Выбор трансформаторов для цеховых подстанций

При выборе трансформаторов ЗУР определяют их количество, вид (тип, габарит), учитывают единичную номинальную мощность каждого, место раз­мещения, способ присоединения со стороны высокого напряжения и выхода на щит (шкаф, магистраль) низкого напряжения, вид переключения ответв­лений. схемы и группы соединения обмоток. К моменту выбора и размеще-

7.2. Выбор трансформаторов для цеховых подстанций

ния полного списка электроприемников 1УР и количества шкафов 2УР не требуются.

Выбор трансформаторов осуществляют в зависимости от окружающей среды. При наружной установке применяют масляные трансформаторы, для внутренней также преимущественно рекомендуется их использование, но с ограничениями по количеству и мощности с учетом этажности. Для транс­форматоров сухих или с негорючим жидким (твердым) диэлектриком для вну­трицеховых подстанций отсутствуют ограничения по мощности, количеству, расстоянию между ними, этажу.

Трансформаторы с охлаждением негорючей жидкостью или литой изоля­цией целесообразно применять в производственных помещениях, где по ус­ловиям среды, по количеству, значению, мощности и этажности нельзя ис­пользовать масляные трансформаторы. Сухие трансформаторы мощностью от 160, но не более 630-1000 кВА устанавливают главным образом в админист­ративных и общественных зданиях, где возможны большие скопления людей (универмаги, спортивные и культурные сооружения, аэровокзалы), а также на испытательных станциях, в лабораториях и других установках с ограничения­ми по условиям обеспечения пожарной безопасности. Оба типа применяют в электроустановках промышленных предприятий (в этом случае ТСЗ до 1600 кВА), в частности в нефтехимической, металлургической, машинострои­тельной, целлюлозно-бумажной отраслях.

Главное преимущество сухих трансформаторов заключается в отсутствии горючего масла, поэтому их можно устанавливать непосредственно в произ­водственных и других помещениях без ограничения по суммарной мощности, а также в необычных местах, например в подвале. Трансформаторы с охлаж­дением жидкостью токсичной и экологически опасной (хлордифениловые и большинство других) рекомендуется заменять. Сухие трансформаторы неболь­шой мощности легко разместить в помещениях, на колоннах, антресолях и других местах, так как они не содержат охлаждающей жидкости и, следова­тельно, не требуют устройства маслосборников. Применение сухих трансфор­маторов целесообразно, например, для питания освещения при системе раз­дельного питания силовых и осветительных нагрузок. Сухие трансформаторы обладают повышенным раздражающим шумом, что следует учитывать при их установке в местах с возможным присутствием людей.

Практика проектирования и эксплуатации показывает, что число типов и исполнений трансформаторов, применяемых на одном предприятии, необхо­димо ограничивать, так как их разнообразие создает неудобства в эксплуата­ции и вызывает дополнительные затраты на электроремонт, осложняет резер­вирование и взаимозаменяемость. Разнообразие отражает ценологические свойства электрического хозяйства и не может быть уничтожено, но может быть сокращено или увеличено в пределах, разрешенных законом информа­ционного отбора.

Выбор числа и мощности трансформаторов для промышленных предприя­тий зависит от типа цеховых подстанций (одно- или двухтрансформаторные).

Глава 7. Схемы электроснабжения в сетях

Можно создавать и рассматривать различные варианты схемы электроснабже­ния. Число N трансформаторов ЗУР зависит от нагрузки цеха, исключая вы­соковольтную, и требований надежности электроснабжения:

N^ = SJ(k₂S_HJ, (7.1)

где 5_р — полная расчетная нагрузка объекта, для которого определялись Р_тт и cos ф при расчете нагрузок; к₃ — коэффициент загрузки; S_H0U — номиналь­ная мощность единичного трансформатора.

Наиболее простое и дешевое решение — применение однотрансформа­торных цеховых подстанций. На крупных предприятиях, имеющих склад­ской резерв трансформаторов, их можно использовать для питания элект­роприемников III и даже II категории. Однотрансформаторные подстанции можно применять и для питания электроприемников I категории, если мощность последних не превышает 15—20 % мощности трансформатора и возможно резервирование подстанций на вторичном напряжении перемыч­ками с АВР.

В соответствии с правилами проектирования и общей тенденцией повыше­ния надежности электроснабжения стремятся устанавливать двухтрансформа-торные подстанции для обеспечения всех потребителей как потребителей I ка­тегории. При установке однотрансформаторных подстанций их можно закольцевать на стороне 0,4 кВ (соединить магистралями или кабельными пе­ремычками), что обеспечивает сохранение электроснабжения при отключении любого трансформатора и возможность загрузки каждого из них до номиналь­ного значения, считая за расчетную нагрузку не максимум Р_тах, а среднюю Р.

Двухтрансформаторные цеховые подстанции применяют при преобладании электроприемников I и II категорий и в энергоемких цехах предприятий при большой удельной мощности нагрузки, достигающей 0,5—4 кВА/м². В послед­них случаях технологически оформляют энергоемкие установки (агрегаты), питающиеся от своих трансформаторов (преобразователей), что снижает на­грузку на общецеховые трансформаторы до 0,2 кВА/м².

Число и мощность трансформаторов цеховых подстанций — взаимосвязан­ные величины, поскольку при заданной расчетной нагрузке цеха Р_р число трансформаторов будет меняться в зависимости от принятой единичной мощ­ности КТП (7.1). При выборе цеховых трансформаторов обычно приходится сравнивать трансформаторы КТП единичной мощностью 630, 1000, 1600, 2500 кВА. Увеличение единичной мощности снижает общее количество уста­навливаемых трансформаторов, но увеличивает протяженность сетей к 2УР и 1УР, а также затраты как на коммутационную аппаратуру, так и конструктив­ные, связанные с ростом токов КЗ (по условиям установившегося отклонения напряжения и в связи с потерями электрической энергии не рекомендуется принимать длину кабельной линии 0,4 кВ свыше 200 м). На практике отдает­ся предпочтение трансформаторам 1000 кВА (и в меньшей степени 630 кВА), считается, что эта оптимальная мощность, а оптимальный коэффициент за-

7.2. Выбор трансформаторов для цеховых подстанций 259

грузки А;_зопт= 0,75—0,80. Однако ряд специалистов считает необходимым обес­печить для цеховых трансформаторов к₃ = 1.

Число и мощность трансформаторов зависят от распределения нагрузок по площади цеха, наличия места для расположения цеховых подстанций, харак­тера и режима работы электроприемников. Выбор цеховых трансформаторов осуществляется одновременно с решением задачи компенсации реактивной мощности цеховых потребителей электроэнергии (см. гл. 13). Для крупных цехов и комплексов выбор единичной мощности трансформаторов ЗУР целе­сообразно осуществлять на основе технико-экономического сравнения вари­антов. Значительное влияние на результаты расчетов оказывают стоимость ак­тивных нагрузочных и холостого хода потерь в трансформаторах и разница в стоимости трансформаторов ДА,, которая для КТП значительна.

При каждой заданной суммарной нагрузке предприятия S существует зна­чение номинальной мощности трансформаторов подстанций, которое опреде­ляется минимумом суммарных приведенных затрат на строительство сетевых узлов (подстанций и распределительных устройств). С ростом номинальной мощности в единице (одном трансформаторе) удельная стоимость трансфор­маторов на 1 кВА уменьшается, поэтому при обычно используемых коэффи­циентах загрузки к_г (заданной сумме номинальных мощностей трансформато­ров) с уменьшением их числа суммарные капитальные вложения в трансформаторы снижаются. Однако при этом возрастает стоимость коммута­ционной аппаратуры низкого напряжения, которая начинает составлять все большую часть капиталовложений в сеть низкого напряжения (и подстанций). После некоторого значения номинальной мощности трансформатора аппара­тура низшего напряжения должна быть устойчива к действию значительных токов короткого замыкания, что делает ее стоимость соизмеримой со стоимо­стью трансформаторов. Это приводит к увеличению удельной (на 1 кВА) сто­имости подстанций с учетом аппаратуры для подключения трансформаторов и обеспечивает существование минимума суммарных приведенных затрат на сетевые узлы. Этот минимум отвечает предельной (наибольшей) номинальной мощности трансформаторов, которая достаточно близка к оптимальной, так как для современных крупных промышленных предприятий значение пре­дельной мощности трансформаторов отвечает пологой неубывающей части за­висимости

3.(5,,) + З_н(<>„), (7.2)

где 3_В(5_Н) — затраты на сеть высшего и 3_Н(5_Н) — низшего напряжений (вклю­чая трансформирование и подстанции).

В проектной практике цеховые трансформаторы часто выбирают без тех­нико-экономических расчетов, используя коэффициенты загрузки трансфор­маторов и расчетной нагрузки цеха. Для двухтрансформаторных цеховых под­станций при преобладании нагрузок 1 категории (до 80 %) коэффициент загрузки трансформаторов к₃ принимается в пределах 0,6—0,7. Для одно-

260 Глава 7. Схемы электроснабжения в сетях

трансформаторных подстанций при наличии взаимного резервирования по перемычкам с другими подстанциями на вторичном напряжении мощность трансформаторов выбирают с учетом степени резервирования, при преоблада­нии нагрузок II категории принимают к_г = 0,7-0,8, а при нагрузках III кате­гории — к₃ = 1.

Однако такой подход к выбору трансформаторов во многих случаях приво­дит к неэкономичным решениям, так как в условиях неполноты исходной ин­формации имеют место ошибки в определении расчетных нагрузок цехов (за­вышение расчетных нагрузок) и, кроме того, расчетная нагрузка цеха или предприятия достигается не сразу в первый год эксплуатации, а постепенно. Следует считаться и со стремлением не допускать максимальной загрузки трансформаторов ответственных потребителей свыше 50 %. На ТП устанавли­вают не менее двух трансформаторов для электроприемников (потребителей) любой категории надежности в следующих случаях: 1) если суточный или го­довой график нагрузок очень неравномерен (например, налицо односменная или сезонная работа цеха, предприятия, когда выгодно в ненагруженные ча­сы (сезон) отключать один трансформатор); 2) когда лимитируются габариты ТП и оборудования; 3) если возможен дальнейший быстрый рост нагрузок, а заменить на более мощный трансформатор в будущем невыгодно или невоз­можно. В виде исключения возможно сооружение цеховых трехтрансформа-торных (и более) подстанций, например, если имеются мощные электропри­емники, требующие блочного питания.

В последние годы ведется поиск наиболее эффективных методов выбора мощности цеховых трансформаторов. Один из подходов к решению этой за­дачи основан на применении комплексного метода расчета электрических на­грузок (прогноз увеличения нагрузки во времени и в зависимости от техноло­гических показателей объекта). В этом случае можно использовать удельную плотность нагрузки, которая для промышленных предприятий повышается со временем. Число трансформаторов N_Tp зависит от их номинальной мощности:

N_Jf = S_f/(k_3ipS_HOH3), (7.3)

где S_{H0M 3} — экономически целесообразная номинальная мощность трансфор­матора.

Значение 5_номэ в выражении (7.3) принимается в зависимости от удельной плотности расчетной нагрузки 5_уд:

5_ул, кВА/м².............. менее 0,2 0,2-0,5 более 0,5

5_HOMJ, кВА................... до 1000 1000-1600 1600-2500

Если 5_уд > 0,4 кВА/м², то независимо от требований надежности электро­снабжения целесообразно использовать двухтрансформаторные подстанции. Выражение (7.3) не означает, что если вначале целесообразна установка трансформаторов 1000 кВА, то через 5 лет при росте нагрузок их заменят на

7.3. Размещение и компоновка подстанций ЗУР

большие. Обычно осуществляют дополнительную установку трансформато­ров, стараясь сохранить тип и мощность. Трансформаторы мощностью 630 кВА и менее рекомендуется применять для питания вспомогательных це­хов и участков крупных предприятий.

Подход к выбору трансформаторов меняют следующие факторы: увеличе­ние количества малых предприятий и дробление крупных и средних; дивер­сификация производства, включающая вариофикационные находки; промы­шленное освоение пригородов и отдаленных территорий, опирающееся на частное и некрупное строительство офисных и общественных зданий и кот­теджных поселков. Трансформаторы, включая вторичную сторону, выбирают в соответствии с интересами инвестора, т. е. исходя из индивидуальных тре­бований. Возникают ТП от 25 кВА. Чаще сооружают однотрансформаторные ТП (второй трансформатор, вообще говоря, не обеспечивает надежность, тре­буемую инвестором) и устанавливают независимый генерируемый источник электроэнергии, обеспечивающий заданный минимум электропотребления. Мощность 5_Н0М определяется с учетом перспективы на срок службы трансфор­матора для стационарных (долговременных) объектов и 100 % — загрузкой для недолговечных (типа ларька).

Дата добавления: 2015-07-17