Для наружной установки применяют масляные трансформаторы. Для внутренней установки также преимущественно применяются масляные трансформаторы с учетом ограничений, приведенных в гл. IV-2 ПУЭ.
Совтоловые трансформаторы мощностью до 2500кВ-А целесообразно применять для установки в производственных помещениях, когда по условиям среды нельзя приблизить к центрам нагрузок масляные трансформаторы. Как негорючие, они рекомендуются для крупных машинных залов и других ответственных установок. Герметизированные совтоловые трансформаторы не требуют во время эксплуатации каких-либо работ по заливке, доливке и сливу совтола. Их ремонт и ревизия должны производиться централизованно на заводах-изготовителях или на специальных ремонтных базах. Специального ремонтного хозяйства на предприятии для них не предусматривается.
Сухие трансформаторы целесообразно применять главным образом при небольшой мощности в диапазоне от 10 до 160—400 кВ-A и не более 630—1000 кВ-А, например в административных и общественных зданиях и в других помещениях, где возможны большие скопления людей, а также на испытательных станциях, в лабораториях, в машинных залах; их предельная мощность 2500 кВ· А.
Сухие трансформаторы боятся грозовых перенапряжений. Они создают при работе повышенный шум по сравнению с масляными и совтоловыми. Их нужно устанавливать в сухих, непыльных помещениях с относительной влажностью не более 65% и располагать на расстоянии не менее чем 200 мм от стен здания для улучшения условий охлаждения.
Преимущество сухих и совтоловых трансформаторов заключается в том, что их можно устанавливать непосредственно в производственных и других помещениях без ограничения мощности, а также в подвалах и на любом этаже зданий. Сухие трансформаторы небольшой мощности легко разместить в помещениях, на колоннах, кронштейнах, балках, фермах и т. п., так как они не содержат охлаждающей жидкости и, следовательно, не требуют устройства довольно громоздких маслосборных устройств. Они целесообразны, например, для питания освещения при системе раздельного питания силового и осветительного электрооборудования.
Число типов и исполнений трансформаторов, применяемых на одном предприятии, целесообразно ограничивать, так как разнообразие их создает неудобства в эксплуатации и вызывает дополнительные затруднения в отношении резервирования и взаимозаменяемости трансформаторов.
Нецелесообразно устанавливать большое число трансформаторов на каждой подстанции, так как это увеличивает капиталовложения, повышает годовые расходы и потери энергии.
Наиболее часто на промышленных предприятиях применяются одно- и двухтрансформаторные бесшинные цеховые подстанции, что дает простейшие конструктивные решения. Однотрансформаторные цеховые подстанции наиболее просты и дешевы. При хорошо поставленном складском резерве их можно применять для питания электроприемников не только 3-й, но и 2-й категории (ом, § 1-2-29 ПУЭ). Их можно применять и при нагрузках 1-й категории, если мощность последних не превышает 15—20% и их резервирование обеспечивается при помощи перемычек на вторичном напряжении. При этом экономично решается вопрос питания в периоды малых нагрузок путем отключения части подстанций и использования перемычек, предназначенных для взаимного резервирования.
Двухтрансформаторные цеховые подстанции применяются при преобладании электроприемников 1-й категории и ответственных электроприемников 2-й категории, бесперебойная работа которых необходима для функционирования основных производств.
На ГПП и ПГВ 110—220 кВ также преимущественно применяются двухтрансформ а торные схемы. Такие же рекомендации приведены в [7-1] для районных подстанций.
Однотрансформаторные ГПП и ПГВ 110—220 кВ редко применяются из-за трудности их резервирования. Они возможны при обеспечении послеаварийного питания нагрузок 1-й категории по связям вторичного напряжения с соседней ГПП, ПГВ, с ТЭЦ или другими источниками питания и при наличии централизованного передвижного резервирования трансформаторов. При отсутствии связей с другими источниками применение однотрансформаторной ГПП на предприятии недопустимо. При постепенном росте нагрузки на двухтрансформаторной ГПП или ПГВ допускается и практикуется в первый период эксплуатации установка одного трансформатора при возможности резервирования питания наиболее ответственных нагрузок.
Подстанции с числом трансформаторов более двух на всех напряжениях применяются сравнительно редко.
Это может иметь место в следующих случаях:
при необходимости выделения питания крупных, часто повторяющихся толчковых нагрузок, например нагрузок вентильных электроприводов, крупных электропечей, электросварки и т. п. (см. гл. 5);
при наличии электроприемников особой группы (см. гл. 1);
на транзитных ГПП, имеющих несколько питающих и отходящих линий и одну, а иногда и две системы собирательных шин, так как в этом случае одно- или двухтрансформаторная схемы не имеют преимуществ по условиям коммутации;
при концентрированных нагрузках данного района или цеха;
если нельзя рассредоточить подстанции по условиям техно логии или окружающей среды, например на некоторых предприятиях химии и в других аналогичных случаях;
если суточный или годовой графики нагрузки неравномерны и, следовательно, выгодно изменять подсоединенную мощность транс форматоров при длительных изменениях нагрузок в течение суток или года.
При выборе числа трансформаторов на цеховых подстанциях приходится считаться также с предельной мощностью трансформаторов, изготовляемых электро промышленностью на напряжение 380—660 В, которая в настоящее время составляет 2500 кВ -А.
Вопрос о числе трансформаторов решается по соображениям удобства эксплуатации, дальнейшего развития подстанции, ее связи с энергосистемой, а также в зависимости от характера и режима работы главных потребителей и других перечисленных выше факторов, но с обязательным условием технико- экономического анализа различных вариантов.
Наивыгоднейшая мощность трансформатора соответствует минимальным ежегодным затратам. Она зависит от значения и графика электрической нагрузки, ее плотности на единицу площади, длительности нарастания ее по годам, удаленности трансформатора от источника питания, числа часов работы предприятия; стоимости электроэнергии и др. Эти факторы меняются во времени и могут быть в различных сочетаниях, и в зависимости от них работа трансформатора может оказаться выгодной как с недогрузкой, так и с перегрузкой, не допуская, конечно, предела износа трансформатора и сокращения его нормального срока службы. Значение и продолжительность перегрузок зависят от коэффициента заполнения суточного графика нагрузки, температуры окружающего воздуха, охлаждения трансформатора и т. п. Температура окружающего воздуха +40°С, принятая в стандарте, не держится длительно даже в жарких районах и колеблется в очень больших пределах, снижаясь в зимний период до минус 25—35°С.
На металлообрабатывающих и деревообрабатывающих предприятиях, заводах стройматериалов и на других аналогичных по режиму работы предприятиях (нагрузка трансформаторов при эксплуатации не бывает постоянной и в течение многих часов оказывается ниже номинальной, иногда значительно ниже. В этих случаях трансформатор в определенные периоды времени может быть перегружен сверх номинальной мощности в зависимости от графика его нагрузки и окружающей температуры без какого-либо ущерба для нормального срока его службы. На подстанциях с ровным графиком нагрузки трансформаторы допускают значительно меньшие перегрузки в основном за счет выбора мощности трансформаторов по нагрузкам послеаварийного режима, с учетом их недогрузки при нормальном режиме работы и температуры окружающей среды, К числу таких подстанций относятся подстанции на заводах черной и цветной металлургии, химии и др.
На рис. 7-11 показана зависимость коэффициента допустимой перегрузки трансформатора k в период максимума от его продолжительности и от коэффициента заполнения суточного графика α. Коэффициент а представляет собой отношение среднесуточной нагрузки к максимальной нагрузке:
Коэффициент k равен отношению тока максимальной нагрузки к номинальному току трансформатора
Правила устройства электроустановок допускают послеаварийную перегрузку масляных трансформаторов на 40% на время максимума общей суточной продолжительности не более 6 ч в течение
не более 5 сут. При этом коэффициент заполнения суточного графика нагрузки трансформатора должен быть не выше 0,75, т. е.
или
Следовательно, превышение среднесуточной нагрузки трансформатора над его номинальной мощностью допускается не более 5%.
Рис. 7-11. Допустимая перегрузка трансформатора в период максимума в зависимости от его продолжительности и от величины заполнения суточного графика.
Аварийные перегрузки трансформаторов и автотрансформаторов в процентах их номинальной мощности
При ровном графике нагрузки, т. е. при большом а, допустимая перегрузка трансформатора невелика. Кроме этих сравнительно длительных перегрузок допускаются кратковременные аварийные перегрузки, приведенные в табл. 7-1, которые могут возникать, например, при аварии с одним из параллельно работающих трансформаторов или при автоматическом переключении нагрузки аварийно отключившегося трансформатора на соседний трансформатор, который воспримет на себя его нагрузку. Эти перегрузки не зависят от предшествовавшего режима работы трансформатора, но они кратковременны и используются главным образом на время разгрузки перегрузившегося трансформатора от второстепенных потребителей, временное отключение которых не нарушает производственного процесса предприятия.
Для правильного выбора мощности трансформатора необходимо иметь график его нагрузки или в крайнем случае знать максимальную Рм и среднесуточную Рср нагрузки данной подстанции и хотя бы приблизительно суммарную продолжительность максимумов нагрузки. Выбор трансформаторов только по максимальной нагрузке, как это часто делается, приводит к неоправданному увеличению мощности трансформаторов. Кроме того, следует тщательно анализировать вместе с технологами и эксплуатационниками работу предприятия при послеаварийном режиме для выявления возможности отключения на этот период части менее ответственных потребителей, когда нагрузка выбранного трансформатора при нормальном режиме приближается к его номинальной мощности.
Мощность трансформаторов обычно выбирается с учетом их взаимного резервирования таким образом, чтобы при выходе из работы наиболее мощного из них остальные восприняли бы на себя всю нагрузку подстанции с учетом допустимой перегрузки при послеаварийном режиме и возможного временного частичного отключения потребителей 3-й категории по заранее заданному графику.
На двухтрансформаторных цеховых подстанциях при преобладании нагрузок 1-й категории коэффициент загрузки трансформаторов можно принимать в пределах 0,65—0,7 при отсутствии более точных данных для проектируемого цеха.
На однотрансформаторных подстанциях при наличии взаимного резервирования по перемычкам с другими подстанциями на вторичном напряжении мощность трансформаторов выбирается исходя из величины этого резервирования. При этом при отсутствии более точных данных о характере нагрузок коэффициент загрузки цеховых трансформаторов может быть принят: при преобладании нагрузок 2-й категории — 0,7—0,8, а при нагрузках 3-й категории — 0,9—0,95.
Выбранные по условиям взаимного резервирования трансформаторы при нормальном режиме работают в -большинстве случаев с недогрузкой, что при большом числе часов использования максимума является экономически целесообразным с точки зрения уменьшения потерь энергии. Однако нельзя выбирать трансформаторы с заведомой недогрузкой, не оправдываемой их взаимным резервированием, особенно если учесть, что исходные данные — нагрузки, суточные графики нагрузок, коэффициент мощности и другие в момент разработки проекта являются весьма ориентировочными и, как правило, завышенными и более точно выявляются лишь при эксплуатации. Это подтверждается обследованиями предприятий, которые показывают, что фактическая загрузка трансформаторов в ряде случаев оказывается меньше расчетной, в результате чего трансформаторы работают с недогрузкой, иногда значительной. Экспертизы проектов показывают, что мощность трансформаторов в ряде случаев значительно и необоснованно завышается. Это необходимо учитывать при определении степени резервирования и выборе мощности трансформаторов путем тщательного и правильного выбора расчетных коэффициентов с учетом изменения технологии производства, а также путем проверки полученных расчетных нагрузок по удельным расходам электроэнергии.
Мощность и исполнение трансформаторов, питающих резкопеременную ударную нагрузку, в частности трансформаторов на ГПП и ПГВ, должны выбираться с учетом пиков тока по согласованию с заводом-изготовителем, так как в нормальном исполнении они на такие толчки и перегрузки не рассчитаны. Впредь до нормирования допускаемых нагрузок обычных сетевых трансформаторов напряжением 110 и 220 кВ при работе их в режиме циклических резкопеременных нагрузок можно на основании практики института Тяжпромэлектропроект дать следующие предварительные рекомендации по выбору трансформаторов в этих условиях:
пики нагрузок нс должны превышать номинальную мощность трансформатора более чем на 5—10% при нормальном режиме работы при среднеквадратичной загрузке нс более чем 60—70% номинальной мощности;
при отключении одного из трансформаторов нагрузка оставшихся в работе не должна превышать: пиковая 115—120% их номинальной мощности, а среднеквадратичная 100%.
Исследования электропечных установок показали, что для интенсификации режима расплавления и увеличения перегрузочной способности печных трансформаторов целесообразно увеличить их мощность до 100—120 MB-А для печей емкостью 200 т и до 50—60 МВ-А для печей емкостью 100 т.
Для питания электросварки специальные трансформаторы, имеющие пониженное Uп, выбираются с коэффициентом загрузки 0,7—0,8, а обычные трансформаторы с Uо=5,5% — с коэффициентом нагрузки 0,25—0,5. Наибольшие коэффициенты загрузки принимаются при установке в цехе только стыковых или шовных машин или же значительного (более 40—50) числа точечных машин контактной сварки, а наименьшие — при несблокированных многоточечных машинах или при незначительном (до 10) числе машин точечной сварки. Целесообразно увеличение единичной мощности трансформаторов, так как при большом числе подключенных к ним сварочных машин обеспечивается лучшая их загрузка. При значительных сварочных нагрузках целесообразно в отдельных случаях применять параллельную работу питающих от трансформаторов с Uн=5,5%. Окончательный выбор мощности трансформаторов, питающих сварочную нагрузку, производится в соответствии с расчетными значениями пиковой максимальной мощности и максимальной потери напряжения [1-9].
Резервирование цеховых трансформаторов удовлетворительно решается путем взаимного резервирования и применения централизованного складского резерва, находящегося в постоянной готовности к доставке на место и к включению.
Трансформаторы ГПП и ПГВ обычно выбираются так, чтобы при выходе из работы наиболее мощного из них остальные обеспечили работу предприятия на время замены выбывшего трансформатора с учетом возможного ограничения нагрузки, без ущерба для основной деятельности предприятия и с использованием допустимой перегрузки трансформатора, а также с использованием связей по вторичному напряжению с соседними подстанциями и с учетом других возможных источников резервирования. Степень резервирования зависит от рода промышленности, сменности работы предприятия и других факторов.
Для экономичного решения вопросов резервирования нужно исходить из того, что время ревизии и ремонта трансформаторов приурочивается к ремонту основного технологического оборудования, когда нагрузка предприятия уменьшается.
При выборе единичных мощностей трансформаторов необходимо иметь в виду, что вследствие значительного и непрерывно продолжающегося роста удельных нагрузок значительно повысились рекомендованные ранее предельные оптимальные мощности цеховых трансформаторов. На крупных энергоемких предприятиях при большой удельной плотности нагрузок (более 0,2— 0,3 1кВ-А/м2) применяются трансформаторы 1600— 2500 кВ-А. На прочих предприятиях и менее загруженных участках энергоемких предприятий устанавливаются трансформаторы мощностью 1000 и 630 кВ·А; трансформаторы мощностью менее 630 кВ·А применяются при относительно малой плотности нагрузок, в частности, на периферийных участках предприятий, для административных зданий, клубов и т. п.
При применении мощных трансформаторов 1600— 2500 кВ-A необходимо учитывать возрастание тока к, з. на вторичном напряжении.
На ГПП и ПГВ наиболее часто применяются трансформаторы мощностью 32, 40, 63 и 80 МВ-А. Трансформаторы меньшей мощности (10, 16 и 25 МВ·А) целесообразны при нагрузках, разбросанных на большой территории: горнорудные и рудоподготовительные предприятия, карьеры и т. п. Начиная с мощности 40 MB-А и выше рекомендуются трансформаторы на три предела мощности при различной степени их охлаждения, например трансформатор мощностью 80/63/50МВ·А.
Широко применяются трансформаторы с расщепленными обмотками вторичного напряжения 6—10 кВ.
На УРП при наличии трансформации электроэнергии, а также на мощных ГПП при питании на напряжении 220—330 к-В и распределении энергии на первой ступени по линиям глубоких вводов 110 кВ, т. е. при малых коэффициентах трансформации, следует при заземленной нейтрали применять автотрансформаторы. Их мощность рекомендуется принимать 120, 240 или 400 МВ-А (в группе).
