Проектирование схем энергоснабжения промышленного предприятия

 

Центр нагрузок цеха и предприятия является символическим  центром потребления электроэнергии цеха (предприятия). Главную понизительную и цеховую подстанции следует располагать в центре или как можно ближе к центру нагрузок, так как это позволяет приблизить высокое напряжение к центру потребления электроэнергии.

Питание реактивных нагрузок осуществляется от конденсаторных батарей, расположенных в местах потребления реактивной мощности (индуктивного характера), перевозбужденных синхронных двигателей или синхронных компенсаторов, которые, как правило, располагаются вблизи мест потребления реактивной мощности. 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

Характер  нагрузки и вид ТП	Кз
При преобладании нагрузок 1 категории на двухтрансформаторных ТП	0,65
При преобладании нагрузки 2 категории на однотрансформаторных ТП и взаимном резервировании трансформаторов  по связи вторичного напряжения	0,8
При преобладании нагрузок 2 категории и при наличии централизованного (складского) резерва трансформаторов, а также при нагрузке 3 категории	0,9 - 0,93

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:

• расчетная нагрузка ЦТП за наиболее загруженную смену, кВА;
• категория надежности потребителей;
• экономическая плотность электрической нагрузки кВА/м²;
• величина реактивной нагрузки, кВАр;
• коэффициент загрузки в нормальном режиме К_з;
• коэффициент нагрузки в аварийном режиме К_ав;
• 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 (табл. 5.1).

Таблица 5.1 - Экономически целесообразная мощность трансформаторов

Экономическая плотность нагрузки.	кВА	0,05	0,08-0,15	0,15-0,2	0,2-0,3	0,3-0,35
Номинальная мощность Sэк трансформатора.	кВА	400	630	1000	1600	2500

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;

S_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;

S_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;

Q^’_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

№	Наименование цеха	P'р, кВт	Q'р,   кВт	S нн, кВА	F,          м2	σ, кВА/м2	Тип    тр-ра
1	1	2157,55	1579,99	2674	2,65	1,009136	ТМ
2	2+4+10	508,16	719,23	883,9	9,84	0,089824	ТМ
3	3+5+11	840,86	840,05	1193	88,60	0,013461	ТМ
4	6+7+9	279,19	283,72	401,1	8,89	0,045118	ТМ
5	8	280,19	411,58	497,90	4,75	0,104821	ТМ