3.4. Выбор числа и мощности трансформаторных подстанций

Число и мощность ТП, а также установленных в них трансформаторов оказывают существенное влияние на технико-эконо-мические показатели системы электроснабжения в целом. От правильного выбора числа и мощности трансформаторов ТП, их размещения на территории города зависит эффективность функционирования системы в целом [22].

Основополагающим фактором при выборе числа трансформаторов ТП является категория надежности и выбранная, в разделе 3, схема электроснабжения подключенных потребителей. В частности, для питания потребителей I категории и ответственных потребителей II категории применяются двухтрансформаторные подстанции в сочетании с двухлучевыми схемами питания. Каждый трансформатор при этом питается отдельной линией, подключенной к независимому источнику питания. В случае выхода из строя одного из трансформаторов другой, в соответствии с допустимой по ПУЭ аварийной перегрузкой, обеспечивает питание почти всех потребителей, подключенных к ТП. Перевод нагрузки с вышедшего из строя трансформатора на оставшийся в работе должен осуществляться автоматически.

Для питания потребителей II и III категории в зависимости от суммарной их нагрузки могут применяться как двух-, так и однотрансформаторные подстанции в сочетании с петлевыми схемами питания. Причем при применении однотрансформаторных ТП питание потребителей II категории в аварийном режиме осуществляется от ближайшей ТП посредством перемычки.

Однотрансформаторные ТП могут быть также применены и для питания потребителей I категории, если их мощность не превышает 15–20% мощности ТП. Резервирование этих потребителей осуществляется посредством перемычки от соседней ТП.

Кроме того, при выборе числа трансформаторов ТП необходимо иметь в виду: применение двух трансформаторов вместо одного равноценной мощности во всех случаях нерационально в связи с тем, что удельная стоимость и удельные потери двух и более трансформаторов всегда выше, чем одного.

Мощность трансформаторов, а следовательно, число и мощность ТП непосредственно влияют на все последующие решения, связанные с построением системы электроснабжения. В общем виде задача определения наивыгоднейшей мощности трансформаторов ТП может быть решена путем нахождения аналитической зависимости приведенных затрат, связанных с передачей энергии через рассматриваемую систему, от мощности трансформаторов ТП. Минимальное значение этих затрат и определяет искомую оптимальную мощность трансформаторов ТП. Однако определение наивыгоднейшей мощности трансформаторов ТП требует перебора большого числа вариантов, что в связи с высокой трудоемкостью расчетов не всегда выполнимо. Поэтому для ориентировочного определения экономически целесообразной мощности трансформаторов ТП может быть применена формула, полученная на основании многочисленных расчетов [5]:

, (3.1)

где  = S_р.мр/F_мр – плотность нагрузок микрорайона; S_р.мр – расчетное значение мощности нагрузок микрорайона, определенное в разделе 2.7; F_мр= L_мрН_мрm – площадь микрорайона; L_мр, Н_мр – длина и ширина микрорайона, определяемые из генерального плана микрорайона, приведенного в исходных данных; m – масштаб генерального плана (для генеральных планов, приведенных в прил. 1, m – 1:1000).

Для тактических расчетов могут быть использованы данные, приведенные в табл. 3.2, полученные в результате расчетов по формуле (3.1) для различных значений  [10].

Таблица 3.2

Значения наивыгоднейшей мощности ТП

Этажность застройки	Мощность и количество ТП, кВА, при плотности нагрузки, МВт/м2
	0,8–1,0	1,0–2,0	2,0–5,0	более 5
Здания 1–4 этажей	1 160	1 250	1 400	–
Здания 5 этажей	–	–	–	1 630
и выше				2 630

После определения наивыгоднейшей мощности подстанций находят ориентировочное число трансформаторных подстанций по выражению

,

где n_т.п – число трансформаторных подстанций микрорайона; Р_р.мр – расчетная нагрузка микрорайона; K_доп.н – коэффициент, учитывающий допустимую перегрузку трансформаторов в нормальном режиме в зависимости от степени резервирования; S_тр.э – мощность трансформатора.

Далее определяется установленная мощность потребителей, присоединенных к одной ТП, Р_у.эп по формуле

Р_у.эп = S_тр.э K_доп.н cos _г. (3.2)

С помощью картограммы нагрузок потребители разбиваются на n_эп однотипных групп общей мощностью Р_у.эп каждая; ТП в количестве, найденном выше, размещают на плане. Затем определяется действительная нагрузка на каждой ТП по формуле

Р_ртп = Р_{ртп mах} + K₁Р_ртп1 + K₂Р_ртп2 + ... + K_nР_{ртп n},

где Р_{р.тп maх} – максимальная из нагрузок ТП; K_n, Р_р.тп n – значения и коэффициенты участия в максимуме соответствующих нагрузок; Р_р.тп i – расчетные нагрузки коммунально-бытовых и промышленных потребителей, определенные ранее в пп. 2.3, 2.5; K_n – коэффициент участия в максимуме этих потребителей по отношению к потребителям жилых домов, определяемый по прил. 9.

После этого проверяется мощность выбранных трансфор-маторов:

• по условиям нормального режима:

;

• по условиям аварийного режима:

,

и выбор трансформаторов ТП завершается сопоставлением действительных коэффициентов загрузки с допустимыми их значениями, определенными по формуле

,

,

где S_тр.нор, S_тр.ав – потребная мощность трансформаторов ТП в нормальном и аварийном режимах соответственно; Р_{р.тп.нор}, Р_р.тп.ав –расчетные нагрузки ТП в нормальном и аварийном режимах; cos _г = 0,9 – принимаемое значение коэффициента мощности; K_доп.ав – коэффициент, учитывающий допустимую перегрузку трансформаторов в условиях аварийного (послеаварийного) режима; n_тр – количество трансформаторов, намечаемых к установке на подстанции, принимается равным 1 или 2 в зависимости от величины расчетной нагрузки, категории электроприемников, выбранной структуры и схемы сети СН. Причем нагрузка аварийного (послеаварийного) режима образуется в условиях отключения или выхода из строя трансформатора, соединенного с проверяемым трансформатором по низкой стороне при намечаемом полном или частичном резервировании. Результаты расчетов сводятся в табл. 3.3.

В случае если рассчитанные значения коэффициентов загрузки отличаются от нормативных ПУЭ, то необходимо произвести перераспределение потребителей ТП таким образом, чтобы коэффициент загрузки трансформаторов находился в допустимых пределах. При отсутствии данных в графиках нагрузок потребителей значение коэффициента загрузки трансформатора в нормальном режиме для однотрансформаторных ТП может быть принято равным 0,9, а для двухтрансформаторных – равным 1,3. При отсутствии до-полнительных данных значение коэффициента допустимой перегрузки трансформаторов в аварийном режиме может быть принято равным 1,4.

Форма табл. 3.3

Выбор мощности и определение коэффициентов загрузки трансформаторов

№ ТП	№ объекта по плану	Электрическая нагрузка жилых домов
		Расчетная нагрузка квартир			Расчетная нагрузка лифтовых установок			Расчетная нагрузка силовых установок			Расчетная нагрузка жилых домов Рр.ж.д.тп
		Общее кол-во квартир nкв.тп	Удельная нагрузка квартир, Руд.кв.тп	Расчетная нагрузка квартир Рр.кв.тп	Общее кол-во лифтовых установок nл.тп	Коэффициент спроса лифтовых установок Kс.л.тп	Расчетная нагрузка лифтовых установок Рр.л.тп	Общее кол-во силовых установок nс.тп	Коэффициент спроса cиловых установок Kс.с.тп	Расчетная нагрузка силовых установок Рр.с.тп
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12

Окончание табл. 3.3

Расчетная нагрузка общественных и ком.- быт. потребителей Рр.ок.БП.ТП	Электрическая нагрузка общ. и ком.-бытовых потребителей		Электрическая нагрузка промышленных потребителей			Потребная мощность потребителей ТП Sэп.тп	Расчетная нагрузка		Принятая установленная мощность трансформаторов Sтп.н	Коэффициент загрузки трансформаторов
	Коэф. участия в макс. Kм.ок.БП.тп	Долевая расчетная нагрузка Рр.ок.БП.ТП	Расчетная нагрузка Рр.пп.тп	Коэф. участия в макс. Kм.пп.тп	Долевая расчетная нагрузка Рр.пп.тп		Нормальный режим Рр.тп.н	Аварийный режим Рр.тп.а		Нормальный режим Kз.н	Аварийный режим Kз.а
13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24