3. Выбор числа, мощности и типа трансформаторов цеховых трансформаторных подстанций предприятия

Выбор трансформаторов является важным этапом проектирования. Он существенно влияет на основные технические и экономические показатели разрабатываемой схемы электроснабжения промышленного предприятия. [10, 4.5]

Мощность трансформаторов цеховой ТП зависит от величины нагрузки электроприемников, их категории по надежности электроснабжения, от размеров площади, на которой они размещены и т.п. [10, 4.5]

Выбор трансформаторов цеховой ТП рассмотрим на примере электроснабжения цехов 1,2,3,5,6. Согласно [11, 2.7] выбор типа мощности и других параметров подстанций, а также их расположение должны обуславливаться значением и характером электрических нагрузок и размещением их на генеральном плане предприятия. При этом должны учитываться также архитектурно-строительные и эксплуатационные требования, расположение технологического оборудования, условия окружающей среды, требования взрывопожарной и экологической безопасности. Из предыдущего расчета нагрузок следует, что каждый из этих цехов потребляет относительно низкую расчетную активную мощность (100-200 кВт). Кроме того, согласно исходным данным, перечисленные цеха территориально расположены близко друг к другу. Поэтому имеет смысл рассмотреть вариант электроснабжения данных цехов от одной ТП (ТП-1) одного из перечисленных цехов, с использованием НРП для электроснабжения остальных перечисленных цехов.

Для начала необходимо определить центр электрических нагрузок 0,4 кВ перечисленных цехов. Для этого, используя выражения (2.32) получим:

Учитывая месторасположение центра электрических нагрузок 0,4 кВ, установку цеховой ТП будем производить в цехе № 3 «Насосная станция».

Согласно [10, ф.4.19] удельная плотность нагрузки может быть найдена по формуле:

(3.1)

где - удельная плотность нагрузки, кВА/м²;

- расчетная нагрузка цеха 0,4 кВ; кВА;

- площадь цеха, м².

По формуле (3.1), используя предыдущие данные расчета электрических нагрузок, получим:

кВА/м²

Согласно [11, 6.4.7] при плотности нагрузки 0,2-0,5 кВА/м² единичная мощность трансформатора равняется 1600 кВА.

Учитывая вторую категорию по надежности электроснабжения элекроприемников установленных в цехе № 3, к установке в цеховую ТП принимаются 2 трансформатора типа ТМЗ. Согласно [11, 6.4.5] допустимый коэффициент загрузки в нормальном режиме масляного трансформатора для двухтрансформаторной подстанции К_з.д=0,7.

Согласно [10, ф.4.20] количество трансформаторов в цеховой ТП по условию экономической целесообразности определяется по формуле:

, (3.2)

где - количество трансформаторов цеховой ТП;

- расчетная нагрузка ТП от потребителей 0,4 кВ;

- экономически целесообразная мощность одного трансформатора.

Расчетная нагрузка может быть найдена по формуле (2.2) при следующих условиях:

Согласно формуле (2.5) средневзвешанный коэффициент использования К_и секций шин цеховой ТП равняется:

Эффективное число электроприемников для шин цеховой ТП находится по формуле (2.4):

=

Используя [11, табл.2] для найденных и коэффициент расчетной нагрузки по активной мощности К_ра=0,81.

Используя формулу () определим расчетную активную нагрузку на шинах цеховой ТП:

Расчетную реактивную нагрузку можно найти используя формулу ():

=

=0,81∙ (

По (3.2):

Мы получили, что количество трансформаторов в цеховой ТП по условию экономической целесообразности не удовлетворяет условию надежности электроснабжения. Поэтому к установке принимаем 2 трансформатора. Мощность одного трансформатора находим по формуле:

(3.3)

где - минимальное число трансформаторов по условию надежности электроснабжения, .

По формуле (3.3):

По [12, табл.1] принимаем для установки в цеховую ТП два трансформатора типа ТМЗ номинальной мощностью 400 кВА.

Наибольшая реактивная мощность, которую трансформаторы могут пропустить из сети внутреннего электроснабжения предприятия в сеть напряжением 0,4 кВ находится по формуле [Ершов,Петров,Ситчихин «Электроснабжение ПП», учебное пособие к курсовому проектированию, 1985, ф.4.22]:

(3.3)

где - число трансформаторов цеховой ТП;

По формуле (3.3):

Поскольку наибольшая реактивная мощность, которую трансформаторы ТП способны пропустить, больше значения расчетной реактивной мощности цеховой ТП, то реактивная нагрузка трансформаторов Q₁ согласно [10, ф.4.23] принимается равной Q₁=Q_р=319,48 квар. В этом случае мощность компенсирующих устройств, устанавливаемых на стороне 0,4 кВ цеховой ТП, определяется по формуле: [10, ф.4.24]:

(3.4)

По (3.4):

квар

Коэффициенты загрузки трансформаторов в нормальном и послеаварийном режимах могут быть найдены согласно [10, ф.4.25] по формулам:

(3.5)

(3.6)

где - полная расчетная мощность, приходящаяся на один трансформатор ТП.

Для ТП-1:

(3.7)

По (3.7):

По (3.5):

По (3.6):

Параметры холостого хода и короткого замыкания для трансформатора ТМЗ-450, взятые из [12, табл.2] в таблице 3.1

Таблица 3.1- Параметры холостого хода и короткого замыкания трансформатора ТМЗ-400

ΔP­хх, кВт	ΔP­кз, кВт	I­хх, %	Uк, %
0,95	5,5	2,1	4,5

Потери активной и реактивной мощности в трансформаторах можно найти по известным формулам:

(3.8)

(3.9)

По (3.8):

;

По (3.9):

Активная и реактивная мощности соответственно, потребляемые ТП-1 из сети внутризаводского электроснабжения, могут быть определены по формулам:

, (3.10)

. (3.11)

По (3.10):

кВт;

По (3.11):

квар;

Полная мощность, потребляемая ТП-1 из сети внутризаводского электроснабжения, может быть найдена по формуле:

(3.12)

По (3.12):

кВА.

Рассмотрим экономическую целесообразность питания цехов 1,2,3,5,6 от ТП-1, установленной в цехе № 3. Согласно [10, 1985, 4.5] питание от соседней ТП и установка НРП в цехе экономически выгодна, если выполняется соотношение [10, ф. 4.28]:

, (3.13)

где - полная расчетная нагрузка цеха, кВА;

l- расстояние от НРП цеха до соседней ТП, м.

Чтобы определить расстояние l от НРП цехов 1,2 и 5 до ТП-1 в цехе № 3, разместим указанные подстанции на плане предприятия.

Трансформаторную подстанцию ТП-1 размещаем в цехе № 3 как можно ближе к центру нагрузок цехов 1-6. Тип подстанции- пристроенная. Координаты ТП-1 на плане предприятия:

Координаты НРП-1, расположенного в цехе № 2:

Длина кабельной линии, соединяющей ТП-1 и НРП1:

Расчетная нагрузка цеха № 2: .

По (3.13):

Данные проверки экономической целесообразности питания цехов 1,2,4-6 через НРП-1...НРП-4 от ТП-1 приведены в таблице 3.2:

Таблица 3.2

Координаты НРП			Номер НРП	Номер цеха, в котором установлен НРП		Sр, кВА	lТП-НРП, м		Sр­∙l, кВА∙м
Х, м	Y, м
352,13	234,62	1		2	28,15		81,5	2294,23
411,53	174,38	2		1	204,35		61	12465,35
313,3	171,56	3		5	92,94		61,2	5687,93
318,63	127,36	4		6	138,79		94	13046,26

Аналогично были выбраны трансформаторы цеховых ТП остальных цехов. Результаты выбора приведены в таблице 3.3

Таблица 3.3

№ ТП	Порядковый номер и наименование цеха	Категория ЭП по надежности электроснаб.	Рр, кВт	Qр, квар	Sр, кВА	Fц, м2	σ, кВА/м2	Sэ.т, кВА	Тип тр-ра	Sн.т , кВА	ni, шт.	Kз.дi	Q1р, квар
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
1	1. Кислородная станция	2
	2. Склад хим. Реактивов	3
	3. Насосная станция	2	198,51	176,10	265,36	625,4	0,42
	5. Склад	3
	6. Компрессорная станция	2
Итого			459,46	319,48	559,61			1600	ТМЗ	400	2	0,7	320,15
2	4. Склад готовой продукции	3
	7. Маляропокрасочный цех	2	1607,81	1611,80	2276,61	2585,5	0,88
Итого			1734,33	1740,23	2456,89			1600	ТМЗ	1250	2	0,7	233,67
3	11. Гараж	3
	12. РМЦ	2	433,58	516,57	674,4133	3984,8	0,17
	13. Заводоуправление	2
Итого			512,134	564,236	761,9997			1000	ТМЗ	400	2	0,7	226,54
4	8. Сборосварочный цех 1	2	2961,53	3415,04	4520,30	4037,3	1,12	2500	ТМЗ	2500	2	0,7	1865,30
5	9. Сборосварочный цех 2	2	2396,93	3129,59	3942,03	4754,4	0,83	2500	ТМЗ	2000	2	0,7	1447,31
6	10. Заготовительный цех	2	2829,02	3224,89	4289,90	6212,4	0,69	2500	ТМЗ	2500	2	0,7	2060,73
Итого по цеховым ТП

Продолжение таблицы 3.3

№ ТП	Q1, квар	Мощность КУ, Qр-Q1, квар	Кз.н.	Кз.п.	ΔPхх, кВт	ΔPкз, кВт	Iхх, %	Uк, %	ΔPТ, кВт	ΔQТ, квар	Pр+ΔPТ	Q1+ΔQТ	Полная мощность, потребляемая трансформаторами Sр, кВА
1	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27
1
Итого	319,48	0	0,7	1,4	0,95	5,5	2,1	4,5	7,28	34,42	466,74	353,89	585,74
2
Итого	233,67	1506,55	0,7	1,4	2,65	10,8	1,2	4,8	15,88	88,8	1750,21	322,47	1779,67
3
Итого	226,54	337,70	0,7	1,4	0,95	5,5	2,1	4,5	7,29	34,44	519,42	260,98	581,3003
4	1865,30	1549,74	0,7	1,4	3,75	24	0,8	6	31,02	187	2992,55	2052,30	3628,68
5	1447,31	1682,28	0,7	1,4	3,75	16,5	1	4,8	23,67	134,08	2420,60	1581,39	2891,39
6	2060,73	1164,15	0,7	1,4	3,75	24	0,8	6	31,02	187	2860,04	2247,73	3637,60
Итого по цеховым ТП									129,83

Данные проверки экономической целесообразности питания цеха 4 через НРП-5 от ТП-2 и цехов 11и 13 через НРП-6 и НРП-7 от ТП-3 приведены в таблице 3.4:

Таблица 3.4

Номер цеховой ТП	Координаты НРП			Номер НРП		Номер цеха, в котором установлен НРП		Sр, кВА		lТП-НРП, м		Sр­∙l, кВА∙м
	Х, м	Y, м
2	277,80	217,45	5		4		266,03		28		7448,84
3	78,70	66,83	6		11		57,08		63		3596,04
	42,74	137,78	7		13		136,45		57,3		7818,6

Размещение цеховых ТП на генплане предприятия представлено на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1