Com triar la capacitat del transformador en funció de les característiques de càrrega?

 

I. Característiques de càrrega: la base bàsica per a la selecció de la capacitat del transformador

Les característiques de càrrega fan referència a les característiques elèctriques presentades per equips elèctrics durant el funcionament, inclosos principalment el tipus de càrrega, la mida i la llei de variació, el factor de potència, la durada, etc. Aquestes característiques determinen directament el requisit de capacitat del transformador.

Les càrregues es poden dividir en càrregues inductives, càrregues capacitives i càrregues resistents segons la seva naturalesa, i diferents tipus tenen impactes significativament diferents sobre la capacitat del transformador.

1) Càrregues inductives: Com ara motors, transformadors, soldadors elèctrics, etc. Quan aquestes càrregues funcionen, no només consumeixen energia activa, sinó que també generen potència reactiva, donant lloc a una disminució del factor de potència. L’existència del poder reactiu augmentarà la demanda de potència aparent del transformador. Si no es considera una compensació de potència reactiva, cal seleccionar un transformador de capacitat més gran per satisfer la demanda total de potència activa i reactiva.

2) Càrregues capacitives: Com ara condensadors, generadors síncrons (quan més - emocionats), etc. Es caracteritzen per proporcionar potència reactiva, cosa que pot millorar el factor de potència del sistema. En els escenaris dominats per càrregues capacitives, la demanda real de potència aparent del transformador pot ser inferior a la capacitat corresponent a la potència activa i cal ajustar la selecció en combinació amb el saldo de potència reactiva global.

3) Càrregues resistents: Com ara làmpades incandescents, escalfadors elèctrics, forns de resistència, etc. El factor de potència d'aquestes càrregues és proper a 1, i la potència aparent és bàsicament igual a la potència activa. La selecció de la capacitat es pot calcular directament segons la potència activa sense tenir en compte la pèrdua de potència reactiva.

 

La mida de la càrrega no es fixa i el seu rang de fluctuació, la força d’impacte i la durada afecten directament la selecció de la capacitat del transformador.

1) Càrrega constant: Com ara equips de línia de producció contínua, la càrrega és estable a prop d’un cert valor durant molt de temps. En aquest moment, la capacitat es pot calcular segons la potència aparent de la càrrega nominal, amb un marge del 10% -15% reservat (tenint en compte l’envelliment dels equips, la pèrdua de línia, etc.).

2) Càrrega fluctuant: Com ara el consum d’electricitat residencial (càrrega elevada durant els cims del matí i la nit, la baixa càrrega a la nit), el consum d’electricitat del centre comercial (càrrega elevada durant l’horari comercial, baixa càrrega després de tancar). En aquests escenaris, és necessari comptar la corba de càrrega d’un dia típic, prendre la càrrega màxima com a punt de referència per a la selecció de la capacitat i evitar expandir cegament la capacitat segons el valor màxim - si la durada màxima és curta (com ara només 1-2 hores al dia), el marge es pot reduir adequadament al 5% -10% per equilibrar l’eficiència en equilibri.

3) Càrrega d’impacte: Com ara l’inici del motor, el funcionament de la màquina de soldadura elèctrica, el funcionament dels equips d’estampació, etc., que generarà immediatament un corrent que superi el valor nominal (normalment 5 - 7 vegades el corrent nominal). Tot i que la càrrega d’impacte té una durada curta (diversos segons a desenes de segons), provocarà una sobrecàrrega de curt termini - del transformador. Si la capacitat és insuficient, pot causar caiguda de tensió i sobreescalfament de bobinatge. Quan es selecciona, és necessari calcular la potència aparent durant l’impacte (com ara la potència aparent que s’inicia el motor=El corrent inicial × Tensió nominal /√3), assegurar-se que la capacitat de sobrecàrrega del terme curt - del transformador compleix els requisits i, si cal, seleccioneu un transformador amb una capacitat més gran o preneu mesures com ara l’inici de pas i l’inici suau.

El temps de funcionament continu de la càrrega determina el "grau de fatiga" del transformador. Les càrregues que s’executen contínuament durant molt de temps (com ara les fonts d’alimentació del centre de dades, els equips de cures intensives hospitalàries) tenen requisits més elevats per a la concordança de la capacitat i s’ha de garantir el transformador que funcioni de manera estable a la capacitat nominal; Per a les càrregues de funcionament intermitentment (com ara les bombes de reg agrícola, les grues de la torre del lloc de construcció), l’estàndard de capacitat es pot reduir adequadament perquè es troben en un estat d’aturada o de càrrega lleugera la major part del temps i l’augment de la temperatura de bobinatge no s’acumularà contínuament, però és necessari garantir que la càrrega màxima durant el funcionament no superi la capacitat nominal del transformador.

Complir la demanda màxima de càrrega: La capacitat del transformador ha de ser superior o igual a la potència aparent de la càrrega màxima per assegurar -se que no hi ha una sobrecàrrega de terme llarg- en cap condició de treball.

Perseguir l'eficiència del funcionament econòmic: La corba d'eficiència del transformador és "invertida u - en forma", i l'eficiència és la més alta quan la taxa de càrrega és del 70% -80% (pèrdua mínima). La selecció de la capacitat ha d’intentar fer la velocitat de càrrega operativa normal en aquest rang per evitar “un cavall gran que tira un carro petit” (l’eficiència disminueix significativament quan la velocitat de càrrega és inferior al 30%).

Reserva Espai d’expansió: Tenint en compte el creixement de la càrrega en els propers 3-5 anys (com ara l’expansió empresarial, l’augment dels equips elèctrics residencials), la capacitat necessita reservar un marge d’uns 20% (ajustat segons el pla de desenvolupament).

Adaptar -se a les condicions ambientals: Alta temperatura, alta altitud i ambients polsosos reduiran l'eficiència de dissipació de calor del transformador. En aquests casos, la capacitat s'ha d'augmentar addicionalment en un 10%- 20%; Si s'instal·la en un lloc de ventilació de pou - ventilat i adequat a la temperatura, el marge es pot reduir adequadament.

 

1. Calculeu la capacitat de càrrega total

Potència de l'equipament de sumes: Agregar la potència nominal (KW) de totes les càrregues, tenint en compte el factor de demanda (factor de simultaneïtat).

Compte en les càrregues màximes: Si hi ha breus - sobre sobres (per exemple, corrent d'arrencada del motor), calculeu la càrrega tèrmica equivalent o realitzeu anàlisis transitòries.

Fòrmula:

         

On:

S=Potència aparent (KVA)

​ Ptotal= Potència activa total (KW)

η=eficiència

cosφ= factor de potència

 

2. Determineu la capacitat del transformador

Capacitat de base: Seleccioneu una capacitat nominal del transformadorlleugerament superior a la càrrega calculada S (normalment del 20% ~ 30% de marge).

Exemple: Si el càlcul de càrrega és de 800kVA, trieu un transformador de 1000KVA.

Capacitat de sobrecàrrega: Si la càrrega fluctua cíclicament (per exemple, dia - variacions nocturnes), es poden permetre les sobrecàrregues de terme curt - (oli - transformadors immersos normalment permeten una sobrecàrrega de 1,3x durant 2 hores).

Gestió especial de càrrega:

Per als escenaris que impliquen càrregues d’impacte, cal corregir la capacitat calculada del transformador. Les càrregues d’impacte (com els soldadors elèctrics i els equips d’estampació) generen curts - corrents pics de terme, amb el seu coeficient d’impacte (proporció de corrent màxim amb corrent nominal) que arriba a 2-5. En aquests casos, s'hauria de realitzar un ajust de la capacitat mitjançant el"Mètode de demanda màxima"o el"Mètode de correcció de coeficients":

Mètode de demanda màxima: Mesureu o calculeu la potència activa màxima de la càrrega d’impacte (tenint en compte la durada de l’impacte), convertiu -la en potència aparent i, a continuació, superposeu -la amb la capacitat calculada d’altres càrregues.

Mètode de correcció de coeficients: Per als sistemes on les càrregues d’impacte representen una proporció elevada (per exemple, superior al 20% de la càrrega total), multipliqueu la capacitat bàsica calculada per un factor de correcció d’1,2-1,5. (Com més freqüents i intensos siguin els impactes, més gran és el factor de correcció.)

Per als sistemes amb factors de baixa potència (per exemple, COSOP <0,7), primer s’hauria d’implementar una compensació de potència reactiva (com ara instal·lar bancs de condensadors) per millorar el factor de potència fins a 0,85 abans de calcular la capacitat del transformador. Després de la compensació de potència reactiva, la demanda de potència aparent disminueix, cosa que redueix la capacitat del transformador requerida i redueix tant els costos d’inversió com el consum d’energia.

 

3. Exemple escenaris

Escenari 1: Càrrega de fàbrica=500 kW, factor de potència=0.8, eficiència=0.9:

→ Seleccioneu el transformador de 800KVA.

Escenari 2: Centre de dades (operació 24/7, 60% de velocitat de càrrega) → Trieu High - eficiència seca - Transformador de tipus amb capacitat de càrrega màxima 1.2x.

Cooperació amb una compensació de potència reactiva: En els escenaris dominats per càrregues inductives, la instal·lació de condensadors per a una compensació de potència reactiva pot millorar el factor de potència (com ara de 0,7 a 0,9), reduint significativament la demanda de potència aparent (com ara la càrrega de 1000kW, la potència aparent és de 1429kVA quan el factor de potència és de 0,7 i baixa fins a 1111kVA després de augmentar fins a 0,9), així que redueix la capacitat de transformació i la inversió.

Influència de la temperatura ambient: La capacitat nominal del transformador es dissenya generalment en funció d’una temperatura ambient de 40 graus. Si la temperatura ambient real és superior a 40 graus durant molt de temps (com la instal·lació exterior a les zones de temperatura altes -), la capacitat s’ha de reduir segons el "coeficient de correcció de temperatura" (com el coeficient de correcció a 45 graus és de 0,92 i un transformador de 1000kVA pot portar només 920kVA).

Selecció de múltiples transformadors: Quan la capacitat de càrrega és gran, es distribueix àmpliament o el requisit de fiabilitat és elevat (com ara grans fàbriques, hospitals), es poden operar en paral·lel en paral·lel. En aquest moment, la capacitat d’un únic transformador s’ha de seleccionar segons el principi de “compartició de càrrega” per assegurar -se que la velocitat de càrrega de cada transformador s’equilibra i evitar la sobrecàrrega d’un determinat.