Лекция 5. Выбор числа и мощности цеховых трансформаторов

Правильное определение числа и мощности цеховых трансформаторов возможно только путем технико-экономических расчетов с учетом следующих факторов: категории надежности электроснабжения потребителей; компенсации реактивных нагрузок на напряжении до 1 кВ; перегрузочной способности трансформаторов в нормальном и аварийных режимах; шага стандартных мощностей; экономичных режимов работы трансформаторов в зависимости от графика нагрузки.

Количество цеховых ТП непосредственно влияет на затраты на распределительные устройства напряжением 6 — 20 кВ и внутризаводские и цеховые электрические сети. Так, при уменьшении числа ТП (т.е. при увеличении их единичной номинальной мощности) уменьшается число ячеек РУ, суммарная длина линий и потери электроэнергии и напряжения в сетях 6 — 20 кВ, но возрастает стоимость сетей напряжением 0,4 кВ и потери в них. Увеличение числа ТП, наоборот, снижает затраты на цеховые сети, но увеличивает число ячеек РУ 6 — 20 кВ и затраты на сети напряжением 6 — 20 кВ. При некотором количестве трансформаторов с номинальной мощностью можно добиться минимума приведенных затрат при обеспечении заданной степени надежности электроснабжения. Такой вариант будет являться оптимальным, и его следует рассматривать как окончательный.

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 высокой удельной плотностью нагрузок (выше 0,5 — 0,7 кВА/м²).

Иногда оказывается целесообразным применение двухтрансформаторных подстанций при неравномерном суточном или годовом графике нагрузок. В этом случае можно изменять присоединенную мощность трансформаторов, используя их в более рациональных режимах работы.

Для двухтрансформаторных подстанций также необходим складской резерв для быстрого восстановления нормального питания потребителей в случае выхода из строя одного трансформатора на длительный срок. Оставшийся в работе трансформатор должен обеспечивать электроснабжение всех потребителей I категории на время замены поврежденного трансформатора.

Цеховые трансформаторы имеют следующие номинальные мощности: 100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500 кВА. В настоящее время цеховые ТП выполняются комплектными (КТП) и во всех случаях, когда этому не препятствуют условия окружающей среды и обслуживания, устанавливаются открыто.

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

где — расчетная нагрузка цеха (корпуса, отделения), кВА; - 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 кВА или 2500 кВА должна определяться технико-экономическим расчетом.

В зависимости от исходных данных различают два метода выбора номинальной мощности трансформаторов:

• 1) по заданному суточному графику нагрузки цеха (корпуса, отделения) за характерные сутки года для нормальных и аварийных режимов;
• 2) по расчетной мощности для тех же режимов.

Выбор цеховых трансформаторов в первом случае выполняется аналогично выбору трансформаторов ГПП или ПГВ.

Во втором случае 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 определяется по расчетной нагрузке с учетом средней мощности за максимально загруженную смену.

где — число трансформаторов; - коэффициент загрузки трансформатора.

Наивыгоднейшая загрузка цеховых трансформаторов зависит от категории надежности потребителей электроэнергии, от числа трансформаторов и способа резервирования. Рекомендуется принимать следующие коэффициенты загрузки трансформаторов:

при преобладании нагрузок I категории для двухтрансформаторных ТП.

при преобладании нагрузок II категории для однотрансформаторных подстанций в случае взаимного резервирования трансформаторов на низшем напряжении.

при преобладании нагрузок II категории и наличии централизованного (складского) резерва трансформаторов, а также при нагрузках III категории.

В первых двух случаях значения коэффициентов загрузки трансформаторов определены из условия взаимного резервирования трансформаторов в аварийном режиме с учетом допустимой перегрузки оставшегося в работе трансформатора.

На двухтрансформаторных подстанциях дополнительно проверяется перегрузка трансформаторов в аварийном режиме аналогично трансформаторам ГПП или ПГВ: