Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Подбираете трансформатор для ТП или проверяете загрузку существующего? Расчёт трансформатора в нашем калькуляторе решает обе задачи за один проход: по паспортным данным или по модели из встроенной базы он выдаёт номинальные токи обмоток, КПД при заданной загрузке, потери холостого хода и короткого замыкания, ток трёхфазного КЗ на шинах 0,4 кВ, падение напряжения и годовые потери электроэнергии.
В базе — 33 модели четырёх серий: ТМГ и энергосберегающая ТМГ12 (современные, герметичные), ТМ с расширителем и защищённая ТМЗ. Данные взяты из каталогов МЭТЗ им. В.И. Козлова и российских дилеров — этого достаточно для предпроектной оценки и сравнения вариантов, но для рабочего проекта всегда используйте шильдик конкретного трансформатора: по ГОСТ 11677-85 фактические значения могут отличаться от каталожных на 10–15%.
Формулы — стандартные, из учебника Вольдека «Электрические машины» и методики ГОСТ 28249-93. Калькулятор трансформатора рассчитан на инженеров-проектировщиков и энергетиков — тех, кто обосновывает выбор типоразмера перед заказчиком, проверяет коммутационную способность автоматов и оценивает экономику замены старого ТМ на современный ТМГ12.
Важное уточнение по терминологии: это калькулятор силового трансформатора 6–10/0,4 кВ. Для измерительных трансформаторов тока (ТТ для учёта и защит) и проектирования обмоток с нуля нужны другие инструменты.
Расчёт мощности трансформатора, его потерь и тока КЗ — задачи, с которыми инженер сталкивается на каждом этапе: от выбора типоразмера до проверки защит. Калькулятор закрывает три группы вопросов, самых частых при работе с распределительными трансформаторами 6–10 кВ / 0,4 кВ.
Расчёт выбора трансформатора — комплексная задача: мало взять ближайший типоразмер по суммарной нагрузке, нужно учесть коэффициент загрузки β (обычно 0,65–0,7 для двухтрансформаторных ТП с резервом), перспективное развитие на 25–30%, схему соединения обмоток и экономику годовых потерь. Калькулятор даёт все цифры для такого обоснования в одном интерфейсе.
Все формулы калькулятора верифицированы по авторитетным источникам: ГОСТ 11677-85, учебники А.И. Вольдека «Электрические машины» и Л.Д. Рожковой «Электрооборудование станций и подстанций», методика РД 153-34.0-20.527-98.
где Sном — номинальная полная мощность трансформатора в кВА, UВН, UНН — линейные напряжения обмоток в кВ. Формула следует из основного соотношения трёхфазной цепи S = √3 × U × I. Ток при неполной загрузке: I(β) = β × Iном.
где β — коэффициент загрузки (0,05–2,0), cos φ — коэффициент мощности нагрузки, Pхх — потери холостого хода в кВт, Pкз — потери короткого замыкания в кВт. Потери холостого хода — постоянные, потери КЗ — пропорциональны квадрату загрузки.
В точке βопт постоянные потери в стали равны переменным потерям в меди — КПД достигает максимума. Для современных силовых трансформаторов βопт обычно 0,3–0,5. Работа при проектном β = 0,65–0,7 (для резерва мощности в двухтрансформаторных ТП) даёт КПД незначительно ниже максимального — это нормальная инженерная практика.
Упрощённая формула расчёта тока короткого замыкания действительна при бесконечной мощности системы (типичное приближение для сетей 6–10 кВ с мощностью источника много больше мощности трансформатора). uк% — напряжение короткого замыкания в процентах (паспортный параметр, 4,5% для трансформаторов до 250 кВА, 5,5% для 400–1000 кВА, 6% и выше для 1600+ кВА). Ток короткого замыкания на шинах 0,4 кВ определяет требования к коммутационной способности автоматических выключателей и электродинамической стойкости шин РУ. Ударный коэффициент Kуд = 1,8 по ГОСТ 28249-93 для сетей 0,4 кВ.
Формула времени наибольших потерь τ — классическая эмпирическая (метод Кезевича). Tм — число часов использования максимума нагрузки за год: 2000 ч для односменной работы, 4000 ч для двухсменной, 6000 ч для трёхсменной, 8760 ч для непрерывного режима.
Номинальные мощности трёхфазных силовых трансформаторов установлены ГОСТ 9680-77. Ряд строится со знаменателем прогрессии приблизительно 1,6. Для распределительных трансформаторов 6(10)/0,4 кВ, выпускаемых МЭТЗ им. В.И. Козлова и другими российскими заводами, применяется следующий ряд: 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500 кВА. В каталогах некоторых производителей дополнительно встречается 1250 кВА (серия ТМГ12 выпускается в диапазоне 100–1250 кВА).
Выбор схемы и группы соединения обмоток — важное проектное решение, напрямую влияющее на ток однофазного КЗ, чувствительность защит и работу трансформатора при несимметричной нагрузке. Для сетей 0,4 кВ с глухозаземлённой нейтралью (система TN) вторичная обмотка должна иметь выведенную нейтраль Yн или Zн.
Распределительный трансформатор 250 кВА для цеха средней мощности. Паспортные данные по каталогу МЭТЗ им. В.И. Козлова: Pхх = 540 Вт, Pкз = 3700 Вт, Iхх = 1,9%, uк = 4,5%. Схема Д/Yн-11. Коэффициент загрузки β = 0,7, cos φ = 0,9, Tм = 4000 ч/год.
Выводы по расчёту: КПД 98,5% — нормальный для серии ТМГ. Ток КЗ 8 кА требует вводного автомата с Icu ≥ 10 кА. При рабочем токе 252 А подойдёт автомат 315 А из стандартного ряда.
Трансформатор для ТП жилого комплекса или промышленного объекта средней мощности. Паспортные данные: Pхх = 1050 Вт, Pкз = 7600 Вт, Iхх = 1,8%, uк = 5,5%. Схема Д/Yн-11, β = 0,7, cos φ = 0,92.
Ударный ток 42 кА требует вводного автомата с высокой коммутационной способностью (Icu ≥ 25 кА по RMS, проверка на электродинамическую стойкость шин РУ-0,4 кВ). При рабочем токе 636 А выбирается автомат 800 А.
Устаревший трансформатор ТМ-400 с расширителем (Pхх = 950 Вт, Pкз = 5500 Вт) сравнивается с энергосберегающим ТМГ12-400 (Pхх = 610 Вт, Pкз = 4600 Вт, класс энергоэффективности Х2К1 по CENELEC). Загрузка β = 0,7, Tм = 4000 ч/год. Расчёт годовых потерь:
При сроке службы трансформатора 25 лет суммарная экономия покрывает разницу в стоимости ТМГ12 против ТМ многократно. Это основной аргумент для инженера-проектировщика при обосновании выбора энергосберегающей серии перед заказчиком.
Правильный расчёт защит трансформатора — обязательное требование ПУЭ-7 (глава 3.2) для всех распределительных трансформаторов 6–10/0,4 кВ. Номинальные токи обмоток, полученные в калькуляторе, служат основой для выбора уставок реле. Схема релейной защиты трансформатора зависит от его мощности:
Калькулятор предоставляет исходные данные (номинальные токи ВН/НН, ток трёхфазного КЗ, мощность КЗ) для последующего расчёта уставок защит. Проверка чувствительности защиты при минимальном токе однофазного КЗ — отдельная задача, требующая учёта схемы соединения обмоток (для Y/Yн-0 ток однофазного КЗ существенно меньше, чем для Д/Yн-11).
ТМ — масляный трансформатор с маслорасширителем (устаревшая серия, ГОСТ 12022-76). ТМГ — масляный герметичный, без расширителя, температурные изменения объёма масла компенсируются упругой деформацией гофров бака. ТМГ производится МЭТЗ им. В.И. Козлова с 1986 года по лицензии Alstom Atlantic, не требует профилактических ремонтов в процессе эксплуатации, в отличие от ТМ.
Серия ТМГ12 — энергосберегающая (класс энергоэффективности Х2К1 по CENELEC). Потери холостого хода ниже на 20–30% по сравнению с базовой ТМГ того же типоразмера за счёт применения электротехнической стали марок 3407/3408 и технологии сборки магнитопровода Step-Lap. Производится в диапазоне 100–1250 кВА. Стоит дороже, но окупается за 1,5–3 года эксплуатации за счёт сокращения потерь.
По упрощённой формуле Iкз = IНН × 100 / uк%. Для ТМГ-630 (uк = 5,5%): IНН = 630/(√3×0,4) = 909 А; Iкз = 909 × 100/5,5 = 16,5 кА. Ударный ток iуд = 1,8 × √2 × 16533 = 42,1 кА. Вводной автомат должен иметь Icu ≥ 25 кА (по rms), шины РУ проверяются на электродинамическую стойкость.
Нет единого норматива — зависит от схемы электроснабжения. Для двухтрансформаторных ТП с АВР — β = 0,65–0,7 в нормальном режиме (ГОСТ 14209-85 допускает перегрузку до 1,4 в аварийном режиме соседнего трансформатора). Для однотрансформаторных ТП — β = 0,85–0,95. Перспективное развитие нагрузки (до 25–30%) закладывается сверху.
Решение зависит от номинальной мощности и характера нагрузки. Y/Yн-0 — проще и дешевле, применяется для симметричной нагрузки. При мощности ≥400 кВА и в сетях с существенной однофазной нагрузкой (жилые дома, коттеджные посёлки) рекомендуется Д/Yн-11 — по ПУЭ-7, глава 1.7. Обмотка ВН в треугольнике замыкает токи нулевой последовательности, улучшая качество электроэнергии и увеличивая ток однофазного КЗ.
Параллельная работа требует выполнения пяти условий: одинаковые номинальные напряжения ВН и НН, одинаковые группы соединения обмоток, напряжения короткого замыкания uк должны отличаться не более чем на ±10%, коэффициенты трансформации равны, соответствие векторных диаграмм. ТМГ и ТМГ12 обычно могут работать параллельно (uк у них равны). ТМГ-630 (uк = 5,5%) и ТМГ-1000 (uк = 5,5%) — возможна параллельная работа. ТМГ-250 (4,5%) и ТМГ-630 (5,5%) — недопустимо (разница 22%).
Для cos φ = 0,8: P = 250 × 0,8 = 200 кВт. Для cos φ = 0,9: P = 225 кВт. Для cos φ = 0,95: P = 237,5 кВт. Трансформатор «250 кВА» не означает 250 кВт — это полная мощность, включающая активную и реактивную. Активная мощность зависит от cos φ нагрузки и всегда меньше полной.
βопт = √(Pхх/Pкз) — коэффициент загрузки, при котором КПД трансформатора максимален (для современных ТМГ это 0,3–0,5). Для проектирования βопт не является целью — выбор типоразмера определяется максимальной нагрузкой, резервом и экономикой. При проектной загрузке β = 0,7 КПД всего на 0,1–0,2% ниже максимального, что несущественно. Ориентироваться на βопт имеет смысл только в задачах оптимизации действующих сетей с постоянной нагрузкой.
Первый источник — шильдик реального трансформатора (там указаны все фактические значения с учётом допусков ГОСТ 11677-85: Pхх до +15%, Pкз до +10%, uк ±10%). Второй источник — каталоги производителей: МЭТЗ им. В.И. Козлова (metz.by), МИТЭК (mitek.spb.ru), СК-МЭТЗ (sk-metz.ru), Электрощит-Самара. Во встроенной базе калькулятора собраны типовые каталожные значения для 33 моделей четырёх серий — этого достаточно для предварительных проектных расчётов.
Для распределительных трансформаторов 6–10/0,4 кВ мощностью до 1000 кВА обычно применяется максимальная токовая защита (МТЗ) на стороне ВН и защита от сверхтоков на стороне НН. Для 1600–2500 кВА добавляется дифференциальная защита (ДЗТ) по ПУЭ-7, 3.2. Газовая защита — обязательна для масляных трансформаторов от 6300 кВА. Уставка МТЗ выбирается с отстройкой от номинального тока IВН с учётом коэффициента возврата реле и пусковых токов нагрузки.
ООО «Иннер Инжиниринг»