dimensionarea transformatoarelor

35
 TEMA 9: DIMENSIONAREA T R ANSFOR MAT OARE LOR ELECTRICE   Titular: Conf. inter ., dr . Viorica HLUSOV UNIVERSITATEA TEHNICĂ A MOLDOVEI  Chișinău, 2014 1 CURS PROIECTAREA S I STE MELOR DE ALI MENTARE CU E NERGI E

Upload: radu-pulbere

Post on 07-Oct-2015

50 views

Category:

Documents


3 download

DESCRIPTION

Dimensionarea Transformatoarelor Electrice

TRANSCRIPT

  • 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