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	–