Розрахунок економічних режимів роботи силових трансформаторів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Розрахунок економічних режимів роботи силових трансформаторів

Зміст

1. Визначення номінальних параметрів трансформатора

1.1 Номінальні струми первинної і вторинної обмоток трансформатора

1.2 Визначення фазних напруг обмоток трансформатора

2. Розрахунок параметрів для побудови залежності вторинної напруги від характеру навантаження

2.1 Визначення повного, активного та реактивного опору короткого замикання

2.2 Залежність змінювання вторинного навантаження трансформатора від характеру навантаження

3. Розрахунок зовнішніх характеристик трансформаторів

3.1 Визначення значення вторинної напруги у відсотках при даних значеннях cos ц₂

4. Розрахунок залежності ККД трансформатора від величини навантаження

5. Визначення допустимого навантаження на трансформатори при паралельній роботі

5.1 Коефіцієнт трансформації при заданих вторинних напругах

5.2 Номінальний струм трансформаторів при заданій вторинній напрузі

5.3 Загальний струм навантаження мережі при заданому режимі роботи

5.4 Різниця коефіцієнтів трансформації

5.5 Зрівняльний струм, що протікає в обмотках паралельно включених трансформаторів при вимкненому навантажені

5.6 Кут між векторами U₂ і І_зр

5.7 Струми навантаження трансформаторів без урахування зрівняльного струму

5.8 Струми навантаження трансформаторів з урахуванням зрівняльного струму

6. Визначення допустимого навантаження на трансформатори при паралельній роботі з різними и_к

6.1 Первинні струми трансформаторів

6.2 Вторинні струми трансформаторів

6.3 Загальний номінальний струм, на який можна завантажити 2 трансформатори

6.4 Вторинні струми трансформаторів при паралельній роботі

7. Економічні режими роботи трансформаторів

7.1 Визначення наведених активних витрат для першого та другого трансформатора при їх паралельній роботі

7.2 Розрахунок наведених активних витрат першого і другого трансформатору

7.3 Визначення точок перетину кривих, при яких втрати потужності будуть рівні для першого та другого трансформатора

7.4 Визначення втрат під час максимального навантаження

7.5. Визначення наведених активних витрат максимальної потужності

7.6 Визначення реактивних втрат потужності при максимальному навантажені

7.7 Визначення втрат енергії на рік

Висновок

Список літератури

1. Визначення номінальних параметрів трансформатора

Таблиця 1. Вихідні дані

SН,кВА	63	100
Uн1,кВ	10	10
Uн2,кВ	0,4	0,4
Uк%	4,5	5,5
P0,кВт	0,230	0,330
Pк,кВт	1,470	1,227
I0,%	2,80	7,50

1.1 Номінальні струми первинної і вторинної обмоток трансформатора

Номінальні струми первинної і вторинної обмоток трансформатора визначаються за формулою

(1.1)

де - номінальний струм і-ої обмотки, А.

S_н - номінальна потужність трансформатора, кВА;

U_ні - номінальна лінійна напруга і-ої обмотки трансформатора, кВ.

1.2 Визначення фазних напруг обмоток трансформатора

(1.2)



2. Розрахунок параметрів для побудови залежності вторинної напруги від характеру навантаження

,

де - кут визначаємий коефіцієнтом потужності.

2.1 Визначення повного, активного та реактивного опору короткого замикання

Визначення повного, активного та реактивного опору короткого замикання визначаємо по формулі.

, Ом (2.1)

, Ом (2.2)

, Ом (2.3)

де Р_к - втрати потужності короткого замикання, Вт,

- діюче значення фазної напруги к.з, В,

- напруга к.з в %,

- номінальний первиний струм трансформатора, А.

Ом

Ом

Ом

2.2 Залежність змінювання вторинного навантаження трансформатора від характеру навантаження

Залежність змінювання вторинного навантаження трансформатора від характеру навантаження визначаємо розрахунковим шляхом згідно виразу

(2.4)

де - змінювання вторинної напруги тр., %;

в = I₂/I_н - коефіцієнт навантаження трансформатора; в =1;

u_ка - активна складова напруги короткого замикання;

u_кр - реактивна складова напруги короткого замикання.

, (2.5)

де U_нф - номінальна фазна напруга трансформатора, кВ.

Реактивна складова напруги короткого замикання

(2.6)

Залежність ?u = f(ц₂) розраховуємо для номінального навантаження при зміні ц₂ в межах від + 90⁰ до - 90⁰ з обов'язковим показом характерних точок. Результати розрахунку заносимо до таблиці 2.

Таблиця 2. Результати розрахунків залежності ?u = f(ц₂)

ц2	град	90	60	45	30	0	-30	-45	-60	-90
?u	%	4,5	4,41	4,24	3,35	1,5	-0,95	-2,29	-3,15	-4,5

За результатами розрахунку побудували залежність ?u = f(ц₂)

Висновок: За результатами аналізу отриманих даних встановлено;

1. При активному навантажені ?u може змінюватись до 1,5%

2. При індуктивному навантажені вторинна напруга збільшується від 1,5% до 4,5%, відповідно, при 0⁰ і 90⁰.

3. При ємнісному навантажені ?u змінюватиметься від ц₂=8⁰ ?u=0, при 90⁰ ?u=-5,39

3. Розрахунок зовнішніх характеристик трансформаторів

Зовнішня характеристика трансформатора - це залежність вторинної напруги від коефіцієнта навантаження трансформатора при постійній напрузі, частоті і cos ц₂ .

при

cos ц₂ = 1 і cos ц₂ = 0,8 при ц₂ > 0 і ц₂ < 0

3.1 Визначення значення вторинної напруги у відсотках при даних значеннях cos ц₂

Визначаємо значення вторинної напруги у відсотках при даних значеннях cos ц_2, тобто при активному, індуктивному і ємнісному навантаженні.

(3.1)

де ?u_% - змінювання вторинної напруги трансформатора, яка визначається з виразу(2.4).

(3.2)

Визначаємо значення І_хх по відношенню до номінального, згідно завдання

І_хх=0,026І_н

0,026І_н< в<1.5І_н

Результати розрахунку зводимо до таблиці 3.

Таблиця 3. Результати розрахунків зовнішньої характеристики трансформатора

в	cos ц2 =0,8; ц2>0	cos ц2 =1	cos ц2 =0,8; ц2 <0
	?u	U2	?u	U2	?u	U2
1,5	5,862	0,94138	2,25	0,9775	-2,265	1,02265
1,25	4,875	0,95125	1,875	0,98125	-1,439	1,01439
1	3,91	0,9609	1,5	0,985	-1,151	1,01151
0,75	2,925	0,97075	1,125	0,98875	-0,8633	1,008633
0,5	1,95	0,9805	0,75	0,9925	-0,5755	1,005755
0,25	0,975	0,99025	0,375	0,99625	-0,2876	1,002876
0,026	0,04908	0,99974	0,01284	0,99974	-0,0299	1,000299

За результатами розрахунку (таблиці 3) будуємо зовнішню характеристику трансформатора і виносимо її на лист графічної частини.

Висновок:

1. При cos ц₂ = 1, тобто при активному навантажені вторинна напруга змінюється від 1 до 0, 9775 тобто на 2,25%.

2. При cos ц₂ = 0,8, тобто при індуктивному навантажені вторинна напруга змінюється від 1 до 0, 94138, тобто на 5,862%.

3. При cos ц₂ = 0,8 при ц₂ <0 тобто при ємнісному навантажені вторинна напруга зростає від 1 до 1,02265 тобто на 2,265%.

4. Розрахунок залежності ККД трансформатора від величини навантаження

Залежність к.к.д. (з) трансформатора від коефіцієнта навантаження визначають за формулою

(4.1)

де Р₀ - втрати холостого ходу трансформатора, Вт;

Р_кн - втрати короткого замикання трансформатора при номінальному навантаженні, Вт;

S_н - номінальна потужність трансформатора, кВт.

Розрахунок к.к.д. треба вести для значень cos ц₂ = 0,8 та cos ц₂ = 1 при змінюванні ступеня навантаження в межах від 0 до 1,5.

Визначаємо при якому значені к.к.д. буде максимальним.

(4.2)

Тобто к.к.д. набуває найбільшого значення при такому навантаженні, при якому втрати короткого замикання дорівнюють втратам холостого ходу, або, як прийнято казати, змінні втрати дорівнюють постійним. З (4.2) отримуємо

Результати розрахунку зводимо до таблиці 4 і за нею будуэмо характеристику з = f (в) і виносимо її на лист графічної частини.

Таблиця 4. Результати розрахунків залежності з = f (в)

в	к.к.д.
	cos ц2 = 0,8	cos ц2 =1
1,5	0,97885	0,93435
1,25	0,97567	0,96978
1	0,9712	0,96426
0,75	0,97241	0,95721
0,5	0,97455	0,94992
0,25	0,97934	0,94335
0,026	0,99513	0,99296

Висновок:

1.Трансформатор буде працювати з максимальним ккд при коефіцієнті навантаження в=0,026

2. Значення ккд буде найбільшим при активному навантажені cos ц₂ = 1.

3. При cos ц₂ = 0,8 ккд змінюється на 14,5% при зміні в від 0,026 до 1,5.

4. При cos ц₂ = 1 ккд змінюється на 11,95% при зміні в від 0,026 до 1,5.

5. Визначення допустимого навантаження на трансформатори при паралельній роботі

Напруга у відносних одиницях для трансформаторів.

U₁=1; U₂=1,05

S_Н1=63кВА S_Н2=100кВА

U_К%1=4,5% U_К%2=5,5%

5.1 Коефіцієнт трансформації при заданих вторинних напругах

Визначаємо коефіцієнти трансформації при відхиленні вторинної напруги на 5 відсотків.

(5.1)

(5.2)

5.2 Номінальний струм трансформаторів при заданій вторинній напрузі

Визначаємо номінальний струм трансформаторів при заданій вторинній напрузі.

 (5.3)

(5.4)

5.3 Загальний струм навантаження мережі при заданому режимі роботи

Визначаємо загальний струм навантаження мережі при заданому режимі роботи.

(5.5)

5.4 Різниця коефіцієнтів трансформації

Визначаємо різницю коефіцієнтів трансформації

(5.6)

5.5 Зрівняльний струм, що протікає в обмотках паралельно включених трансформаторів при вимкненому навантажені

Визначаємо зрівняльний струм, що протікає в обмотках паралельно включених трансформаторів при вимкненому навантажені.

(5.7)

5.6 Кут між векторами U₂ і І_зр

Визначаємо кут між векторами U₂ і І_зр

(5.8)

5.7 Струми навантаження трансформаторів без урахування зрівняльного струму

Визначаємо струми навантаження трансформаторів без урахування зрівняльного струму.

 (5.9)

5.8 Струми навантаження трансформаторів з урахуванням зрівняльного струму

Визначаємо струми навантаження трансформаторів з урахуванням зрівняльного струму.

(5.10)

(5.11)

Умова ,

Аналогічно розраховуємо при індуктивному режимі навантаження:

Визначаємо перевантаження трансформаторів

(5.12)

перевантаження.

 (5.13)

перевантаження

Аналогічним чином визначаємо при .

недовантаження

перевантаження

Висновки:

Якщо включені на паралельну роботу два трансформатори з різними коефіцієнтами трансформації, які перевищують ДСТУ норму, то при активному навантажені дані трансформатори будуть перевантажені: трансформатор з більшим коефіцієнтом трансформації буде перевантажений на 0,6%, а трансформатор з меншим коефіцієнтом трансформації перевантажений на 18,75%, а при перший буде недовантажений на 28,67%, а другий перевантажений на 39,6%.

6. Визначення допустимого навантаження на трансформатори при паралельній роботі з різними и_к

S_н1= 63;S_н2=100 кВА

u _к%1=4,5%

u_к%2=5,5%

6.1 Первинні струми трансформаторів

Визначаємо первинні струми трансформаторів

І_н11=І_н12= (6.1)

І_н11=І_н12=

6.2 Вторинні струми трансформаторів

Визначаємо вторинні струми трансформаторів

І_н21=І_н22= (6.2)

І_н21=І_н22=

6.3 Загальний номінальний струм, на який можна завантажити 2 трансформатори

Визначаємо загальний номінальний струм, на який можна завантажити 2 трансформатори

 (6.3)

6.4 Вторинні струми трансформаторів при паралельній роботі

Визначаємо вторинні струми трансформаторів при їх паралельній роботі з різними и_к.

(6.4)

(6.5)

Розрахунок відхилень струмів від номінальних:

(6.6)

Висновок:

Трансформатор з меншою напругою к.з. буде перевантажений на 5,765%, а другий, з більшою напругою к.з. - недовантажений на 5,756%.

7. Економічні режими роботи трансформаторів

Вихідні дані

SН,кВА	63	100
Uн1,кВ	10	10
Uн2,кВ	0,4	0,4
Uк%	4,5	5,5
P0,кВт	0,230	0,330
Pк,кВт	1,470	1,227
I0,%	2,80	7,50

7.1 Визначення наведених активних витрат для першого та другого трансформатора при їх паралельній роботі

Визначаємо наведені активні витрати для першого та другого трансформатора при їх паралельній роботі.

(7.1)

де ?P₀ - активні втрати холостого ходу трансформатора, кВт;

?Q₀ - реактивні втрати, кВар.

- наведені втрати потужності короткого замикання трансформатора, кВт.

?Q_кз - реактивні втрати короткого замикання трансформатора, кВар;

К_е - економічний еквівалент реактивної потужності, кВт/кВАр;

S_н - номінальна потужність трансформатора, кВА;

S - навантаження трансформатора, кВА;

7.2 Розрахунок наведених активних витрат першого і другого трансформатору

Визначаємо реактивні витрати потужності на холостому ходу.

(7.2)

Визначаємо реактивні витрати короткого замикання.

(7.3)

Аналогічним чином розраховуємо для другого трансформатору.

Розрахунок наведених активних витрат при паралельній роботі

(7.4)

За даними визначених рівнянь визначаємо наведені витрати для різних значень потужності. Результати заносимо до таблиці 5 і будуємо криві наведених витрат, які виносимо на лист графічної частини.

Таблиця 5. Розрахункові дані

Si кВА	Рт1 кВт	Рт2 кВт	Р
0	0	0	0
5	2,5256	1,5968	10,05269
10	2,5767	2,734	10,07515
15	2,6643	2,964	10,10659
20	3,7867	2,286	10,1506
25	3,9348	3,775	10,20719
30	4,1278	4,207	10,27635
35	4,3543	4,843	10,35879
40	4,6167	5,423	10,4524
45	4,9043	6,289	10,55963
50	5,2323	7,145	10,67875
55	5,5967	8,112	10,81079
60	5,9962	9,189	10,95545
65	6,4287	10,324	11,11259
70	6,8958	11,566	11,28235
75	7,3975	11,989	11,46469
80	7,9338	12,326	11,65947
85	8,5047	12,844	12,86789
90	9,1102	13,454	13,08715
95	9,7503	14,156	14,31979
100	9,4253	15,956	14,56567
105	10,1343	16,836	14,82278
110	10,8782	17,812	15,09315
115	11,6567	18,884	16,37656
120	12,4698	19,041	16,67418
125	13,3176	20,356	16,97969
130	15,1994	21,646	17,30035
135	17,1163	22,084	17,63359
140	18,0682	24,678	17,979473
145	19,0543	27,236	18,33725
150	20,073	27,994	18,70867
155	20,1303	28,756	19,45467
160	21,2202	30,606	19,48656
165	21,3445	32,644	19,89755
170	22,5036	34,722	20,34333
175	22,6977	36,912	20,54311

7.3 Визначення точок перетину кривих, при яких втрати потужності будуть рівні для першого та другого трансформатора

Знаходимо точки перетину кривих, при яких втрати потужності будуть рівні для першого та другого трансформатора. Також першого і сумарним втратам при паралельній роботі.

Більш доцільне використання другого трансформатора буде до точки Х₁ на ділянці між точками Х₁ та Х₂ краще використовувати перший трансформатор, а після точки Х₂ - паралельну роботу трансформаторів.

7.4 Визначення втрат під час максимального навантаження

Визначаємо втрати під час максимального навантаження. Загальний максимум складає 92% від загального навантаження.

0,92*350=322кВА

S_т1=88% 0,88 S_max1=0,88*250=220кВА

S_т2=95% 0,95 S_max2=0.95*100=95кВА

7.5 Визначення наведених активних витрат максимальної потужності

Визначаємо наведені активні витрати максимальної потужносі.

(7.5)



7.6 Визначення реактивних втрат потужності при максимальному навантажені

Визначаємо реактивні втрати потужності при максимальному навантажені.

(7.6)

7.7 Визначення втрат енергії на рік

Визначаємо втрати енергії на рік.

В одному трансформаторі

(7.7)

де t -- час роботи трансформатора, год. t =8760год;

ф -- час максимальних втрат, год. ф =3500год.

При паралельній роботі п трансформаторів

(7.8)

Зробимо розрахунок порівняльних втрат

При роздільній роботі трансформаторів при максимальному навантажені загальні витрати будуть складати.

Аналогічно розраховуємо та .

Висновки:

1. При забезпеченні максимального навантаження найменші втрати активної і реактивної потужності будуть при паралельній роботі.

2. Під час роздільної роботи трансформаторів на те ж навантаження втрати активної і реактивної потужності будуть більші, відповідно, на 63,7% і 0,15%.

3. Річні втрати енергії під час забезпечення максимуму навантаження будуть на 46,4% менші при паралельній роботі.

Висновок

В розрахункові роботі визначені номінальні струми та напруги первинної і вторинної обмоток трансформаторів. Розраховане залежність змінювання вторинної напруги трансформатора від характеру навантаження і визначено, що при активному навантаження змінювання напруги дорівнює 1,05%.

При розрахунках зовнішньої характеристики встановлено, що характеристика представляє собою пряму лінію, яка при активному і індуктивному навантаженні мас слабо падаючий характер, а при ємнісному навантаженні збільшується.

Трансформатор досягає найбільшого ккд у роботі при навантаження рійному 0,026 від номінального.

В умовах роботи з різними коефіцієнтами трансформації к₂> к₁ перший трансформатор працюватиме у недовантаженому режимі, а другий навпаки.

При паралельній роботі трансформаторів другий трансформатор, який має більшу напругу КЗ на десять відсотків по відношенню до першого , буде недовантажений на 5,756%.

Найменші втрати потужності будуть складати при паралельній роботі. Повні втрат» енергії за рік складають 123859,76 кВ*год.

Список літератури

трансформатор напруга обмотка замикання

1. Вольдек А.И. Электрические машины. - Л., Энергия, 1974. - 818 с.

2. Ермолаев С.А., Масюткин Е.П., Яковлєв В.Ф.Эксплуатация энергооборудования в сельском хозяйстве / под ред. С.А. Ермолаева - К.: Фирма «Инкос», 2005. - 670 с.

3. Єрмолаєв С.О., Мунтян В.О., Яковлєв В.Ф. Експлуатація енергообладнання та засобів автоматизації в системі АПК: Підручник/За ред. С.О. Єрмолаєва. - К.: Мета 2003.-543 с.

4. Правила будови електроустановок електрообладнання спеціальних установок - К.: Основа, 2001.- 121 с.

5. С.О. Єрмолаєва, В.Ф. Яковлєв Експлуатація і ремонт електрообладнання та засобів автоматизації / за ред. проф. С.О. Єрмолаєва. - К.: Урожай, 1996. 336 с.

6. Справочник по наладке электроустановок. Под ред. А.С. Дорофеева, А.П. Хечумяна. Изд. 2-е, перер. И доп. М, «Энергия», 1977. - 560 с.

7. Справочник по электроснабжению и злектрооборудованию: в 2 т./ Под общ. Ред. А.А. Федорова. Т.2. Электрооборудование. - М.: Энергоатомиздат, 1987. -592 с.

Размещено на Allbest.ru

...