Тсн в электрике что это
ТСН (трансформатор собственных нужд) как средство жизнеобеспечения электроустановки
Трансформаторы собственных нужд или ТСН предназначены для питания нагрузки подстанций, КРУН, КРУ для обеспечения своих потребностей.
ТСН обеспечивает работу электроустановки и функциональность подключенных потребителей нагрузки.
Количественный состав и тип нагрузки собственных нужд электроустановки зависят от вида, мощности силовых тр-ров, предусмотрены или нет синхронные компенсаторы и от класса подключенного электрооборудования.
Рис. №1. Размещение и внешний вид трансформаторов собственных нужд на ПС
Потребители, которые питаются от собственных нужд электроустановки
К нагрузке ТСН относятся: обогреватели релейных шкафов, ячеек приводов силовых выключателей нагрузки, а при использовании постоянного тока зарядных устройств аварийного и действующего освещения.
ТСН обеспечивает действие релейных защит, систем пожаротушения, средств оперативной связи и телемеханики.
К ТСН ПС класса напряжения до 220 кВ с трансформаторами с возможностью к повышенной нагрузке подключена форсированная система охлаждения высоковольтных трансформаторов и потребителей, отвечающих за жизнеспособность электроустановки.
Перечень нагрузки для собственных нужд электроустановок:
Электродвигатели для системы обдува и охлаждения трансформатора.
Обогрев ячеек масляных вакуумных выключателей и шкафов управления с электрическими аппаратами и приборами контроля и измерения.
Сеть освещения электроустановки.
Электропитание приводов коммутирующих устройств.
Таб. №1. Классификация электроприемников СН в зависимости от ответственности и продолжительности работы
Выбор трансформатора собственных нужд
Для выборе трансформаторов, от которых питаются потребители учитывают наличие различных режимов нагрузки подстанции и способность к перегрузке. ТСН выбирается с резервным запасом мощности.
Для повышения надежности все двухтрансформаторные ПС35/750 кВ должны иметь два ТСН, по одному на каждую секцию. Один трансформатор СН возможен только на подстанциях 35/220 кВ с постоянным оперативным током в период монтажа и начала работы. Второй трансформатор присоединяется в процессе работы электроустановки.
При выборе ТСН руководствуются нормами «Технического проектирования подстанций переменного тока с высшим напряжением 35 – 750 кВ», Пункт № 6. 1. Собственные нужды.
Условия расчета мощности ТСН
Мощность ТСН для питания внутренних потребителей рассчитывают в зависимости от подключенной нагрузки с учетом коэффициентов одновременности максимумов нагрузки и коэффициента загрузки по активной мощности:
номинальное напряжение, которое является первичным рабочим напряжением ТСН;
нагрузка во вторичной обмотке;
коэффициенты загрузки и одновременности максимумов нагрузки.
Формула ориентировочной нагрузки ТСН:
Kc – коэффициент одновременности и загрузки, принимаемый как 0,8;
Рнагруз. – активная мощность;
Qустав – реактивная мощность.
Кзагр = Sзагр / nтр x Sтсн коэффициент загрузки должен быть меньше 0,7, что означает возможное беспрепятственное подключение других дополнительных потребителей.
Расчет мощности в зависимости от времени года и ремонтных работ
Сейчас большинство подстанций работают без дежурных, поэтому важное значение в подборе ТСН играет степень загруженности в теплое и холодное время. Например, включение постоянно работающего обогрева.
Значит, S расчет = S зим
На выбор ТСН также влияет подключение дополнительного электрического оборудования в периоды ремонтных работ. Это сварочные аппараты, компрессоры, воздуходувки и прочее дополнительное освещение.
Мощность трансформатора без дежурных электриков и с одним тр-ром выбирают как Sm ≥Sрасч
В случае наличия двух трансформаторов и с постоянным обслуживающим персоналом принимается:
где Kn – коэффициент возможной перегрузки трансформатора в аварийном режиме, условно равен 1,4. При отключении одного ТСН, другой должен обеспечить мощность с учетом 40% перегрузки.
В случае наличия двух трансформаторов коэффициент принимается как 2.
Максимальная мощность ТСН не должна превышать 630 кВА. При наличии технико-экономического обоснования ТСН могут иметь мощность до 1000 кВА всего при 8% загруженности.
Мощность ТСН выбирается из возможности покрытия всех действующих потребителей в любых аварийных и ремонтных режимах одним трансформатором. Запаса мощности должно хватить на всю нагрузку.
Подстанции средней мощности до 63 МВА проектируются с расчетом питания защитных цепей, управления и сигнализации, действующих на переменном оперативном токе.
От чего зависит схема подключения ТСН от питающей сети
На способ присоединения ТСН в питающую сеть влияет тип оперативного тока. Если в цепях управления электроустановкой действует постоянный ток, то подключение ТСН производится через предохранители или выключатели нагрузки непосредственно к шинам распредустройства 35 кВ. Иногда, когда распредустройства нет про проекту, присоединение осуществляют прямо к обмоткам низшего напряжения основных трансформаторов.
Рис. №2. Питание ТСН на ПС с цепями управления на постоянном оперативном токе
Если оперативные цепи управления действуют на переменном или выпрямленном токах, то ТСН присоединяют через предохранители к вводам низкого напряжения силовых трансформаторов до высоковольтных выключателей. Это условие обеспечивает запуск подстанции в независимости присутствия напряжения в сети 6 или 10 кВ.
Рис. №3. Питание ТСН на ПС с оперативным переменным и выпрямленным током
Рис. №4. Схема подключения ТСН к вводу НН трансформатора до выключателя отпайкой к силовому трансформатору через защитные плавкие предохранители
Рис. №5. Схема подключения ТСН с одной секционированной системой шин
Классы ТСН для КРУН наружной и КРУ закрытой установки, способы размещения
Для питания потребителей в шкафах КРУ используются сухие ТСН. Подключение производится через воздушный вывод ячейки, где размещаются трансформаторы напряжения или до вводного выключателя КРУ отпайкой от воздушного ввода в КРУ. Использование «сухих» ТСН с естественным воздушным охлаждением и изоляцией без применения масла упрощает обслуживание и уменьшает влияние на окружающую среду.
Для КРУН применяются масляные ТСН. Если выбран ТСН с мощностью более 63 кВА, то он размещается вне КРУ, а устройство коммутации устанавливается внутри КРУ.
На всех двух трансформаторных подстанциях 35 кВ и выше предусмотрены два ТСН.
Особенности эксплуатации ТСН
При проектировании и эксплуатации ТСН должны соблюдаться следующие особенности и условия:
Не допускается подключать от собственных нужд сторонних потребителей.
Питание двух ТСН должно быть от разных источников питания, то есть от двух секций.
При работе ТСН от стороны НН они должны функционировать раздельно от АВР.
Для сети ТСН переменного тока используется питающая сеть напряжением 380/220 В с применением заземленной нейтрали.
Оперативный ток ТСН питается через стабилизаторы U – 220 В.
Для повышения надежности электропитания трансформаторы подключают с использованием изолированной или заземленной нейтрали. Заземленная нейтраль подключается через установленную в нулевую точку катушку индуктивности, компенсирующей емкостной ток при замыкании на землю одной из фаз, протяженных воздушных линий электропередач.
При осмотре ТСН проверяется:
уровень масла в расширительном баке;
отсутствие нагрева контактных соединений, если осмотр происходит зимой, не должно быть видно подтаявшего снега, летом проверка на нагрев производится тепловизором;
отсутствие коронации на шинах;
отсутствие течи масла на изоляторах.
Рис. №7. Осмотр ТСН зимой, об отсутствие нагрева контактных соединений на изоляторах свидетельствует ровный слой снега на поверхностях, без наледи
Правильный выбор и последующая эксплуатация ТСН обеспечивают бесперебойное питание внутренних потребителей подстанции, которые предназначены для защиты и нормальной работы подстанционного оборудования.
Трансформатор собственных нужд
Трансформатор собственных нужд (Т.С.Н.) назначение в обеспечении нормальное функционирования подстанций, гарантируя бесперебойное электроснабжение ответственных потребителей оперативным переменным, постоянным током. Обесточенные устройств С. Н. может привести к полному погашению подстанции, либо стать причиной развития серьезных проблем в будущем при её восстановлении, вводе в работу.
На электростанциях и подстанциях 35-220 кВ и более для питания электроэнергией вспомогательных приборов, агрегатов и прочих потребителей собственных нужд используют разветвленные системы электрических соединений.
Потребители ТСН
Основные потребители трансформатора собственных нужд:
Мощность трансформаторов собственных нужд
Обычно суммарная мощность потребителей С.Н. мала, поэтому они подключаются к понижающим трансформаторам с низкой стороны 380/220 В. На двухтрансформаторных подстанциях 35-220 кВ устанавливают 2 рабочих ТСН,номинальная мощность которых выбирается исходя из нагрузки, при учете допустимых перегрузок.
Для наиболее ответственных потребителей размещают и 3 трансформатора С.Н.
Место подключения трансформаторов собственных нужд и их количество в общем случае определяются схемой электрических соединений подстанций, числом и мощностью установленных силовых трансформаторов и режимом их работы, количеством питающих линий и другими факторами, вытекающими из конкретных условий работы подстанции.
Из двух трансформаторов собственных нужд работает только один, другой находится в резерве, причем его включение, как правило, автоматизировано. Количество преобразовательных агрегатов на тяговых подстанциях при сосредоточенной системе питания колеблется ( в зависимости от размеров движения поездов) в пределах от трех до шести, из которых один агрегат является резервным.
Повреждение трансформатора собственных нужд также вызывает перерыв в работе на время, необходимое для отсоединения поврежденного трансформатора и восстановления работы системы собственных нужд через резервный трансформатор.
Схемы подключения трансформаторов СН
При выборе схем электрических соединений собственных нужд подстанций предусматриваются меры, повышающие их надежность: установка на подстанции не менее двух трансформаторов собственных нужд (обычно не больше 560 или 630 кВ·А), секционирование шин собственных нужд. Применение автоматического ввода резерва (АВР) на секционном выключателе, резервирование со стороны высшего напряжения (с. н.) и др.
Схемы присоединения собственных нужд при наличии на подстанциях: а – переменного и выпрямленного оперативного тока, б – постоянного оперативного тока
На рис. 1. показаны схемы собственных нужд подстанций, применяемые в зависимости от вида оперативного тока. Оперативный ток используется для питания цепей сигнализации, защиты, управления и автоматики. Применяют три вида оперативного тока: переменный — на подстанциях с упрощенными схемами, выпрямленный и постоянный — на станциях и подстанциях, имеющих стационарные аккумуляторные установки.
При переменном и выпрямленном токе рекомендуется схема (рис. 1, а), согласно которой предусматривается непосредственное подключение трансформаторов собственных нужд к обмоткам низшего напряжения главных трансформаторов (автотрансформаторов).
Такое подключение обеспечивает питание сети оперативного тока и производство операций выключателями при отключении шин 6–10 кВ. При постоянном оперативном токе наибольшее распространение имеет схема, показанная на рис. 1, б, когда трансформаторы с. н. непосредственно подключаются к шинам 6– 10 кВ.
Рис. 2. Упрощенная схема собственных нужд подстанции 220 кВ
На подстанциях 110 кВ и мощных подстанциях 35 кВ нормально устанавливают два трансформатора собственных нужд, присоединяя их к шинам вторичного напряжения 6–10 кВ подстанции.
Рис. 2. Упрощенная схема собственных нужд подстанции 220 кВ
На рисунке 3 показано присоединение рабочего (резервного) трансформаторов собственных нужд, из которых один нормально находится в работе.
Мощность, потребляемая на собственные нужды подстанций, обычно не превышает 50 – 200 кВт. Наиболее ответственными механизмами собственных нужд подстанций на переменном токе являются вентиляторы искусственного охлаждения мощных трансформаторов. Все остальные ответственные потребители собственных нужд подстанции постоянно питаются от аккумуляторных батарей или резервируются от них. На подстанциях с установленными электромагнитными приводами на стороне высшего напряжения и при отсутствии аккумуляторной батареи устанавливается трансформатор на питающей линии (рис.4).
Рис. 4. Подстанция с одним трансформатором СН.
На сравнительно небольших понижающих подстанциях 35 кВ с вторичным напряжением 6 – 10 кВ для питания собственных нужд устанавливают, один трансформатор с вторичным напряжением 380/220. В случае необходимости резервирование питания может осуществляться от ближайшей городской или заводской сети, с напряжением которой и должно быть согласовано вторичное напряжение трансформатора собственных нужд.
Дифференциальная защита трансформаторов собственных нужд
Дифференциальная защита трансформаторов собственных нужд с группой соединения обмоток Y / Y-12 или А / А-12 выполняется с трансформаторами тока, установленными на обеих сторонах трансформатора на фазах А и С, так как эти трансформаторы питаются от сети с изолированной нейтралью, в которых возможны только междуфазные короткие замыкания.
Дифференциальная защита трансформатора собственных нужд не должна действовать при коротких замыканиях на шинах собственных нужд, а также при включении трансформатора под напряжение.
Это обеспечивается правильностью выполнения схемы защиты и соответствующим выбором ее тока срабатывания.
Дифференциальная защита трансформаторов собственных нуждможет выполняться двухфазной. В тех случаях, когда в целях увеличения чувствительности защита выполняется трехрелейной, ток третьей фазы ( В) получается как геометрическая сумма с обратным знаком токов двух других фаз ( А и С), в которых установлены трансформаторы тока.
Трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд нельзя самостоятельно использовать в качестве источников питания оперативных цепей защиты, поскольку при возникновении коротких замыканий могут иметь место значительные понижения напряжения. Исключение могут составлять газовая защита трансформатора и защита от замыкания на землю в сетях с малыми токами замыкания на землю, которые действуют при повреждениях, не сопровождающихся снижением междуфазного напряжения в системе.
Трансформаторы напряжения — и трансформаторы собственных нужд можно использовать как надежные источники оперативного тока в схемах автоматики, поскольку на включение выключателей, как правило, автоматика действует при наличии напряжения на шинах. Что касается релейной защиты, то основным источником ее оперативного переменного тока являются трансформаторы тока.
При коротких замыканиях оперативным током защиты является ток короткого замыкания, проходящий по вторичной обмотке трансформатора тока.
Трансформатор TM-100/35
На подстанциях устанавливаются трансформаторы собственных нужд ТМ-100 / 35, при необходимости могут быть установлены линейные регулировочные трансформаторы JITM-D / 6 ( 10) и однофазные масляные заземляющие дугогасительные реакторы РЗДСОМ.
При применении КРУН трансформаторы собственных нужд подстанции обычно размещаются в одной из его камер.
Подстанция с одним трансформатором СН.
Сопротивление короткого замыкания трансформаторов собственных нужд должно применяться минимальным для того, чтобы избежать глубоких посадок напряжения при пуске мощных двигателей питательных насосов и вентиляторов, а также возбудителя, который может иметь пусковой ток порядка 15-кратного от тока при полной нагрузке.
Напряжение вторичной обмотки трансформатора собственных нужд зависит от мощности приемников, их удаленности от здания станции и места установки ТСН.
Видео: Трансформатор собственных нужд, 3х1000кВА
Собственные нужды подстанций, потребители, классификация
На электростанциях и подстанциях 35-220 кВ и более для питания электроэнергией вспомогательных приборов, агрегатов и прочих потребителей собственных нужд (с. н.) используют разветвленные системы электрических соединений. Они обеспечивают нормальное функционирование подстанций, гарантируя бесперебойное электроснабжение ответственных потребителей оперативным переменным, постоянным током. Обесточенные устройств С. Н. может привести к полному погашению подстанции, либо стать причиной развития серьезных проблем в будущем при её восстановлении, вводе в работу.
Потребители собственных нужд (СН) подстанций
Состав электроприемников СН определяется исходя из типа подстанции, мощности устройств, используемого топлива и пр.
В общем случае к потребителям собственных нужд относят:
— системы и механизмы охлаждения силовых трансформаторов (автотрансформаторов);
— приспособления, необходимые для регулирования напряжения силового трансформатора под нагрузкой;
— оперативные цепи выпрямленного постоянного, переменного тока;
— зарядные, подзарядные агрегаты для аккумуляторных батарей;
— устройства связи, сигнализации и телемеханики;
— все виды освещения: аварийное, наружное, внутреннее, охранное;
— узлы и детали систем смазки подшипников СК;
— насосные агрегаты, обеспечивающие работу систем пожаротушения, технического и хозяйственного водоснабжения;
— системы автоматики и компрессии воздушных выключателей;
— установки электроподогрева помещений выключателей, аккумуляторных батарей, ресиверов и прочих устройств;
— механизмы систем вентиляции, бойлерные и пр.
Обычно суммарная мощность потребителей С.Н. мала, поэтому они подключаются к понижающим трансформаторам с низкой стороны 380/220 В. На двухтрансформаторных подстанциях 35-220 кВ устанавливают 2 рабочих ТСН, номинальная мощность которых выбирается исходя из нагрузки, при учете допустимых перегрузок. Для наиболее ответственных потребителей размещают и 3 трансформатора С.Н.
Схемные решения при подключении ТСН на подстанциях
К обустройств систем электроснабжения С.Н. подстанций применяются довольно серьезные требования. Предусматриваются схемные решения, повышающие надежность работы таких систем:
— монтаж не менее 2-х трансформаторов СН, установленной мощностью не менее 560, 630 кВА;
— секционирование шин собственных нужд секционными выключателями 0,4 кВ;
— устройств автоматики: автоматического ввода резерва (АВР) на секционном выключателе;
— резервирование систем с.н. со стороны высшего напряжения и пр.
Для увеличения надежности, равномерной загрузки ТСН, потребители, обеспечивающие работу основного оборудования электростанций (охлаждение трансформаторов, работа компрессора, подогрев выключателей и пр.), подключаются к разным системам шин.
Компоновка подстанции может предусматривать установку одного либо нескольких щитов СН 380/220 кВ. Электропитание приемников 1-й категории производится по радиальным схемам, 2-й и 3-й – по магистральным. Более сложные электрических соединений применяются на подстанциях 500 кВ и выше. Это объясняется тем, что на ОРУ в служебных помещениях вместе с механизмами возбуждения СК, щитами РЗ СК, AT, устанавливаются и щиты с. н., с которых осуществляется управление фидерами 0,4 кВ, коммутирующие эти объекты.
Расход электроэнергии на С. Н. подстанций фиксируется счетчиками, установленными на присоединениях к ТСН.
Пример расчета мощности собственных нужд можно посмотреть в этой статье. Здесь указана таблица нагрузок потребителей собственных нужд и формулы для расчета.
Для чего нужен трансформатор собственных нужд(ТСН)
Для обеспечения функционирования электрических подстанций необходимо соответствующее оборудование. В числе прочих для этих целей используется трансформатор собственных нужд. Рассмотрим область назначения указанного устройства, особенности его подключения и другие сведения, относящиеся к правилам его эксплуатации.
ТСН
Что такое трансформатор собственных нужд, область применения
Трансформатором собственных нужд (ТСН) называют устройство, применяющийся для стабилизации установок, размещённых на электроподстанции, и для понижения характеристик напряжения с целью обеспечения функционирования оборудования на объекте.
ТСН используются для подачи напряжения для следующих потребителей электрических подстанций:
В число наиболее ответственных элементов, питаемых указанными устройствами, входят аппараты управляющих систем, средства релейной защиты, сигнализации, телеметрии и автоматики. Данное оборудование определяет полноценное функционирование объектов. Даже кратковременный сбой грозит частичным или полным прекращением передачи электрической энергии по ЛЭП.
Принцип действия
Принцип действия трансформаторов собственных нужд сходен с остальными разновидностями данных устройств. ТСН состоит из первичной и вторичной обмоток, магнитопровода.
Ток подаётся на первичную обмотку, на выходе, благодаря магнитному потоку, характеристики преобразуются, с получением параметров, зависящих от разницы количества витков на входе и выходе.
Принцип работы трансформатора
В зависимости от назначения прибора, чаще всего на выходе выполнено несколько обмоток с разными характеристиками для возможности одновременного подключения нескольких потребителей.
Выбор ТСН
Мощность рабочих ТСН определяется по перетокам мощности на собственные нужды.
Пример перетоков мощности
Условия выбора рабочего ТСН:
Выбор ТСН для подстанции:
Пример выбора трансформатора связи для ТЭЦ
Подробнее про выбор ТСН можете найти в учебнике со страницы 367(нужно немного подождать до полной загрузки книги): Открыть книгу
Каталог
В книге можно посмотреть каталог видов тр-ров которые используются в качестве ТСН(со страницы 114 идет описание и расшифровка, таблица с устройствами со страницы 120) : Открыть книгу
Виды защит ТСН
Безопасность эксплуатации трансформаторов собственных нужд обеспечивается использованием следующих видов защиты:
При правильном выборе и подключении ТСН, регулярных проверках и осмотрах, обеспечивается эксплуатация оборудования электроподстанции.
Эксплуатация трансформаторов
Эксплуатация ТСН отличается следующими особенностями, учитываемыми изначально при проектировании агрегатов:
Чтобы повысить надёжность подачи энергии, для подключения трансформаторов используют изолированную или заземлённую нейтраль. При подключении заземлённой применяется катушка индуктивности, компенсирующая токовые характеристики в случае замыкания одного из фазных проводов на землю.
Должны регулярно проводиться осмотры ТСН техническим персоналом и ответственными лицами, с контролем:
Зимой масло в расширительном баке не должно нагреваться выше 45°С.