Самостоятельная работа Темы: Схем энергоснабжения промышленного предприятия

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

Продолжение таблицы 5.2.

№	S эк, кВА	n,шт .(1*1)(1*2)	Кзагр	Q1р кВА	Qк=Q р-Q1р кВАр	Q1 кВАр	Кз.н.р	Кз.а.р
1	1000	1*2	0,65	1450,85	129,14	1429,99	0,647	1,289
2	1000	1*2	0,8	617,88	101,35	619,23	0,801	1,494
3	630	1*2	0,65	895,64	-55,58	840,05	0,629	1,826
4	400	1*2	0,9	227,28	56,44	183,72	0,836	1,155
5	630	1*2	0,8	418,94	-7,36	411,58	0,790	1,554

Окончание таблицы 5.2.

№	ΔPхх, кВт	ΔPкз, кВт	Iхх,%	Uкз,%	ΔPт, кВт	ΔQт, кВт	Pр+ΔPт, кВт	Q1+ ΔQт кВАр	S, кВА	Тип БК
1	2,1	12,2	1,4	5,5	28,83	9,258	2186,38	1589,25	2702,96	УКЛ(П)Н-0,38-300-150УЗ
2	2,1	12,2	1,4	5,5	9,928	49,29	518,09	768,52	926,843	УКБН-0,38-100-100УЗ
3	1,42	7,6	2	5,5	13,28	8,768	854,14	848,82	1204,18	–
4	1,45	5,5	2,1	4,5	5,29	20,97	284,48	304,69	416,847	УКБН-0,38-100-50УЗ
5	1,42	7,6	2	5,5	6,167	34,24	286,36	445,82	529,865	–

6. Расчет питающих сетей
Сечение кабелей напряжением 10 кВ определяется по экономической плотности тока и проверяется по допустимому току кабеля в нормальном режиме работы с учетом условий его прокладки, по току перегрузки, потере напряжения в послеаварийном режиме и термической стойкости к токам короткого замыкания.
Расчетный ток в кабельной линии в нормальном режиме.
, (6.1)
где - мощность, которая должна передаваться по кабельной линии в нормальном режиме.
Например, при питании однотрансформаторной цеховой подстанции это расчетная нагрузка трансформатора подстанции, при питании двухтрансформаторной подстанции это расчетная нагрузка, приходящаяся на один трансформатор, а при питании распределительного устройства 6-10 кВ это нагрузка, потребляемая одной секцией сборных шин. Для магистральной линии мощность должна определяться для каждого участка путем суммирования нагрузок соответствующих трансформаторов, питающих по данному участку магистральной линии.
Сечение кабельной линии определяется по экономической плотности тока как
(6.2)
где - экономическая плотность тока, зависящая от типа кабеля и продолжительности использования максимума нагрузки.
По результату расчета выбирается кабель, имеющий ближайшее меньшее стандартное сечение по отношению . При выборе типа исполнения кабеля должны учитываться условия окружающей среды. Для выбранного кабеля по таблицам из справочников находят длительно допустимый ток.
Допустимый ток кабеля с учетом условий его прокладки рассчитывается по формуле
(6.3)

где =0,9 - поправочный коэффициент на число параллельно прокладываемых кабелей:
=1,14 - поправочный коэффициент на температуру среды, в которой прокладывается кабель;
- число запараллеленных кабелей в кабельной линии;
К_пер=1,25 - коэффициент перегрузки.
Согласно ПУЭ для кабельных линий, прокладываемых по трассам в различных условиях охлаждения, сечения кабелей должны выбираться по участку трассы с худшими условиями охлаждения, если длина его составляет более 10 м. Например, при прокладке кабеля в траншее и кабельном канале цеха коэффициент берется по температуре цеха не ниже +20…- 25^о С.
Под послеаварийным режимом кабельной линии будем понимать режим, когда выходит из строя одна из двух кабельных линий, питающих потребителей 1-ой и 2-ой категории. При этом нагрузка на линию удваивается, т.е. I_ав = 2I_рк.
Допустимая перегрузка в указанном режиме
(6.4)

где - коэффициент перегрузки.
Потери напряжения в кабельной линии
(6.5)

где - расчетные активная и реактивная нагрузки;
, - удельные активное и индуктивное сопротивления кабеля.

Расчет питающих сетей по формулам 6.1…6.5 сведены в таблицу 6.1.

Таблица 6.1. - Расчет кабельных линий.

№	Sрк, А	Iрк, А	Jэ	Fэ	I’доп, А	Kав	Iав, А	L, км	R0, Ом/м	X0, Ом/м	ΔU, %	ΔUдоп%
1	2703	148,6	1,4	106,2	257	1,3	333,5	0,0178	0,258	0,0602	0,11	< 5
2	926,8	50,96	1,4	36,4	141	1,3	183,4	0,3178	0,62	0,0625	1,09	< 5
3	1204	66,21	1,4	47,29	141	1,3	183,4	0,2244	0,62	0,0625	1,23	< 5
4	416,8	22,92	1,4	16,37	96	1,3	125	0,3356	1,24	0,0662	1,17	< 5
5	529,9	29,13	1,4	20,81	96	1,3	125	0,1356	1,24	0,0662	0,48	< 5

Приложение 1

Приложение 2

Генеральный план промышленного предприятия