2.2.4. Выбор числа, мощности и места расположения цеховых трансформаторных подстанций с учетом компенсации реактивной мощности

Выбор числа трансформаторов цеховой трансформаторной подстанции зависит от требований к надежности питания электроприемников цеха, а также минимума приведенных затрат на трансформаторы с учетом динамики роста электрических нагрузок.

Однотрансформаторные подстанции рекомендуется применять при наличии в цехе (корпусе) приемников электроэнергии, допускающих перерыв электроснабжения на время доставки «складского» резерва, или при резервировании, осуществляемом по линиям низшего напряжения от соседних ТП, т.е. они допустимы для потребителей III и II категорий, а также при наличии в сети 380 - 660 В небольшого количества (до 20%) потребителей I категории.

Двухтрансформаторные подстанции рекомендуется применять в следующих случаях:

- при преобладании потребителей I категории и наличии потребителей особой группы;

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

- для цехов с удельной плотностью нагрузок (выше 0,5 – 0,7 кВА/м²).

Иногда целесообразно применение двухтрансформаторных подстанций при неравномерном суточном или годовом графике нагрузок.

Цеховые ТП с количеством трансформаторов более двух используются только при надлежащем обосновании.

Ориентировочный выбор числа и мощности цеховых трансформаторов производится по удельной плотности σ_н нагрузки:

, (2.55)

где Sp – расчетная нагрузка цеха (корпуса, отделения), кВА; F – площадь цеха (корпуса, отделения), м².

При плотности нагрузки напряжением 380 В до 0,2 кВА/м² целесообразно применять трансформаторы мощностью до 1000 кВА включительно, при плотности 0,2 – 0,3 кВА/м² - мощностью 1600 кВА. При плотности более 0,3 кВА/м² целесообразность применения трансформаторов мощностью 1600 или 2500 кВА должна определяться технико-экономическим расчетом.

Выбор мощности трансформаторов производится исходя из рациональной их загрузки в нормальном режиме и с учетом минимально необходимого резервирования в послеаварийном режиме. При этом номинальная мощность трансформаторов S_ном,т определяется по средней нагрузке S_ср,м за максимально загруженную смену

(2.56)

где N – число трансформаторов; К_з – коэффициент загрузки трансформатора.

При выборе числа и мощности цеховых трансформаторов одновременно должен решаться вопрос об экономически целесообразной величине реактивной мощности, передаваемой через трансформаторы в сеть напряжением до 1 кВ.

Суммарную мощность конденсаторных батарей низшего напряжения (НБК), устанавливаемых в цеховой сети, определяют расчетами по минимуму приведенных затрат в два этапа:

1) выбирают экономически оптимальное число цеховых трансформаторов;

2) определяют дополнительную мощность НБК в целях оптимального снижения потерь в трансформаторах и в сети напряжением 6-10 кВ предприятия.

Суммарная расчетная мощность Qнк НБК составит

Q_НК = Q_НК1 + Q_НК2, (2.57)

где Q_НК1 и Q_НК2 – суммарные мощности НБК, определенные на двух этапах расчета.

Реактивная мощность Q_нк, найденная по (3),распределяется между трансформаторами цеха пропорционально их реактивным нагрузкам.

Минимальное число цеховых трансформаторов N_min одинаковой мощности S_ном.,т, предназначенных для питания технологически связанных нагрузок, определяется по формуле

N_min = P_ср.м/(Кз·S_ном,т) + ΔN, (2.58)

где P_ср.м. – средняя активная мощность технологически связанных нагрузок за наиболее загруженную смену; Кз – рекомендуемый коэффициент загрузки трансформатора; ΔN – добавка до ближайшего целого числа.

Экономически оптимальное число трансформаторов N_опт определяется удельными затратами З* на передачу реактивной мощности и отличается от N_min на величину m:

N_опт = N_min + m, (2.59)

где m – дополнительно установленные трансформаторы.

Р и с. 2.5. Кривые определения дополнительного числа

трансформаторов по фактическим 3* при Кз = 0,7 – 0,8

(значения N_min в скобках для Кз = 0,9-1)

При трех трансформаторах и менее их мощность выбирают по средней активной мощности за наиболее загруженную смену – Р_ср.м.:

S_ном.т ≥ Р_ср.м/(Кз·N_опт.). (2.60)

Наибольшую реактивную мощность, которую целесообразно передать через трансформаторы в сеть напряжением до 1 кВ, определяют по формуле:

(2.61)

Суммарная мощность конденсаторных батарей на напряжение до 1 кВ составит:

Q_НК1 = Q_ср.м. - Q_max,т, (2.62)

где Q_ср.м. – суммарная средняя реактивная мощность за наиболее загруженную смену при напряжении до 1 кВ.

Если в расчетах окажется, что Q_НК1 < 0, то установка батарей конденсаторов при выборе оптимального числа трансформаторов не требуется (составляющая Q_НК1 будет равна нулю).

Дополнительная мощность Q_НК2 НБК для данной группы трансформаторов определяется по формуле:

Q_нк2 = Q_ср.м - Q_нк1 – γ·N_опт·S_ном.т., (2.63)

где γ – расчетный коэффициент, зависящий от расчетных параметров К_Р1 и К_Р2 и схемы питания цеховой ТП.

Если в расчетах окажется Q_нк2<0, то для данной группы трансформаторов реактивная мощность Q_нк2 принимается равной нулю.

Расчетную мощность НБК округляют до ближайшей стандартной мощности конденсаторных установок (ККУ). Основные технические характеристики нерегулируемых НБК приведены в табл. П2 , а регулируемых по току (Т) и напряжению (Н) – в табл.П3.

Трансформаторную подстанцию следует приблизить к центру питаемых групп потребителей, так как это приводит к значительной экономии цветных металлов и снижению потерь электроэнергии.

Для определения центра нагрузок строится картограмма электрических нагрузок, представляющая собой план цеха, на котором показаны силовые нагрузки в виде кругов и осветительные в виде секторов. Методом построения равнодействующей нагрузки можно найти центр электрических нагрузок.

Координаты центра электрических нагрузок можно определить по формулам

(2.64)

(2.65)

где P_i – номинальная активная мощность i-того электроприемника; x_i, y_i – координаты i-того электроприемника.

Однако расположить трансформаторную подстанцию в расчетном центре электрических нагрузок не всегда удается из-за архитектурно-планировочных решений, транспортных особенностей, а также расположения технологического оборудования.

Во избежание обратного потока электроэнергии смещение относительного центра нагрузок предпочтительно производить в сторону источника питания. КТП должны занимать минимум полезной площади цеха и не мешать производственному процессу. Подстанции располагают преимущественно у колонн или возле постоянных внутрицеховых помещений в мертвой зоне кранов. При расстоянии между колоннами, недостаточном для размещения подстанции между ними, допускается, чтобы одна из колонн находилась в пределах периметра территории подстанции. Если размещение подстанции внутри цеха недопустимо или затруднительно (агрессивная или пыльная среда), то ее выполняют встроенной или пристроенной.