Материал: Проектирование схем энергоснабжения промышленного предприятия

Неправильный выбор места установки синхронных компенсаторов вызывает перемещение потоков реактивной мощности по элементам системы электроснабжения промышленного предприятия и создает значительные потери электроэнергии.

4. Выбор числа и мощности трансформаторов цеховых трансформаторных подстанций

Для питания цеховых потребителей служит главным образом комплектные трансформаторные подстанции напряжением 6-10 кВ внутренней (КТП) и наружной (КТПН) установки, их электрооборудование и токоведущие части находятся в закрытых оболочках. Подстанции состоят из трех блоков: вводного устройства напряжением 6...10кВ (шкафы ВВ-1, ВВ-2, ВВ-3 и ШВВ-3), силового трансформатора (марки ТМ, ТСЗ,), распределительного устройства напряжением 0,4 кВ (шкафы КБ-1 ... КБ4, КН-1 ... КН6, КН-17, КН-20, ШНЛ, ШНВ, ШНС). Из этих блоков, поставляемых заводом, собирают подстанцию. Их выполняют как внутрицеховые подстанции, встраиваемые в здание цеха или в пристроенное к нему помещение. Отдельно стоящие подстанции целесообразно при питании от одной подстанции нескольких цехов, во взрывоопасных помещениях, при невозможности размещения их в цехе по технологическим условиям, они наиболее экономичны по капитальным затратам и эксплуатационным расходам.

Наиболее экономичным типом с точки зрения расхода проводникового материала (цветного металла) и потерь электроэнергии в питающих сетях является внутрицеховая трансформаторная подстанция. Располагаются такие подстанции между опорными колоннами, либо около внутренних или наружных стен здания внутри цеха. К недостаткам применяемых внутрицеховых подстанций относится то, что они занимают дефицитную площадь цеха.

Выбор числа и мощности трансформаторной ЦТП обусловлен величиной и характером электрической нагрузки. При выборе числа и мощности трансформаторов следует добиваться экономически целесообразного режима их работы, обеспечения резервирования питания электроприемников при отключении одного из трансформаторов, стремиться к однотипности трансформаторов; кроме того, должен решаться вопрос об экономически целесообразной величине реактивной нагрузки, передаваемой в сеть напряжения до 1 кВ.

Количество цеховых ТП влияет на затраты распределительных устройств 6-20 кВ, внутризаводские и цеховые электрические сети.

Однотрансформаторные подстанции применяются при наличии централизованного сервера и при взаимном резервировании трансформатора по линиям низшего напряжения соседних ТП для потребителей 2 категории, при наличии в сети 380-660 В небольшого количества (20%) потребителей 1 категории при соответствующем построении схемы, а также для потребителей 3 категории при наличии централизованного резерва.

Двухтрансформаторные подстанции рекомендуется применять:

 при преобладании потребителей 1 категории;

 для сосредоточенной цеховой нагрузки и отдельно стоящих объектов общезаводского назначения (насосные и компрессорные станции);

 для цехов с высокой удельной плотностью нагрузки (выше 0,5 - 0,7 кВА/м).

Цеховые ТП с числом трансформаторов более двух экономически нецелесообразны и применяются в виде исключения при надлежащем обосновании: если имеются мощные электроприемники, сосредоточенные в одном месте, если нельзя рассредоточить подстанции по условиям технологии или окружающей среды.

Загрузка цеховых трансформаторов зависит от категории надежности электроснабжения электроприемников, от числа трансформаторов и способа резервирования.

Рекомендуется применять следующие коэффициенты загрузки (К_з) по таблице 4.1

Таблица 4.1- Коэффициенты загрузки трансформаторов на подстанциях

Коэффициенты загрузки в первых двух случаях определены исходя из необходимого взаимного резервирования при выходе из работы одного из трансформаторов с учетом допустимой перегрузки оставшегося в работе трансформатора, резервирующего аварийный. Правилами устройства электроустановок (9) допускается перегрузка одного трансформатора до 140% в аварийном режиме продолжительностью до 5 суток, но не более 6 часов в сутки, т.е. при графиках средней плотности. При выборе схем защиты цеховых трансформаторов предпочтение отдают наиболее простой схеме, обеспечивающей надежную работу трансформаторов. Для контроля за работой трансформаторов и учета потребленной электроэнергии включаются следующие электроизмерительные приборы: вольтметр, амперметр, и расчетные и контрольные счетчики активной и реактивной энергии через соответствующие измерительные трансформаторы.

Расчетные счетчики устанавливаются:

на вводе линии в подстанцию предприятия, если нет связи с другой подстанцией энергосистемы или нет другого потребителя на питающем напряжении;

на высшем напряжении трансформаторов подстанции при наличии связи с другими подстанциями на питающем напряжении или при питании от нее других подстанций;

на низшем напряжении трансформатора, если он на стороне высшего напряжения присоединен через выключатель нагрузки или разъединитель и плавкие предохранители. Контрольные счетчики обычно включают на низшем напряжении, что дешевле. Класс точности расчетных счетчиков не менее 2.0 при включении через измерительные трансформаторы класса 0.5; контрольных счетчиков - не менее 2.5, включаемых через измерительные трансформаторы класса 1.0.

5. Методика выбора числа и мощности трансформаторов цеховых трансформаторных подстанций

Выбор числа и мощности трансформаторов цеховых ТП производится на основании следующих исходных данных:

1 расчетная нагрузка ЦТП за наиболее загруженную смену, кВА;

2 категория надежности потребителей;

3 величина реактивной нагрузки, кВАр;

4 коэффициент загрузки в нормальном режиме К_з;

5 коэффициент нагрузки в аварийном режиме К_ав;

6 допустимое число типогабаритов трансформаторов.

Следует иметь в виду, что при нагрузки в цехе меньшей 400 кВт целесообразно решить вопрос о ее объединении с нагрузкой рядом расположенного цеха, в остальных случаях (Р_р > 400 кВт) в цехе рационально устанавливать собственную ТП.

Экономически целесообразная мощность трансформатора ТП может быть определена ориентировочно по плотности электрической нагрузки.

Таблица 5.1 - Экономически целесообразная мощность трансформаторов

Экономическая плотность электрической нагрузки определяется по расчетной нагрузке цеха за наиболее загруженную смену и по площади цеха [1, с.102].

σ = = (5.1)

где S_нн - расчетная электрическая нагрузка цеха (или объединённых цехов) за наиболее загруженную смену, кВА;

F_ц - площадь цеха, в котором установлена ЦТП, м².

Величина рассчитана в предположении равномерного распределения электрических нагрузок по площади цеха. Следует иметь в виду, что при единичной мощности трансформаторов более 1000 кВА они не обладают достаточным токоограничивающим действием и поэтому подключаемую к ним низковольтную аппаратуру нужно проверять на термическую и динамическую стойкость к токам короткого замыкания. По указанной причине иногда приходится ограничивать мощность трансформаторов до 1000 кВА. Применение трансформаторов 1600 и 2500 кВА возможно только по техническим требованиям к условиям (в цехах с наличием приемников большой мощности, например электропечей и электроприемников с частными нагрузками, например, сварочных установок), если это не приводит к значительному увеличению капиталовложений в сетевые узлы.

Выбрав по таблице 5.1 экономически целесообразную мощность трансформатора (трансформаторов) определяется необходимое количество таких трансформаторов для питания наибольшей активной нагрузки.

(5.2)

где  - расчетная активная нагрузка данной группы трансформаторов за наиболее загруженную смену от низковольтных потребителей, кВт;

K_з - коэффициент загрузки трансформаторов;_эк - принятая, исходя из удельной плотности нагрузки, номинальная мощность одного трансформатора, кВА.

Экономически оправданная величина реактивной мощности, которую целесообразно передать со стороны 6-10 кВ в сеть напряжением до 1 кВ без увеличения числа и мощности трансформатора ЦТП определяется, как разница между полной мощностью, передачу которой может обеспечить ЦТП, и обязательной к передаче активной мощностью нагрузки, кВАр:

(5.3)

где Q_1Р - наибольшая реактивная мощность, которую целесообразно передавать в сеть напряжения до 1 кВ через трансформаторы;_нт - номинальная мощность трансформаторов цеховой ТП.

Величина Q_1р является расчетной, поэтому в общем случае допустимая реактивная нагрузка трансформаторов Q₁ не равна ей.

Если при этом оказывается, что Q_1р > Q’_р то на ЦТП компенсацию реактивной мощности выполнять не имеет смысла и, следовательно, реактивная нагрузка ЦТП равна расчетной реактивной нагрузке потребителей стороны низкого напряжения.

В противном случае (Q_1р < Q’_р) требуется установка на стороне низкого напряжения ЦТП дополнительных источников реактивной мощности. Чаще всего для этих целей применяются батареи конденсаторов (БК). Мощность устанавливаемых БК может быть определена как

(5.4)

где Q_1Р - наибольшая реактивная мощность, которую целесообразно передавать в сеть напряжения до 1 кВ через трансформаторы;^’_p - суммарная расчетная реактивная нагрузка ниже 1 кВ за наиболее загруженную смену.

По рассчитанному значению Q_бк определяется величина ближайшей стандартной мощности БК.

В случае если установка БК на стороне низкого напряжения ЦТП оказалась целесообразной, необходимо скорректировать величину его реактивной нагрузки:

 (5.5)

где Q^’_бк - реактивная мощность БК, набранная из стандартных установок. При известных значениях величин активной P_p и реактивной Q₁ мощностей, определяющих нагрузку трансформатора, коэффициент загрузки в нормальном и аварийном режимах определяется как:

.(5.6)

Для двухтрансформаторных ЦТП,

(5.7)

Для однотрансформаторных ЦТП коэффициент загрузки в аварийном режиме не определяется. При определении нагрузки линий электропередач, питающих ЦТП необходимо учитывать потери активной и реактивной мощности в трансформаторах:

(5.8)

(5.9)

Нагрузка на стороне высокого напряжения ЦТП определяется из соотношения:

(5.10)

(5.11)

(5.12)

Расчет цеховых трансформаторных подстанций по формулам 5.1…5.12 сведены в таблицу 5.2.

Таблица 5.2. - Расчет цеховых трансформаторных подстанций