Выбор трансформаторов тока в цепях учёта

Задание



Часть 1. Проверка правильности выбора трансформатора тока

№ п/п

Мощность трансформатора, кВА

Мощность нагрузки изменяется от указанной до номинальной

Коэффициент трансформации тр-ра тока

10

250, 10/0,4 кВ

70

75/5



Часть 2. Расчет нагрузки трансформатора тока

№п/п

Междуфазная нагрузка, ВА

Длина кабеля до трансформатора напряжения, м

Сечение кабеля, мм2



Sаb

Sbс

Sса





10

33

33

38

25

2,5



Часть 3. Расчет экономии электроэнергии, затрачиваемой на освещение

№

варианта

ЛН,

N

НЛ,

M

10

285

54






1. Проверка правильности выбора трансформатора тока



Проверить правильно ли выбраны трансформаторы тока при выполнении учета электроэнергии на силовом трансформаторе.



№ п/п

Мощность трансформатора, кВА

Мощность нагрузки изменяется от указанной до номинальной

Коэффициент трансформации тр-ра тока

10

250, 10/0,4 кВ

70

75/5



Задача 1. Необходимо выполнить учет электроэнергии на силовом трансформаторе 250 кВА, 10/0,4 кВ. Мощность нагрузки трансформатора изменяется от 70 кВА до номинальной. Ячейка трансформатора оборудована трансформаторами тока с К1=75/5 (коэффициент трансформации в виде отношения номинальных первичного и вторичного токов). Требуется проверить их пригодность (правильно ли выбраны ТТ).

Номинальный первичный ток трансформатора по стороне 10 кВ



=250/(√3∙10)=25/√3=14,43 А



Ток минимальной нагрузки



=70/(√3∙10)=7/√3=4,04 А



Вторичный ток при номинальной нагрузке



=14,43∙5/75=0,96 А


Согласно ПУЭ при максимальной нагрузке присоединения вторичный ток должен составлять не менее 40% от номинального тока счетчика. Номинальный вторичный ток равен 5А.

5А-100%

0,96А-х% 5/100=0,96/х 5*х=0,96*100 х=96/5 х=19,2

Отношение вторичного тока к номинальному в процентах составит:

(0,96/5)∙100%=19,25<40% – условие не выполняется

Вторичный ток при минимальной нагрузке



=4,04∙5/75=0,27 А



Согласно ПУЭ при минимальной нагрузке присоединения вторичный ток должен составлять не менее 5%. от номинального тока счетчика. Номинальный вторичный ток равен 5А.

Отношение вторичного тока к номинальному в процентах составит:

(0,27/5))∙100%=5,39>5% – условие выполняется, но можно лучше

Таким образом, трансформатор тока нужно заменить трансформатором тока 30/5.

Тогда вторичный ток при номинальной нагрузке



=14,43∙5/30=72,15/30=2,405 А



А отношение вторичного тока к номинальному в процентах составит:

(2,405/5)∙100%=48,1>40% – условие выполняется

Вторичный ток при минимальной нагрузке



=4,04∙5/30=20,2/30=0,67 А


Отношение вторичного тока к номинальному в процентах составит:

(0,67/5))∙100%=0,135*100=13,5>5% – условие выполняется

Вывод: Трансформатор тока представляет собой вспомогательный аппарат, в котором вторичный ток практически пропорционален первичному току и предназначенный для включения измерительных приборов и реле в электрические цепи переменного тока. Трансформаторы тока служат для преобразования тока любого значения и напряжения в ток, удобный для измерения стандартными приборами (5 А), питания токовых обмоток реле, отключающих устройств, а также для изолирования приборов и обслуживающего их персонала от высокого напряжения.

Обычно трансформатор тока выбирается с условием, чтобы его вторичный ток не превышал 110% номинального. С другой стороны, трансформаторы тока, выбранные с завышенными коэффициентами трансформации с учетом тока КЗ, при малых вторичных токах имеют повышенные погрешности. Согласно ПУЭ при максимальной нагрузке присоединения вторичный ток должен составлять не менее 40% от номинального тока счетчика, а при минимальной – не менее 5%.

Таким образом трансформатор тока был выбран неправильно. Так как номинальный ток вторичной обмотке указан в паспортной табличке и равен 5А, то обратимся к принятой для ТТ шкале номинальных первичных токов: 1,5,10,15,20,30,40,50,75 и т.д. Выбрав вторичный ток = 30А получаем трансформатор с коэффициентом трансформации К=30/5



2. Расчет нагрузки трансформатора тока



Определить нагрузку на трансформатор напряжения и падение напряжения в кабеле. Сравнить с допустимыми значениями.




№п/п

Междуфазная нагрузка, ВА

Длина кабеля до трансформатора напряжения, м

Сечение кабеля, мм2



Sаb

Sbс

Sса





10

33

33

38

25

2,5



Для трехфазного трансформатора напряжения определяется мощность нагрузки SТН каждой из фаз по формуле 

где - наибольшая и наименьшая мощности междуфазной нагрузки

Из трех вычисленных таким образом нагрузок берется наибольшая SТНmax, и проверяется неравенство .

Наиболее загружена фаза с. Мощность ее нагрузки



Расчетная нагрузка трансформатора напряжения ,

т.е. не превышает допустимую.

Сопротивление соединительных проводов определяется по формуле







где ℓ – длина провода между трансформатором тока и счетчиком, м; γ – удельная проводимость; для меди γ= 53 м/(Ом·мм2), для алюминия γ= 32 м/(Ом·мм2); s-сечение провода, мм2.В токовых цепях сечение медных проводов должно быть не менее 2,5 мм2, алюминиевых – не менее 4 мм2.

Сопротивление алюминиевого провода 



Определяется ток нагрузки IТН фазы c: 


Ток нагрузки в фазе с 

Согласно ПУЭ сечение и длина проводов и кабелей в цепях напряжения расчетных счетчиков выбираются таким образом, чтобы потери напряжения в этих цепях составляли не более 0,25% номинального напряжения. При номинальном напряжении 100 В потеря напряжения в вольтах численно совпадает с потерей напряжения в процентах.

Определяется падение линейного напряжения ΔU для трехфазного трансформатора напряжения:







Падение напряжения в соединительных проводах

<0,25% что допустимо.

Вывод: Измерительные трансформаторы напряжения – это промежуточные трансформаторы, через которые включаются измерительные приборы при высоких напряжениях. Благодаря этому измерительные приборы оказываются изолированными от сети, что делает возможным применение стандартных приборов (с переградуированием их шкалы) и тем самым расширяет пределы измеряемых напряжений. Нагрузка на трансформатор и падение напряжения в кабеле не превышают допустимые.



3. Расчет экономии электроэнергии, затрачиваемой на освещение



№

варианта

ЛН,

N

НЛ,

M

10

285

54



Производственный цех имеет верхнее освещение. Источник света – N=285 светильников, каждый из которых имеет одну лампу накаливания.

Мощность лампы накаливания .

Исследование освещения показало, что M=54 светильников с натриевыми лампами высокого давления мощностью  обеспечат тот же уровень освещенности в цехе.

Срок службы ламп накаливания (ЛН) – 1000 часов.

Срок службы натриевых ламп высокого давления (НЛ) – 10000 часов.

Время работы светильников в год  часов.

Расчет включает следующие этапы:

Расчет капитальных затрат.

Расходы на электроэнергию.

Эксплуатационные расходы.

Расчет срока окупаемости.



Капитальные затраты (КЗ)

Статья расхода

ЛН

НЛ

1. Количество светильников

285

54

2. Стоимость светильников, включая управления (за ед., у. е.)

100

180

3. Стоимость замены ламп (за ед., у. е.)

12

48

4. Стоимость установки светильников (за ед., у. е.)

50

120

ИТОГО: КЗ

285*(100+12+50)=285*162=46170

54*(180+48+ 120)=54*348= 18792



КЗ=M (Расход по статье 2+расход по статье 3+расход по статье 4))



Расходы на электроэнергию

Статья расхода

ЛН

НЛ

1. Количество светильников

285

54

2. Потребление электроэнергии каждой лампой, Вт

500

400

3. Часы работы, час/год(Тр)

3000

3000

Электроэнергия, потребляемая лампами накаливания за год, кВтч/год: 

285*500Вт*3000 час/год=427500000Вт∙ч/год=427500 кВт∙ч/год

54*400Вт*3000=64800000 Вт∙ч/год=64800 кВт∙ч/год

4. Стоимость эл. энергии за 1 кВтч, у. е. (Т)

0,05

0,05

ИТОГО. Общие расходы на электроэнергию за год.  где Т – тариф за 1 кВтч.

427500*0,05=21375

64800*0,05=3240



Эксплуатационные расходы

Статья расхода

ЛН

НЛ

1. Количество светильников

285

54

2. Стоимость очистки светильников, у. е.

0,5

0,5

3. Количество раз чистки светильников в год

3

2

4. Общая стоимость чистки в год (статья расхода 1*статья расхода 2* статья расхода 3)

285*0,5*3=427,50

54*0,5*2=54

5. Стоимость замены ламп за ед.

12

48

6. Стоимость замены всех ламп за год ((статья 5 * / срок службы лампы) * количество светильников)

(12*3000/1000)*285=10260

(48*3000/10000)*54=777,60

7. Эксплуатационные расходы за год (статья 6+статья 4).

427,50+10260=10687,50

54+777,60=831,60

8. Общие эксплуатационные расходы (ОЭР) определяются как сумма эксплуатационных расходов и расходов на электроэнергию

(см. пункт 2)

10687,50+21375=32062,50

831,60+3240=4071,60



Расчет срока окупаемости.

Экономия за год, у. е.

Э=ОЭРЛН – ОЭРНЛ= 32062,50 -4071,60=27990,90



Срок окупаемости, лет.

ИТОГО: КЗ

285*(100+12+50)=285*162=46170

54*(180+48+ 120)=54*348= 18792


=46170/27990,90=1,65=165/100=(165*12)/(100*12)=1980/1200=19,8/12= 12 мес+7,8 мес=1год8 мес – для ламп накаливания

=18792/27990,90=0,67=67/100=(67*12)/(100*12)=804/1200=8,04/12= 8 мес – для светильников с натриевыми лампами высокого давления



Выводы: несмотря на более низкую стоимость ламп и светильников накаливания, стоимости их замены по сравнению с натриевыми лампами высокого давления и их светильников, ламп накаливания требуется почти в 5 раз больше, светильники под лампы накаливания необходимо чаще чистить и срок службы их в 10 раз меньше. Экономия от установки натриевых ламп составила 27990,90 у. е., а срок их окупаемости на 1 год меньше.






Заключение



В ходе данной работы я ознакомился с руководящими документами; научился производить расчеты и выбор трансформаторов тока; узнал назначение, принцип действия, область применения и методы расчета трансформаторов тока и напряжения. Научился производить расчет экономии электроэнергии в производстве. Экономия электроэнергии возможна при сведении к минимуму потерь электроэнергии. Технологические потери (расход) электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям (далее – ТПЭ) – потери в линиях и оборудовании электрических сетей, обусловленные физическими процессами, происходящими при передаче электроэнергии в соответствии с техническими характеристиками и режимами работы линий и оборудования с учетом расхода электроэнергии на собственные нужды подстанций и потерь, вызванных погрешностью системы учета электроэнергии. Определяются расчетным путем.

Коммерческие потери электроэнергии (их определение в законодательной базе отсутствует) связаны с неоплатой потребителем электрической энергии, а также ее хищением. Необходимо учитывать погрешности измерительных комплексов, в которые входят трансформаторы тока и трансформаторы напряжения. Здесь важны их классы точности, реальные условия эксплуатации, недогрузка или перегрузка, правильность схем подключения.




Литература



Справочник по проектированию электрических сетей и оборудования / Под ред. Ю.Г. Барыбина – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 464 с.

Головкин Г.И. Энергосистема и потребители ЭЭ. – М., Энергоатомиздат, 1984 г. – 360 с.

Справочная книга для проектирования электрического освещения / Под ред. Г.М. Кнорринга. – Л.: Энергия, 1976 – 384 с.

TACIS. Курс «Освещение». – Киев, 1999.

Правила пользования электрической энергией. НКРЭ, Киев, 1996 г.

Сайт АББ ВЭИ Метроника по адресу: www.abb.ru/metronica.





11