При напряжении питания 6-10 кВ местоположение, число и мощности трансформаторов определяются в зависимости от величины, характеристики и расположения нагрузок напряжением до 1 кВ с учетом установки конденсаторов, а также возможности размещения ТП в намеченном месте.

Ранее цеховые подстанции сооружались вне производственных корпусов, их число часто ограничивалось по условиям генплана, а на подстанциях, питающих отдельные цехи, приходилось устанавливать по пять и более трансформаторов мощностью до 1800 кВ-А каждый.

В 30-х годах инженер А.С. Либерман показал, что при крупных отдельно стоящих подстанциях в сетях напряжением 380 В расход меди на 1 кВт мощности двигателей в 6-7 раз больше, чем расход меди на обмотку самого двигателя. Им была предложена система дробления подстанций и приближения их к центрам нагрузки, что давало большую экономию цветных металлов и снижало потери электроэнергии. Накопившийся опыт проектирования, монтажа и эксплуатации цеховых ТП и данные теоретических исследований позволяют дать достаточно конкретные указания по выбору места расположения ТП, числа и мощности трансформаторов. Прежде всего рекомендуется применение КТП, обеспечивающих не зависящий от строительной части индустриальный монтаж, приближение КТП по возможности к центру нагрузки, что обеспечивает максимальную экономию цветного металла и снижение потерь электроэнергии в цеховых сетях. Место расположения КТП, мощность и число трансформаторов должны покрывать расчетные нагрузки, учитывать условия окружающей среды, необходимую степень бесперебойности и динамику технологии. Кроме того, выбор варианта размещения ТП и их мощности должен удовлетворять условиям оптимальной экономичности; должна быть обеспечена возможность дальнейшего увеличения мощности однотрансформаторных КТП при росте нагрузок установкой второго трансформатора.

Для удобства эксплуатации желательно иметь минимальное число типоразмеров трансформаторов.

Отдельно стоящие ТП наименее рациональны вследствие удлинения сетей напряжения до 1000 В и увеличения потерь энергии в них. Они применяются как вынужденное решение для питания цехов, опасных в отношении пожара, взрыва или коррозии. Допустимые расстояния приближения ТП к взрывоопасным цехам регламентируются 0,8-100 м в зависимости от степени взрывоопасности цеха, открытой или закрытой установки масляных трансформаторов. Этот вид ТП может также применяться для мелких предприятий с небольшими разбросанными по территории цехами.

Для большинства промышленных предприятий, кроме некоторых взрывоопасных цехов нефтехимических комбинатов, как правило, применяются ТП, связанные со зданием цеха.

Пристроенные ТП, удовлетворяя требованиям экономики, часто вызывают возражения со стороны архитекторов и строителей, так как ухудшают внешний вид зданий. Однако при достаточном внимании к архитектуре пристроенные ТП с точки зрения эстетики выглядят вполне удовлетворительно и не портят фасада зданий цехов. В частности, пристроенные подстанции хорошо компонуются со зданиями компрессорных и насосных.

Встроенные подстанции позволяют более удачно решить архитектурное оформление стены цеха, однако расположение подстанции на площади цеха не всегда возможно по условиям размещения технологического оборудования. Наименьшие препятствия возникают при размещении встроенных подстанций в бытовых или складских помещениях.

Встроенные подстанции, выходящие на производственную площадь цеха, как и внутрицеховые ТП, следует размещать осмотрительно, особенно в цехах с часто перемещаемым оборудованием. При сооружении пристроенных и встроенных подстанций предпочтение должно отдаваться наружной установке трансформаторов, при которой удешевляется строительная часть и улучшаются условия охлаждения трансформаторов.

Внутрицеховые ТП следует располагать у колонн цеха, в мертвой зоне работы мостовых кранов. Применяется установка ТП на антресолях, под которыми могут быть проходы конвейеров или какое-то оборудование, под бункерами и в других местах, где это возможно без ущерба для производства и допускается по условиям работы электрооборудования. В этом отношении удачен зарубежный опыт расположения в габаритах ферм перекрытий. В главных корпусах современных фабрик и заводов блокируются по нескольку технологических секций и цехов с разнотипными технологическими механизмами и электроустановками. Площадь таких корпусов достигает нескольких гектаров, а нагрузка - десятков мегавольт-ампер. В таких корпусах рекомендуется выделять специальные (подстанционные) пролеты для размещения КТП, РП и станций управления, для прокладки кабелей, токопроводов, для установки другого электрооборудования или предусматривать инженерные пролеты, в которых помимо электрического оборудования размещаются вентиляционные, водоснабжающие и другие вспомогательные установки.

С 1939 г. подстанционные пролеты предусматриваются в главных корпусах крупных обогатительных фабрик цветной металлургии, между размольным и флотационным отделениями. Это позволило значительно улучшить электроснабжение обогатительных фабрик.

В производствах без перемещаемого оборудования внутрицеховые ТП с применением индустриального монтажа КТП обеспечивают глубокий ввод напряжением выше 1000 В к местам потребления электроэнергии, улучшают управление электроустановками и облегчают эксплуатацию электрооборудования.

Принимавшиеся ранее в отдельных отраслях промышленности, в частности в машиностроительной, оптимальные мощности цеховых ТП до 560 кВ * А соответствовали минимальному расходу цветных металлов в цеховых сетях, которые выполнялись в то время кабелями с медными жилами по радиальным схемам. Однако еще в довоенные годы в связи с распространением, магистральных схем питания с применением открытых и закрытых шинопроводов, а также в связи с непрерывным ростом удельных плотностей нагрузок и размеров производственных корпусов на промышленных предприятиях основным типом стал трансформатор мощностью 1000 кВ-А.

Кроме того, выпускавшаяся до 1967 г. распределительная аппаратура 380 В по своей устойчивости к токам к.з. соответствовала мощности к.з. на стороне 0,4 кВ трансформатора не более 1000 кВ-А.

Однако на многих энергоемких предприятиях приходилось устанавливать трансформаторы мощностью 1350-1800 кВ-А, а в качестве защитной аппаратуры на вторичной стороне трансформатора устанавливать масляные выключатели или ограничиваться защитой с первичной стороны трансформатора.

Новые автоматы серии А3700 напряжением 660 В на токи 160-250-400-630 А и серии «Электрон» на токи 630, 1000, 1600, 2500, 4000 А допускают применение трансформаторов 1600 и 2500 кВ-А при 380 и 660 В.

Исследования оптимальных мощностей КТП показали, что при удельной плотности распределенной нагрузки 0,2 кВ-А/м² и выше становится выгоднее переходить от трансформаторов 1000 кВ-А к трансформаторам 1600 кВ-А, а при удельной плотности нагрузки 0,3-0,35 кВ-А/м² трансформаторам мощностью 2500 кВ-А.

Для сосредоточенных нагрузок (например, на обогатительных фабриках, бумажно-целлюлозных комбинатах) возникает необходимость установки в одном корпусе трансформаторной мощности до 50 МВ-А, так что КТП наиболее экономично выполнять с трансформаторами 2500 кВ-А.

При распределенной нагрузке и современной практике сооружения цехов, сблокированных в крупные корпуса, задача выбора мощности трансформаторов КТП сводится к рассмотрению вариантов 1000, 1600 и 2500 кВ-А. Целесообразность применения трансформатора 630 кВ-А возникает на предприятиях с небольшими зданиями, например в нефтехимической промышленности; еще реже применяются трансформаторы мощностью 400 и 250 кВ-А.

Опыт эксплуатации показывает высокую надежность работы трансформаторов. Например, в крупных прокатных цехах однотрансформаторные подстанции обеспечивают более высокую надежность электроснабжения, чем любой двигатель вспомогательных механизмов или главных приводов прокатного стана - бесперебойность технологического процесса. Для резервирования части нагрузки при отключении трансформатора возможно использование перемычек между сетями двух соседних ТП, выполняемыми на 25-30% мощности трансформатора. Двухтрансформаторные КТП обычно применяются при больших плотностях нагрузки, а также при наличии потребителей I категории, которые должны обеспечиваться при отключении одного трансформатора. Мощность последних выбирается с учетом допустимой перегрузки оставшегося в работе трансформатора.

Допустимые систематические перегрузки трансформаторов определяются по графикам нагрузочной способности, приведенным в ГОСТе, в зависимости от суточного графика нагрузки, эквивалентной температуры охлаждающей среды, постоянной времени трансформатора и вида системы охлаждения. Для характеристики суточного графика нагрузки применяются два коэффициента. Первый коэффициент начальной нагрузки К₁ определяется из отношения среднеквадратичного тока I_ск за 10 ч, предшествующих наступлению перегрузочного максимума, к номинальному току трансформатора Iн:

;

Среднеквадратичный ток за 10 ч:

;

Аналогично определяется среднеквадратичное значение тока за период перегрузки I_{ск.макс};

Коэффициент перегрузки, соответствующий этому току, ;

Длительные перегрузки в аварийном режиме допускаются до 40% для трансформаторов с системами охлаждения М, Д, ДЦ и Ц в течение не более 5 суток и на время максимумов нагрузки не более 6 ч в сутки при коэффициенте начальной нагрузки К₁ не более 0,93. При этом необходимо принять меры по усилению охлаждения трансформатора вентиляторами дутья и др.

По ПУЭ допустимая максимальная перегрузка в аварийном режиме составляет 40% в течение 5 суток и продолжительностью по 6 ч в сутки, но при коэффициенте заполнения суточного графика не выше 0,75, в то время как требования ГОСТ допускают более высокий коэффициент заполнения.

Для выбора места и мощностей ТП применяется картограмма нагрузок напряжением до 1 кВ, позволяющая наметить варианты расположения ТП и их мощности, наиболее приблизив их к центрам нагрузок (рисунок 3.2.). Нагрузки цехов наносятся на площадки цехов в виде кругов, площадь (не радиус), которых графически изображает нагрузки в определенном масштабе (например, 1 кВ-А = 1 мм²). Для облегчения построения картограмм применяются готовые номограммы и таблицы для быстрого определения радиуса, круга требуемой площади.

Для цехов с различной сменностью и значительно отличающимися числами часов использования максимума нагрузки T_макс более правильно строить картограмму не нагрузок, а расходов энергии , что имеет значение для снижения потерь энергии.

Картограммы позволяют наглядно определить район центра нагрузок или расходов электроэнергии, пользуясь правилами нахождения центра тяжести плоского тела. Точное определение этого центра не имеет значения, так как оптимальное положение центра питания не совпадает с центром нагрузки, определенным по принципу центра тяжести Плоского тела. Например, при двух нагрузках 0,4 кВ 800 и 200 кВ-А, расположенных на расстоянии 1000 м одна от другой, центр, тяжести нагрузок будет находиться на расстоянии 200 м от нагрузки 800 кВ-А по направлению к нагрузке 200 кВ-А. Если трансформатор поместить в этом центре, то придется передавать 800 кВ-А на расстояние 200 м и 200 кВ-А на 800 м. Вполне очевидно, что трансформатор следует разместить непосредственно у нагрузки 800 кВ-А.

Кроме того, при выборе места и типа подстанции приходится учитывать и согласовывать разные требования, зачастую противоречивого характера.

Если нагрузка цеха превышает несколько тысяч киловольт-ампер и возникает необходимость применения нескольких ТП, то их расположение должно соответствовать приближению к центру нагрузки со стороны питания, чтобы избежать обратного направления потока электроэнергии. Расположение ТП в самом центре нагрузки нерационально, так как будет иметь место обратный поток энергии к источнику питания.

Если нагрузка небольших цехов составляет только десятки или сотни киловольт-ампер, то возникает задача: сооружать ли в таком цехе свою ТП или питать этот цех от соседней ТП. Технико-экономический анализ показывает, что для каждой нагрузки S существует критическая длина L, при которой передача мощности S на расстояние L будет одинаково экономична напряжением выше 1000 В с установкой трансформатора в цехе и напряжением до 1000 В от ТП, расположенной на расстоянии L от центра нагрузки цеха. Эта длина зависит от стоимости потерь энергии У, руб. / (кВт-год). Например, при напряжениях 6 кВ и 380 В при У = 60 руб. / (кВт-Год), зависимость между S, кВ-А, и L, м, выражается уравнением гиперболы SL = 15000 кВ-А-м.

Таким образом, зная нагрузку цеха (например, S = 100 кВ-А), можно определить, что расстояние L = 150 м. Описав окружность этим радиусом, получим границу, внутри которой при напряжении 380 В передача экономична от ТП, находящейся внутри этой границы. Если другие ТП находятся вне границы, то данный цех следует питать от собственной ТП. Следует иметь в виду, что на реальном генплане предприятия трассы кабелей располагаются не по кратчайшим расстояниям, а по направлению проездов и проходов между зданиями цехов.

При выборе места для ТП, питающей цех, ее следует располагать со стороны питания. При агрессивной среде, создаваемой производством цеха, необходимо учесть розу ветров и по возможности поместить ТП с подветренной стороны.

Для заводов и фабрик с перемещаемым оборудованием рекомендуется по возможности равномерное и симметричное расположение ТП по отношению к плану цеха со сдвигом в сторону питания.

Картограмма нагрузок 0,4 кВ на генплане предприятия и расположение ТП. Стрелками указана нагрузка, питаемая от данной ТП.

Размещено на Allbest.ru