dobˇr transformatora, gospodarka, Wydział produkcyjny fabryki zasilany jest ze stacji dwutransformatorowej SN/0,4kV

Zadanie 1/16

Wydział produkcyjny fabryki zasilany jest ze stacji dwutransformatorowej SN/0,4kV. Produkcja prowadzona jest na dwie zmiany. Uproszczony wykres obciążeń pokazano dla dnia roboczego - w skali względnej m_t = P_t/P_s pokazano na rysunku.

Dla dnia wolnego można przyjąć obciążenie praktycznie niezmienne, w przybliżeniu równe m_t = 0,2 obciążenia szczytowego w dniu roboczym, przy praktycznie stałym cosφ_t = 0,94.

Obciążenie szczytowe wynosi P_s = 1000 kW, napięcie sieci zasilającej transformatory 15kV. Należy:

Wybrać dwa jednakowe transformatory przyjmując, że minimalna rezerwa ma wynosić 55% P_s i obydwa transformatory zawsze pracują.
Dokonać porównania techniczno-ekonomicznego ze stacja złożoną z dwóch jednakowych transformatorów, z których każdy jest w stanie pokryć pełne obciążenie wydziału fabryki. Wybrać najlepszy układ stacji transformatorowej.
Określić korzyści z okresowego wyłączenia transformatora - dla najlepszego rozwiązania. Jak zmieniłyby się warunki gdyby jeden z transformatorów miał napięcie zwarcia wieksze o 20% od drugiego.
Wykreślić wykres sprawności η = f(P, cosφ) wybranego transformatora przy następujących wartościach cosφ = 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0

Rozwiązanie

Na podstawie danych z wykresu obliczam średni stopień obciążenia dla dnia roboczego m.

m_t	Δt
0,7	6
0,6	2
0,8	1
0,9	1
1	3
0,8	1
0,6	2
0,5	4
0,6	2
0,9	2

m_t = 0,2

P_s = 500 kW

U_s = 6 kV

T = 24 h

Ad 1.

Rezerwa mocy dla trafo

P_r = 0,55⋅P_s = 275 kW

Każdy z trafo powinien zapewnić połowę rezerwy mocy

(P_r/2) = 137,5 kW

Dobieram dwa jednakowe trafo. Moc każdego z nich nie powinna być mniejsza niż:

Wg tablicy transformatorów TNOSB i TNOSI są to transformatory TNOSI 400/15 o danych:

S₁ = S = 400 kVA

ΔP_j1 = ΔP_j = 780 W

ΔP_obc1 = ΔP_obc = 4 kW

U_n1 = U_n = 6,3 kV

u_z%1 = u_z% = 4,5

P₁ = S₁/ cosφ_t = 425,53 kW

0x08 graphic

Straty energii wynoszą

ΔA = ΔP_j⋅T + ΔP_obc⋅τ

Straty energii dla dnia roboczego:

ΔA_1r = ΔP_j1⋅T + ΔP_obc1⋅τ = 69,96 kWh

Straty energii dla dnia wolnego:

ΔA_1w = (ΔP_j1 + ΔP_obc1⋅m_w²)⋅T = 22,56 kWh

Straty energii w ciągu roku:

d_a = 365 - ilość dni w roku,

d_r = 255 - ilość dni roboczych,

d_w= 110 - ilość dni wolnych

- dla jednego trafo

ΔA_1a = d_r⋅ΔA_1r + d_w⋅ΔA_1w= 20,32 kWh

- dla dwóch

2⋅ΔA_1a = 40,64 kWh

Ad 2.

Zapotrzebowanie wydziału produkcyjnego wynosi:

2⋅P_tr1 = 775 kW

Moc transformatora, który jest w stanie pokryć zapotrzebowanie nie powinny być mniejsza niż 775kW. Pierwszym trafo z szeregu jest TNOSI 1000/15 o danych:

S₂ = S = 1000 kVA

ΔP_j2 = ΔP_j = 1,65 kW

ΔP_obc2 = ΔP_obc = 9 kW

U_n2 = U_n = 6,3 kV

u_z%2 = u_z% = 6

P₂ = S₂/ cosφ_t = 670,21 kW

0x08 graphic

Straty energii dla dnia roboczego:

ΔA_2r = ΔP_j2⋅T + ΔP_obc1⋅τ = 115,82 kWh

Straty energii dla dnia wolnego:

ΔA_2w = (ΔP_j2 + ΔP_obc2⋅m_w²)⋅T = 48,24 kWh

Straty energii w ciągu roku:

- dla jednego trafo

ΔA_2a = d_r⋅ΔA_2r + d_w⋅ΔA_2w= 34,5 kWh

- dla dwóch

2⋅ΔA_2a = 69 kWh

Porównanie techniczno-ekonomiczne dla dwóch rozwiązań

- straty w ciągu roku

ΔA_1a = 40,64 kWh

- koszt jednego tyrafo TNOSI 400/15

K_ntr1 = 18760 zł

- koszt dwóch trafo

K_n2tr1 = 37144,8 zł

- straty w ciągu roku

ΔA_2a = 69 kWh

- koszt jednego tyrafo TNOSI 400/15

K_ntr1 = 42950 zł

- koszt dwóch trafo

K_n2tr1 = 85041 zł

Stopień strat obciążenia θ_s = 0,92⋅m² + 0,11⋅m

- dla dnia roboczego (m = 0,713 )

θ_sr = 0,92⋅m² + 0,11⋅m = 0,545

- dla dnia wolnego (m_w = 0,2)

θ_sw = 0,92⋅m_w² + 0,11⋅m_w = 0,059

- dla całego roku

Założenie: inwestycja zaplanowana na rok.

p = 0,03 - 30% odsetek kredytu bankowego,

N = 1 ilość lat

k_A = 0,5 zł/kWh

TNOSI 400/15	TNOSI 1000/15
Straty obciążenia
ΔP_obcs1 = ΔP_obc1⋅ (P_s/n_T⋅cosφ_t⋅S₁)²= 1,77 kW	ΔP_obcs2 = ΔP_obc2⋅ (P_s/n_T⋅cosφ_t⋅S₂)² = 0,77 kW
Straty mocy czynnej w ciągu roku
ΔP_a1 = 4,64 kW	ΔP_a2 = 7,88 kW
Jednostkowy koszt strat mocy czynnej k_p
k_p1 = 400 zł/kW⋅a (0,046 zł/kWh)	k_p2 = 1000 zł/kW⋅a (0,114 zł/kWh)
Współczynniki b_j, b_obc
b_j = 2⋅k_p1 + k_A = 5,19⋅10³ zł/kW⋅a b_obc1 = n_T⋅k_p1+ k_A⋅θ_sa = 2,55⋅10³ zł/kW⋅a	b_j2 = 2⋅k_p2 + k_A = 6,38⋅10³ zł/kW⋅a b_obc2 = n_T⋅k_p2+ k_A⋅θ_sa = 3,72⋅10³ zł/kW⋅a
Koszty inwestycyjne
r⋅K_n2tr1 = 38,26⋅10³ zł ΔP_j1⋅b_j1 = 4,05⋅10³ zł/a ΔP_obcs1⋅b_obc1 = 4,51⋅10³ zł/a	r⋅K_n2tr2 = 88,48⋅10³ zł ΔP_j2⋅b_j2 = 1,05⋅10³ zł/a ΔP_obcs2⋅b_obc2 = 2,86⋅10³ zł/a
Koszty roczne wynoszą
K_r1 = r⋅(K_n2tr1/a) + ΔP_j1⋅b_j1 + ΔP_obc1⋅b_obc1= 52,51⋅10³ zł/a	K_r2 = r⋅(K_n2tr2/a) + ΔP_j2⋅b_j2 + ΔP_obc2⋅b_obc2= 132,5⋅10³ zł/a
Koszty po spłaceniu kredytu
K_rc1 = ΔP_j1⋅b_j1 + ΔP_obc1⋅b_obc1 = 14,25⋅10³ zł/a	K_rc2 = ΔP_j2⋅b_j2 + ΔP_obc2⋅b_obc2 = 43,98⋅10³ zł/a

Ze względów ekonomicznych opłacalne jest zastosowanie 2 mniejszych trafo. Jednak
w przypadku awarii jednego z trafo, ten drugi nie będzie wstanie pokryć zapotrzebowania fabryki, co może być przyczyną dużych strat. Również w przypadku rozbudowy fabryki mniejsze mocowo transformatory nie będą mogły pokryć jej zapotrzebowania.

Ad 3.

Obciążenie szczytowe stacji trafo:

S_s = P_s/cosφ = 531,91 kVA

Graniczny punkt opłacalności wyłączenia:

0x08 graphic

Stacja składa się z dwóch trafo TNOSI 400/15 o danych jw. Z czego jeden ma o 20% większe napięcie zwarcia.

0x08 graphic
Obciążenie poszczególnych trafo:

Praca transformatorów przy takim rozkładzie obciążenia w rzeczywistym układzie jest niemożliwa. Jeden z trafo można wyłączyć, jeżeli obciążenie nie przekracza obciążenia granicznego.

Ad 4.

Charakterystyka sprawności η_tr1 = f(P, cosφ) trafo TNOSI 400/15