4.6. Выбор числа и мощности трансформаторов цеховых подстанций и подстанций сельскохозяйственных потребителей

Число и мощность трансформаторов выбираются:

 по графику нагрузки потребителя и подсчитанным величинам средней и максимальной мощности;

 технико-экономическим показателям отдельных намеченных вариантов числа и мощности трансформаторов с учетом капитальных затрат и эксплуатационных расходов;

 категории потребителей с учетом наличия в его составе нагрузок потребителей первой категории, требующих обеспечения резервирования;

 экономически целесообразному режиму, под которым понимается режим, обеспечивающий минимум потерь мощности и электроэнергии в трансформаторе при работе по заданному графику нагрузки [3], [8], [30] и др.

В зависимости от способа задания расчетной нагрузки существуют два способа выбора номинальных мощностей трансформаторов ТП промышленных предприятий и сельскохозяйственных потребителей:

 по известным характерным суточным графикам нагрузки [8], [30];

 расчетным максимумам нагрузок.

Выбор мощности трансформаторов потребительских подстанций в курсовом проекте (курсовой работе) производится по расчетным максимумам нагрузки. Исходя из многолетней практики проектных организаций, установлено, что при двухтрансформаторных подстанциях, а также при однотрансформаторных с магистральной схемой электроснабжения мощность каждого трансформатора может выбираться с таким расчетом, чтобы при выходе из строя одного трансформатора оставшийся в работе трансформатор мог нести всю нагрузку потребителей первой и второй категории (с учетом допустимых нормальных и аварийных нагрузок). При этом потребители третьей категории могут временно отключаться. Именно поэтому номинальная мощность трансформаторов двухтрансформаторной подстанции принимается равной 70 % от общей расчетной нагрузки потребителей. Тогда при выходе из строя одного из трансформаторов второй на время ликвидации аварий оказывается загруженным не более чем на 140 %, что допустимо в аварийных условиях.

При выборе числа и мощности трансформаторов цеховых подстанций с напряжением на низкой стороне до 1 кВ рекомендуется исходить из следующих соображений, установленных многолетней практикой проектных организаций [4], [6], [8], [30]:

1) трансформаторы мощностью более 1000 кВА следует применять лишь в исключительных случаях: при наличии группы ЭП большой мощности (например, электропечей) или большого числа однофазных ЭП большой мощности со значительными и частыми пиками нагрузки (например, электросварочных установок);

2) следует стремиться к возможно большей однотипности трансформаторов цеховых подстанций;

3) целесообразно иметь в любом цехе с общей расчетной мощностью более 1000 кВА не менее двух трансформаторов даже при отсутствии нагрузки первой категории.

Чтобы выбрать наиболее рациональный вариант электроснабжения, рассматривают обычно два варианта числа и мощности трансформаторов на подстанции, сравнивая их по технико-экономическим показателям.

При выборе количества трансформаторов на проектируемых подстанциях 10(35)/0,4 кВ населенных пунктов принимают во внимание категории надежности электроснабжения потребителей.

К первой категории относятся потребители, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб производственным предприятиям и фермерским хозяйствам, повреждение дорогостоящего оборудования (для сельского хозяйства  болезнь и гибель животных), массовый брак продукции, порчу сельскохозяйственных продуктов, нарушение сложных технологических процессов. Ко второй категории относятся потребители, перерыв в электроснабжении которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих и механизмов, нарушению нормальной деятельности значительного числа городских и сельских жителей. Все остальные потребители относятся к третьей категории.

Приведем неполный перечень сельскохозяйственных потребителей первой и второй категорий по надежности электроснабжения.

К потребителям первой категории относятся животноводческие комплексы и фермы по производству молока на 400 и более коров, по выращиванию и откорму молодняка крупного рогатого скота на 5000 и более голов; птицефермы по производству яиц с содержанием 100 тыс. и более кур-несушек, мясного направления по выращиванию 1 млн и более бройлеров в год.

К потребителям второй категории – животноводческие комплексы и фермы с меньшей производительностью, чем указанной для первой категории; тепличные комбинаты; кормоприготовительные заводы и механизированные цехи приготовления и раздачи кормов; картофелехранилища с холодоснабжением и активной вентиляцией. К этой же категории, но не допускающей получасового перерыва в электроснабжении, относятся комплексы и фермы молочного направления; свиноводческие комплексы и фермы; птицефермы.

Таким образом, если к отходящим от ТП 10(35)/0,4 кВ ВЛ 0,38 кВ подключены потребители первой категории надежности электроснабжения, то необходимо на проектируемой подстанции 10(35)/0,4 кВ установить два трансформатора. Это связано с необходимостью обеспечения электроэнергией потребителей первой категории по двум взаимно резервирующим ВЛ 0,38 кВ от двух независимых источников питания, причем переключение электроснабжения потребителя на резервную ВЛ (или на резервный источник питания) должно производиться автоматически.

Для обеспечения надежности электроснабжения потребителей второй категории мощностью 250 кВт и более также проектируют двухтрансформаторную подстанцию 6–10(35)/0,4 кВ, а при меньшей мощности  однотрансформаторную. Кроме того, электропитание потребителей второй категории, не допускающих перерыва более 0,5 ч, осуществляют по двум ВЛ 0,38 кВ с возможностью ручного переключения с одной ВЛ на другую. При наличии в населенном пункте только потребителей третьей категории по надежности электроснабжения достаточно установить на ТП 6–10(35/0,4) кВ один трансформатор.

Номинальную мощность трансформаторов (S_н) на однотрансформаторной подстанции 10(35)/0,4 кВ выбирают по экономическим интервалам нагрузок (табл. 12) или по [1] в зависимости от расчетной полной мощности, среднесуточной температуры окружающей среды и вида электрической нагрузки.

Таблица 12

Интервалы нагрузок для выбора мощности трансформаторов

на подстанции 10/0,4 кВ для Северо-Запада России

с учетом экономических интервалов

и допустимых систематических перегрузок

Вид нагрузки	Номинальная мощность трансформатора, кВА (числитель – без учета, знаменатель – с учетом динамики роста нагрузок)
	25	40	63	100	160	250	400
Коммунально-бытовая	до 30 до 32	3150 3354	5177 5583	78129 84138	130224 139219	225350 220343	351558 344548
Производственная	до 33 до 36	3457 3760	5886 6193	87145 94150	146240 151240	241375 241-375	376600 376600
Смешанная (0,2–0,5)	до 26 до 28	2744 2948	4567 4973	68113 74123	114228 124230	229365 231360	366459 361501
Смешанная (0,5–0,8)	до 28 до 30	2948 3152	4973 5379	74122 80133	123240 134232	241375 233363	376496 364541
Птицеферма	до 21 до 22	2235 2338	3654 3958	5590 5998	91182 99198	183341 199350	342369 351402
Свинооткормочная ферма	до 33	3453	5483	84132	133211	212330	331528
Ремонтная мастерская	до 37	3860	6194	95149	150238	239373	374596

Примечание. Если от подстанции питается несколько потребителей, то пользуются строкой таблицы, для которой нагрузка составляет более половины от величины расчетной мощности ТП.

Номинальная мощность трансформаторов на двухтрансформаторной подстанции 10(35)/0,4 кВ определяется из условий их работы в нормальном и аварийном режимах. Если нет резервирования в сетях 0,38 кВ, то номинальную мощность трансформатора выбирают по условию

S_н  S_р/k_пер, (8)

где S_р  расчетная мощность подстанции 10(35)/0,4 кВ, кВА; k_пер  коэффициент допустимой систематической перегрузки трансформатора подстанции.

Если в сетях 0,38 кВ применяется резервирование, то номинальную мощность трансформаторов на проектируемой подстанции 10(35)/0,4 кВ выбирают по двум условиям:

S_н  S_р/k_пер, S_н  (S_р + S_рез)/k_пер.ав, (9)

где S_рез – электрическая нагрузка (кВА), резервируемая по сетям 0,38 кВ; k_пер.ав – коэффициент допустимой аварийной перегрузки трансформатора подстанции, зависящий от степени его загрузки до аварии и достигающий значений от 1,3–1,5 до 1,7–1,9.

Марку трансформатора, устанавливаемого на проектируемой подстанции 610(35)/0,4 кВ, как правило, рекомендуется выбирать марки ТМ – трансформатор масляный (табл. 13).

Таблица 13

Технические данные трехфазных двухобмоточных трансформаторов

Тип транс- форматора	Схема и группа соединения обмоток	Мощность, Sном, кВА	Технические данные
			Uном, обмоток, кВ		uк, %	ΔРк, кВт	ΔРх, кВт	Iх, %
			ВН	НН
1	2	3	4	5	6	7	8	9
ТМ-25/6-10	Y/Y010	25	6; 10	0,4	4,5	0,6	0,13	3,2
ТМ-25/6-10	Y/Z011	25	6; 10	0,4	4,7	0,69	0,13	3,2
ТМ-40/6-10	Y/Y010	40	6; 10	0,4	4,5	0,88	0,175	3,0
ТМ-40/6-10	Y/Z011	40	6; 10	0,4	4,7	1,0	0,175	3,0
ТМ-63/6-10	Y/Y00	63	6, 10	0,4	4,5	1,28	0,24	2,8
ТМ-63/6-10	Y/Z011	63	6, 10	0,4	4,7	1,47	0,24	2,8
ТМ-100/6-10	Y/Y00	100	6, 10	0,4	4,5	1,97	0,33	2,6
ТМ-100/6-10	Y/Z011	100	6, 10	0,4	4,7	2,27	0,33	2,6
ТМ-160/6-10 ТМФ-250	Y/Y00	160	6; 10	0,4;	4,5	2,65	0,51
ТМ-160/6-10 ТМФ-250	Y/Z011	160	6; 10	0,4;	4,7	3,10	0,51
ТМ-250/6-10 ТМФ-250	Y/Y010	250	6; 10	0,4	4,5	3,7	0,74

Окончание табл. 13

1	2	3	4	5	6	7	8	9
ТМ-250/6-10 ТМФ-250	Y/Z011	250	6; 10	0,4	4,7	4,2	0,74
ТМ-400/6-10 ТМФ-400 ТМН-400	Y/Y00	400	6; 10	0,4 0,4	4,5	5,5	0,95	2,1
ТМ-400/6-10 ТМФ-400 ТМН-400	/Y011	400	6; 10	0,4 0,4	4,5	5,9	0,95	2,1
ТМ-630/6-10 ТМФ-630 ТМН-630	Y/Y00	630	6; 10	0,4; 0,4	5,5	7,6	1,3
ТМ-630/6-10 ТМФ-630 ТМН-630	/Y011	630	6; 10	0,4; 0,4	5,5	8,5	1,3
ТМ-1000/6-10 ТМН-1000	Y/Y00	1000	6; 10	0,4	5,5	11,6	2,3
ТМ-1000/6-10 ТМН-1000	/Y011	1000	6; 10	0,4	5,5	12,2	2,1
ТМ-1600/6-10 ТМН-1600	Y/Y00	1600	6; 10	0,4	5,5	18,0	3,3
ТМ-1600/6-10 ТМН-1600	/Y011	1600	6; 10	0,4	5,5	18,0	2,8

Примечание. Обозначение Z₀ соответствует соединению обмотки по схеме «зигзаг».

Все вновь сооружаемые и реконструируемые подстанции 10(35)/0,4 кВ в основном следует проектировать, применяя серийно выпускаемые комплектные трансформаторные подстанции (КТП). При этом рекомендуется учитывать следующее:

– схемы электрических соединений подстанций приняты на основании утвержденных типовых схем и технико-экономического расчета;

– трансформаторы на таких КТП применяются с переключением ответвлений без возбуждения (ПБВ);

– чтобы использовать трансформаторы с регулировкой напряжения под нагрузкой (РПН), необходимо специальное технико-экономическое обоснование;

– трансформаторы мощностью до 250 кВА рекомендуется применять со схемой соединения обмоток звезда-зигзаг с выведенной нейтралью обмотки 0,4 кВ;

– распределительное устройство 0,4 кВ рекомендуется использовать с автоматическими воздушными выключателями;

– мачтовые подстанции допускается применять наравне с КТП;

– при проектировании электроснабжения промышленных предприятий и крупных сельскохозяйственных комплексов рекомендуется предусматривать подстанции внутренней установки, размещаемые в пристройках или в производственных зданиях;

– подстанции закрытого типа (в зданиях) применяют в районах с расчетными температурами ниже минус 40 °С, со снежными заносами, загрязненной атмосферой, пыльными бурями, стесненной застройкой поселков городского типа или при сооружении сельскохозяйственых комплексов;

– закрытые мачтовые подстанции и КТП наружной установки не ограждают, если расстояние от земли до высоковольтных вводов не менее 4,5 м;

– при проектировании больших производственных объектов мощность отдельных ТП 1035/0,4 кВ не должна превышать: объектов сельскохозяйственного назначения – 1000 кВА; промышленных предприятий – 2500 кВА.