Содержание лекции:

- выбор числа и мощности трансформаторов.

Цель лекции:

- знакомство с методом расчета.

В электроснабжении промышленных предприятий широкое применение находят комплектные трансформаторные подстанции (КТП), состоящие из силовых трансформаторов, шкафов ввода высшего и низшего напряжения, шкафов отходящих линий и, в случае двух- или трехтрансформаторных подстанций - секционных шкафов.

Силовые трансформаторы КТП имеют следующие номинальные мощности: 250,400, 630, 1000, 1600 и 2500 кВА и номинальные напряжения: высшее - 6; 10 кВ; низшее - 0,4; 0,69кВ.

В зависимости от системы охлаждения различают трансформаторы сухие ТСЗ (естественное воздушное охлаждение), масляные ТМЗ (масляное охлаждение); с негорючим жидким диэлектриком ТНЗ (естественное охлаждение диэлектриком).

По количеству трансформаторов все подстанции подразделяют на однотрансформаторные, двухтрансформаторные, трехтрансформаторные. Однотрансформаторные подстанции применяют для питания потребителей III категории, а также части приемников II категории, допускающих перерыв питания на время замены трансформатора. Для электроприемников I и II категорий по надежности электроснабжения, требующих резервирования питания, как правило, устанавливают двухтрансформаторные подстанции.

Если питание получают преимущественно потребители I категории, то на стороне низшего напряжения подстанции предусматривают устройство АВР, срабатывающее при аварийном отключении одного из трансформаторов.

При питании потребителей II категории в аварийном режиме допускается ручное подключение резерва. Двухтрансформаторные подстанции применяют также для питания отдельно стоящих объектов общезаводского назначения – компрессорных, насосных станций.

Принципиальная схема двухтрансформаторной подстанции приведена на рисунке 6.

Разработана серия трехтрансформаторных подстанций, применение которых с симметричным распределением нагрузки в послеаварийном режиме на оставшиеся в работе два трансформатора позволяет увеличить загрузку каждого из трех трансформаторов в нормальном режиме.

В общем виде соотношения между коэффициентами загрузки трансформатора в нормальном режиме К_з и в послеаварийном режиме К_з.ав равны: для двухтрансформаторных подстанций К_з=0,5К_з.ав; для трехтрансформаторных подстанций К_з = 0,66К_з.ав.

Рисунок 6 – Схема двухтрансформаторной подстанции

QF1, QF2 – автоматические выключатели ввода низшего напряжения трансформаторов ТI, Т2; QF З – секционный автоматический выключатель

Принципиальная схема трехтрансформаторной подстанции приведена на рисунке 7.

Рисунок 7 – Схема трехтрансформаторной подстанции

QF1, QF2, QF3, QF4, QF5, QF6 -автоматические выключатели ввода низшего напряжения трансформаторов ТI, Т2, Т3 соответственно; QFЗ, QF8, QF9 - секционные автоматические выключатели

Выбор типа трансформаторов осуществляется в зависимости от требований окружающей среды. Для внутренней установки рекомендуется применение масляных трансформаторов, но с ограничениями по числу и мощности. Для внутрицеховых подстанций с трансформаторами сухими или с негорючим жидким (твердым) диэлектриком мощность трансформаторов, их число, расстояние между ними, этаж, на котором они могут быть установлены, не ограничиваются.

Трансформаторы с охлаждением негорючей жидкостью целесообразно применять в производственных помещениях, где по условиям среды, по числу, значению мощности и этажности нельзя применять масляные трансформаторы. Сухие трансформаторы мощностью не более 100 - 630 кВА применяют главным образом на испытательных станциях, в лабораториях и других установках с ограничениями по условиям пожарной безопасности.

Выбор числа цеховых трансформаторов осуществляется одновременно с выбором компенсирующих устройств.

Минимальное число цеховых трансформаторов определяют по формуле

(1)

где S_р - полная расчетная нагрузка потребителей на напряжении до 1 кВ;

К_з - коэффициент загрузки трансформаторов, принимаемый в зависимости от категории надежности потребителей электроэнергии;

S_ном.тр. - номинальная мощность цехового трансформатора, принимаемая в зависимости от удельной плотности нагрузки.

Полученное значение округляется до ближайшего большего целого числа.

На выбор номинальной мощности трансформатора влияют следующие факторы: затраты на питающую сеть 0,4 кВ, потери мощности в этой сети и потери мощности в трансформаторах, затраты на строительную часть подстанции.

Число и мощность трансформаторов зависят от распределения потребителей по площади цеха, наличия места для расположения цеховых подстанций, характера и режима работы электроприемников.

В проектной практике для двухтрансформаторных цеховых подстанций при преобладании потребителей I категории коэффициент загрузки трансформаторов принимается в пределах 0,6-0,7. Для однотрансформаторных подстанций при наличии взаимного резервирования по перемычкам с другими подстанциями на вторичном напряжении мощность трансформаторов выбирается с учетом степени резервирования. Коэффициент загрузки цеховых трансформаторов может быть принят: при преобладании потребителей II категории 0,7 - 0,8, а при потребителях III категории - 1.

При этом число трансформаторов N_т связано с их номинальной мощностью следующим образом:

(2)

где S_{ном.тр.э} – экономически целесообразная номинальная мощность трансформатора.

Значение S_{ном.тр.э} принимают в зависимости от удельной плотности расчетной нагрузки. Максимальная мощность трансформаторов при плотностях нагрузки S_уд: до 0,2 кВА/м² - до 1000 кВА; от 0,2 до 0,5 кВА/м² - от 1000 до 1600 кВА; свыше 0,5 кВА/м² - 1600 и 2500 кВА.

Если S_уд 0,4 кВА/м², то независимо от требований надежности электроснабжения целесообразно применять двухтрансформаторные подстанции. Если вначале целесообразна установка трансформаторов 1000 кВА, то через несколько лет при росте нагрузок их не обязательно менять на большую мощность, обычно осуществляют дополнительную установку трансформаторов, стараясь сохранить тип и мощность. Трансформаторы мощностью 630 кВА и менее следует применять для питания вспомогательных цехов и участков предприятий.

В тех случаях, когда нагрузка не распределена, а сосредоточена на отдельных участках цеха, номинальную мощность трансформаторов по критерию удельной плотности нагрузки не выбирают.

Выбранное число трансформаторов способно передать в сеть напряжением до 1 кВ при заданном коэффициенте загрузки К_з реактивную мощность, значение которой определяется по формуле:

для трансформаторов масляных и заполненных негорючей жидкостью

,

(3)

где коэффициент 1,1 учитывает тот факт, что цеховые трансформаторы имеют, как правило, загрузку, не превышающую 0,9, и коэффициент сменности по энергоиспользованию имеет значение менее 0,9. Поэтому для масляных трансформаторов в течение одной смены может быть допущена систематическая перегрузка, равная 10 %;

для сухих трансформаторов

,

(4)

коэффициент 1,05 учитывает тот факт, что перегрузочная способность сухих трансформаторов, согласно правилам эксплуатации электроустановок потребителей, примерно вдвое ниже, чем масляных трансформаторов.

Мощность низковольтных конденсаторных батарей составляет

(5)

где Q _НБК1 – мощность низковольтных конденсаторных батарей, определенных по критерию выбора минимального числа цеховых трансформаторов.

(6)

где Q_p – расчетная реактивная нагрузка потребителей до 1 кВ;

Q _НБК2 – дополнительная мощность конденсаторных батарей, установленных в сети напряжением до 1 кВ, определенная по критерию минимума потерь в сети 6-10 кВ.

Значение Q _НБК2 находят по формуле

(7)

где З_К.Н., З_К.В. – приведенные затраты на 1 квар мощности конденсаторной батареи, установленной в сети напряжением до и выше 1 кВ соответственно;

U _ном – номинальное напряжение сети, кВ;

R – активное сопротивление сети, питающей цеховой трансформатор (в общем случае равно эквивалентному сопротивлению сети R=Rэкв);

C ₀ – стоимость 1 кВтч электроэнергии.

Для масляных трансформаторов мощностью до 2500 кВ А значение К_з.ав не должно превышать 1,4 при длительности послеаварийного режима не менее 6 ч (время, необходимое для замены поврежденного трансформатора) и коэффициенте К_з = 0,9.

Для сухих трансформаторов предельное значение К_з.ав =1,2.

Для трансформаторов, заполненных жидким диэлектриком, значения коэффициентов К_з и К_з.ав принимают как для масляных трансформаторов.

Двухтрансформаторные цеховые подстанции применяют при преобладании электроприемников I и II категорий и в энергоемких цехах.

Подстанции с трансформаторами 630 и 1000 кВА комплектуют шкафами типа КН, КРН, ШРН с универсальными втычными (выкатными) автоматическими выключателями со следующими схемами заполнения: шкафы ввода - с выводами шин вверх на магистраль и двумя отходящими линиями; шкафы ввода и секционный - с двумя выключателями на отходящих линиях; шкаф отходящих линий - с тремя выключателями.

Подстанции с трансформаторами 1600 и 2500 кВА комплектуют выключателями на вводе, которые отключают соответствующие номинальные токи и токи КЗ. На отходящих линиях могут устанавливаться выключатели, как и на подстанциях с трансформаторами 1000 кВА.

5 Лекция. Принципы построения цеховой сети. Схемы питания силовых потребителей

Содержание лекции:

- принципы построения цеховой сети.

Цель лекции:

- знакомство со схемами питания силовых потребителей.

Принципы построения цеховой сети.

Для питания цеховых потребителей электроэнергии, в основном, применяют систему трехфазного переменного тока напряжением 380 В с глухозаземленной нейтралъю цехового трансформатора.

На выбор схемы распределения электроэнергии и ее конструктивное исполнение оказывают влияние следующие факторы: требования к бесперебойности питания, размещение технологического оборудования по площади цеха, условия среды в цехе, размещение трансформаторных подстанций.

Схема электроснабжения должна быть надежна и безопасна, удобна в эксплуатации и экономична, т.е. соответствовать минимуму расчетных затрат на ее сооружение.

Схема электроснабжения не должна быть многоступенчатой и содержать недогруженное оборудование, должен быть использован наиболее простой способ прокладки сети.

В схемах электроснабжения применяют электрооборудование со степенью защиты (IP), соответствующей характеру среды в помещении.

В соответствии с ПУЭ производственные помещения в зависимости от характера окружающей среды делят на следующие классы: сухие, влажные, сырые, особо сырые, жаркие, пыльные, с химически активной или органической средой. Кроме того, выделяют помещения со взрыво- и пожароопасными зонами.

В ПУЭ приводятся рекомендации по допустимой степени защиты оборудования в зависимости от характера среды.

Схемы питания силовых потребителей.

В цеховых сетях различают питающую и распределительную сети. Линии цеховой сети, отходящие от цеховой трансформаторной подстанции или вводного устройства, образуют питающую сеть, а линии, подводящие энергию от шинопроводов или распределительных пунктов непосредственно к электроприемникам, - распределительную сеть.

Схемы могут быть: радиальными, магистральными и смешанными, с односторонним и двусторонним питанием.

При магистральной схеме питание от подстанций к отдельным узлам нагрузки и мощным приемникам осуществляется по отдельной линии.

Магистральные силовые питающие сети рекомендуется применять: в энергоемких производствах при распределении электроэнергии от трансформаторов мощностью 1600 и 2500 кВА; при создании модульных сетей для производств с равномерно распределенной нагрузкой по площади цеха; при частых заменах технологического оборудования.

Чаще всего такие схемы применяют в цехах машиностроительных заводов, в цехах цветной металлургии, на предприятиях приборостроения, в экспериментальных производствах и др. Магистральные сети выполняют шинопроводами или кабелями.

Подключение магистрали к сборным шинам распредустройства КТП осуществляют через линейные автоматические выключатели или наглухо, без коммутационного аппарата (см. рисунки 8, 9).

Рисунок 8 – Схема подключения магистралей к КТП через автоматы отходящих линий

Рисунок 9 – Схема блока трансформатор – магистраль

Магистрали выполняют неизолированными шинами или комплектными шинопроводами типа ШМА. При глухом присоединении магистрали к трансформатору (“блок трансформатор – магистраль”) схемы отличаются простотой, надежностью и экономичностью и могут быть реализованы при применении комплектных и некомплектных трансформаторных подстанций.

Схемы блоков трансформатор – магистраль применяют, как правило, с числом отходящих от КТП магистралей, не превышающих числа установленных трансформаторов. К трансформаторам мощностью 1000 и 2500 кВА допускается подключать по две магистрали. Во всех указанных случаях пропускная способность магистральных шинопроводов не должна превышать пропускную способносгь питающего трансформатора с учетом его перегрузочной способности в послеаварийном режиме.

Магистральные схемы, выполненные шинопроводами, относят к высоконадежным элементам системы электроснабжения. Их применяют для питания потребителей любой категории надежности. Если требуется резервирование питания, то применяют двухтрансформаторные подстанции с установкой АВР на секционном выключателе.

При использовании однотрансформаторных подстанций, секционный выключатель устанавливают в цехе; он должен быть сблокирован с выключателем, установленным на подстанции.

Для энергоемких приемников 1-ой категории надежности применяют магистральную схему, приведенную на рисунке 10. ЩСУ1 и IЦСУ2, питающие ответственные потребители, получают питание от двух магистралей менее ответственные потребители питаются от одной магистрали (РП1 и РП2).

Магистральные сети, выполненные комплексными шинопроводами, имеют высокую стоимость, поэтому их применяют при трех и более ответвлениях с токами не менее 250 А. Магистральные схемы, выполненные комплектными шинопроводами типа ШМА-68Н-1бОО, допускающими кратковременные перегрузки, используют для питания машин контактной сварки. Питание электроосвещения, устройств бесконтактной автоматики и других потребителей, предъявляющих повышенные требования к качеству электроэнергии, при этом осуществляют от отдельных трансформаторов.

Рисунок 10 – Схема питания потребителей 1-ой категории от двух магистралей

При сложных трассах (большом числе поворотов, разных отметках и др.) целесообразно отдельные участки шинопровода заменять многоамперным кабелем и прокладывать на минимально допустимой ПУЭ высоте от уровня пола или площадки обслужива-ния - 2,5 м.

Для электроприемников 1 и II категорий надежности при их компактном расположении в цехе применяют схему блока ТП - щит (см. рисунок 11).

Рисунок 11 – Схема блока ТП – щит		При расположении ТП и щита в одном помещении или в соседних помещениях не требуется установка коммутационных аппаратов на магистралях и шины щита рассматривают как продолжение сборных шин ТП. Такие схемы рациональны при питании от ТП группы электродвигателей -насосов, компрессоров, вентиляторов.
Рисунок 12 – Радиальная схема распределения электроэнергии	При радиальной схеме питание одного достаточно мощного потребителя или группы потребителей осуществляют от ТП ли вводного устройства по отдельной питающей линии. Радиальные схемы выполняют одноступенчатыми, когда питание осуществляется непосредственно от ТП (РПЗ на рисунке 12) и двухступенчатыми, когда питание осуществляется от промежуточного РП (РП2).

Радиальные схемы применяют для питания сосредоточенных нагрузок большой мощности, при неравномерном размещении приемников в цехе если на отдельных его участках, а также для питания приемников во взрывоопасных, пожароопасных и пыльных помещениях, где невозможно применение магистральных схем. Их выполняют кабелями или проводами, прокладываемыми открыто, в трубах, в специальных каналах.

К достоинствам радиальных схем относятся: высокая надежность и удобство автоматизации, поэтому они рекомендуются для питания потребителей 1 категории.

К недостаткам этих схем относятся: значительный расход проводникового материала, ограниченная гибкость сети при перемещениях технологического оборудования, необходимость в дополнительных площадях для размещения силовых РП. Питание отдельных потребителей (исключая потребителей мощностью более 55 кВт в цехе осуществляют от распределительных шинопроводов, распределительных щитов и пунктов, щитов и шкафов станций управления.

Выбор схемы распределения зависит от условий среды в цехе, от размещения и габаритов технологического оборудования, от особенностей подъемно-транспортных работ в цехе. При нормальном характере среды в цехе и расположении оборудования рядами для распределения электроэнергии используют комплектные шинопроводы типа ШРА, выпускаемые на токи 250, 400, 630 А. Отдельные приемники подключают к ШРА через ответвителъные коробки кабелем или проводом, проложенным в трубах или металлорукавах. Ответвления от ШРА длиной до 6 м к вводным устройствам технологического оборудования, имеющим собственный защитный аппарат, выполняют без установки аппарата защиты. При большей длине, в ответвительных коробках ШРА устанавливают автоматический выключатель или предохранитель. На каждой секции ШРА длиной З м предусматривают восемь ответвительных коробок (по четыре с каждой стороны).

С целью рационального использования шинопроводов количество подключенных потребителей должно быть не менее двух на каждые 6 м ШРА.

Для штепсельного присоединения ответвительных коробок на секциях шинопровода предусмотрены окна с автоматическими закрывающимися шторками, что обеспечивает безопасное присоединение коробок к шинопроводу. При открывании крышки коробки питание электроприемника прекращается. Присоединение ШРА к магистральному шинопроводу осуществляется кабельной перемычкой, соединяющей вводную коробку ШРА с ответвительной секцией ШМА. Вводная коробка ШРА может быть установлена на конце секции или в месте стыка двух секций.

Радиальные схемы распределительных сетей с силовыми пунктами, на которых установлены аппараты защиты ответвлений, применяют в местах, где использованию ШРА препятствуют наличие кранов, условия среды, условия территориального распределения электроприемников и другие условия. При этом распределительные устройства (РП, ЩСУ, СУ) располагают как можно ближе к электроприемникам.