Выбор комплектной трансформаторной подстанции

Источником питания ЭП строительной площадки напряжением 0,38 кВ является комплектная трансформаторная подстанция (КТП). Под КТП понимается подстанция, состоящая из одного или двух трансформаторов, аппаратуры защиты и автоматики, скомплектованная по чертежам проектной организации на заводе-изготовителе. Количество трансформаторов КТП определяется категорией надежности электроснабжения потребителей [1].

К первой категории по надежности относят ЭП, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный материальный ущерб, повреждение дорогостоящего технологического оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение особо важных объектов коммунального хозяйства.

Ко второй категории по надежности относят ЭП, перерыв в электроснабжении которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и общественного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.

К третьей категории по надежности относят ЭП, которые не попадают под определение первой и второй категорий.

Установление категории электроснабжения осуществляется технологами совместно с электриками.

Для ЭП первой категории следует использовать двухтрансформаторные КТП, так как перерыв в электроснабжении для них допустим только на время автоматического восстановления питания. Последнее в двухтрансформаторных КТП осуществляется посредством устройства для автоматического ввода резерва (АВР) на стороне низшего напряжения трансформаторов. В нормальном режиме каждый трансформатор КТП обеспечивает электроснабжение только присоединенных к нему ЭП. При отключении любого из трансформаторов КТП устройством АВР автоматически к оставшемуся в работе трансформатору присоединяются все ЭП, электроснабжение которых осуществлялось от отключенного трансформатора.

Для ЭП второй категории перерыв в электроснабжении допустим на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады. При наличии централизованного резерва трансформаторов допускается электроснабжение ЭП второй категории от однотрансформаторной КТП. Количество трансформаторов КТП для ЭП второй категории может быть равно как двум, так и одному, причем более обоснованной стратегией, является ориентация на КТП с двумя трансформаторами.

Для ЭП третьей категории перерыв в электроснабжении допустим на время не более суток, что соответствует достаточности для их электроснабжения от однотрансформаторной КТП.

Мощность трансформатора однотрансформаторной КТП

где - мощность нагрузки КТП.

Мощность трансформатора двухтрансформаторной КТП

где 1,4 - коэффициент, учитывающий допустимую перегрузочную способность трансформатора.

В основе определения электрических нагрузок нескольких ЭП лежат статистические коэффициенты, характеризующие режим электропотребления характерных групп.

Коэффициентом использования К_и именуется отношение средней мощности, потребляемой за наиболее загруженную смену, Р_см, к номинальной мощности ЭП, то есть

Значения К_и приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Расчетные коэффициенты электрических нагрузок технологического оборудования

Наименование оборудования	Коэффициент
К_и	q	cosφ	tgφ

Металлообрабатывающие станки ремонтных участков, растворомешалки	0,15	0,6	0,55	1,52
Технологические вентиляторы, компрессоры, насосы, калориферы	0,55	0,9	0,8	0,75
Сантехнические вентиляторы и насосы	0,65	0,9	0,8	0,75
Насосы водоснабжения	0,7	0,9	0,8	0,75
Краны, кран-балки, тельферы, лебедки	0,1		0,5	1,73
Сварочные агрегаты	0,25	0,8	0,7
Электроосвещение: лампы накаливания люминесцентные лампы дуговые ртутные лампы			0,95 0,5	0,33 1,73
Бытовки, электропрогрев бетона	0,95	0,95

При определении мощности, потребляемой группой ЭП, и выборе количества единиц технологического оборудования, как показали исследования последних лет [4, 7], необходимо учитывать неритмичность технологических процессов и наличие простоев оборудования в ремонтах, что достигается введением в расчет технологического коэффициента q.

Значения q, обоснованные в [4], приведены в [7] и в таблице3.1.

Для n - электроприемников с номинальной мощностью P_нi (i=1, 2, ...n) средняя активная мощность определяется по формуле

Средняя реактивная мощность нагрузки

Полная средняя мощность нагрузки

Результаты расчета электрических нагрузок электроприемников строительной площадки сводим в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 - Расчет электрических нагрузок электроприемников строительной площадки

№ на схеме	Наименование оборудования	Номинальная мощность Рн, кВт	n	К_и	q	tgφ	Р_с, кВт	Q_c, кВАр


…..

В целях снижения потерь электроэнергии в питающих сетях и уменьшения значения устанавливаемой мощности КТП нормативными документами [5] регламентируется необходимость компенсации реактивной мощности посредством установки батарей конденсаторов, изготавливаемых электропромышленностью в виде комплектных конденсаторных установок (ККУ). Номенклатура ККУ приведена в таблице3.3.

Таблица 3.3 - Номенклатура комплектных конденсаторных установок

Тип конденсаторной установки	Номинальная мощность, кВАр	Номинальное напряжение, кВ
ККУ-0,38-75		0,38
ККУ - 0,38 - 150		0,38
ККУ - 0,38 - 225		0,38
ККУ-0,38 - 300		0,38
ККУ-0,38 -450		0,38

Мощность ККУ, присоединяемой к каждому трансформатору КТП, должна выбираться из условия максимальной компенсации реактивной мощности нагрузки ЭП (ближайшей, но не большей), электроснабжение которых осуществляется от этого трансформатора.

Если обозначить Q_НАГР расчетную реактивную мощность нагрузки, Q_ККУ реактивную мощность ККУ, Q реактивную мощность нагрузки после компенсации, то мощность ККУ должна быть такой, чтобы разность была положительной и минимальной

По формуле (3.2) мощность трансформатора двухтрансформаторной КТП выбирается из условия

где P_С1, P_С2 - среднее значение активной мощности нагрузки первого и второго трансформаторов, кВт;

Q₁, Q₂ - среднее значение реактивной мощности нагрузки первого и второго трансформаторов после компенсации, кВАр.

Необходимо учитывать, что по формуле (3.8) определяется мощность одного трансформатора двухтрансформаторной КТП, который при отказе (аварии) другого трансформатора с перегрузкой 140% будет являться источником электроснабжения всех ЭП рассматриваемой КТП.

Предварительно принимается КТП из номенклатуры по приложению 1 таблица 1, мощность трансформатора которой является ближайшей большей к результату расчета по (3.8) или (3.1) величиной.

Выбранный трансформатор должен быть проверен по условию обеспечения допустимого значения остаточного напряжения при пуске электродвигателя наибольшего по мощности

где - реактивное сопротивление электродвигателя в начале пуска, Ом;

- реактивное сопротивление трансформатора КТП, Ом.

Значение Х_дв определяется по формуле

где U_н - номинальное напряжение электродвигателя. U_н = 0,38 кВ;

Р_н- номинальная мощность электродвигателя, МВт;

i_п - кратность пускового тока;

cosφ - коэффициента мощности;

η_н - номинальное КПД электродвигателя (приложение 1, табл. 1).

При отсутствии данных о значениях i_п , cosφ и η_н электродвигателя можно использовать приближенную формулу

Реактивное сопротивление трансформатора КТП

где U_нн - номинальное значение обмотки низшего напряжения, U_нн=0,4кВ;

S_тн - номинальная мощность трансформатора КТП, МВА.

Технические данные АД серии 4А с синхронной частотой вращения 1500 об/мин приведены в приложение 1 таблица 2.

Если определенное по формуле (3.9) значение удовлетворяет выражению

то предварительно принятая мощность трансформатора является окончательной. В противном случае необходимо увеличить мощность трансформатора на одну ступень по приложение 1 таблица 2 и вновь проверить выполнение условия (3.13). Выбор мощности трансформатора завершается при выполнении условия (3.13).