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Determinarea puterii nominale economice
a transformatoarelor
29
Figura 9.2. Intervalele economice de sarcin pentru
transformatoare 10/0,4 kV (subgrupa I)
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Determinarea puterii nominale economice
a transformatoarelor
30
Figura 9.3. Intervalele economice de sarcin pentru
transformatoare 10/0,4 kV (subgrupa II)
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Determinarea puterii nominale economice
a transformatoarelor
31
Figura 9.4. Intervalele economice de sarcin pentru
transformatoare 110/10 kV
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Determinarea puterii nominale economice
a transformatoarelor
32
Figura 9.5. Intervalele economice de sarcin pentru
transformatoare 220/110 kV
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Determinarea puterii nominale economice
a transformatoarelor
33
Tabelul 2. Intervalele economice de sarcin
Snom,tr
kVA
Tipul I
10/0.4 kV
Smarg,
kVA
Tipul II
110/10 kV
Smarg,
MVA
Tipul III
220/110 kV
Smarg,
MVA
25 17,6 2 500 2,79 32 000 21,9
40 17,6 22,9 6 300 2,79 4,44 63 000 21,9 34,1
63 22,9 42,7 10 000 4,44 100 000 34,1
100 42,7 65,3
160 65,3 122,4
320 122,4 243,5
630 243,5
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Determinarea puterii nominale economice
a transformatoarelor
34
O alt variant de calcul a puterii nominale economice a transformatoarelor
(conform PE 145/1985 din Romnia)
1. Se determin o putere teoretic maxim pe durata de studiu:
nom,max max,TS = S /
unde: Smax,T este sarcina maxim ce tranziteaz staia pe parcursul perioadei
de studiu;
- coeficientul de ncrcare la sarcina maxim a transformatorului
pe durata de studiu.
2. Din scara valorilor standardizate se adopt transformatorul cu puterea
nominal inferioar valorii teoretice Snom,max
-
Contribuii la determinarea costului nivelat i a tarifelor la energiile regenerabile Cristina GHERMAN 9:27
Determinarea puterii nominale economice
a transformatoarelor
35
Tabelul 3. Coeficienii de ncrcare a transformatoarelor
Durata de utilizare a puterii
maxime anuale, Tmax, h/an
Coeficientul de ncrcare a
transformatorului
pe durata de studiu,
2000 0,50
3000 0,50
4000 0,45
5000 0,40
6000 0,35
7000 0,30
8000 0,25