Определение числа и мощности трансформаторов и
Трансформаторных подстанций
Число и мощность трансформаторных подстанций (ТП) оказывает существенное влияние на технико-экономические показатели системы электроснабжения города в целом. От правильного выбора числа и мощности трансформаторов ТП, а также от размещения ТП на территории микрорайона, зависит эффективность функционирования системы.
Основой для выбора числа трансформаторов ТП является схема электроснабжения и категории по надежности электроснабжения электроприемников.
Мощность трансформаторов, а, следовательно, число и мощность ТП, непосредственно влияют на все последующие решения, связанные с построением системы электроснабжения. В общем виде задача определения мощности трансформаторов может быть решена путем нахождения аналитической зависимости приведенных затрат, связанных с передачей энергии через рассматриваемую систему, от мощности трансформаторов ТП. Однако определение наивыгоднейшей мощности трансформаторов ТП требует перебора большого числа вариантов, что в связи с большой трудоемкостью расчетов не всегда может быть выполнено. Поэтому для ориентировочного определения экономически целесообразной мощности трансформаторов ТП может быть применена формула, полученная на основании многочисленных расчетов:
, (22)
где -плотность нагрузки микрорайона (кВА/км2), определяемая по формуле:
, (23)
где Sр.мк.р.-расчетное значение полной нагрузки микрорайона, кВА;
Fмк.р.-площадь микрорайона, км2.
Экономически целесообразная мощность трансформаторов ТП:
Так как значительную долю потребителей микрорайона составляют потребители 2-й категории по надежности электроснабжения и имеется один потребитель 1-й категории, то, согласно требований ПУЭ, электроснабжение необходимо производить от двух независимых источников питания имеющих одинаковую мощность, поэтому принимаем количество трансформаторов в ТП равное трём, т.е. nтр=3.
Согласно 4.4.3. /1/ в районах многоэтажной застройки (9 этажей) при плотности нагрузки 8 МВт./км2 и более оптимальная мощность двухтрансформаторных подстанций должна составлять 2*400 кВА.
Проведем сравнения трансформаторных подстанций при мощностях трансформаторов 250 кВА и 400 кВА.
1.Принимаем мощность двухтрансформаторной подстанции 2*250 кВА:
Ориентировочное число ТП определяется по выражению:
, (24)
где Kз - коэффициент загрузки трансформаторов ТП в нормальном режиме.
В соответствии с суточным графиком нагрузки ТП, питающих жилые дома и общественные здания принимаем Kз=0.6 /1/:
В результате расчета необходимо принять 3 трансформаторных подстанций, т.е. количество ТП nтп =3.
Объекты микрорайона распределяются между ТП с учетом их загрузки и месторасположения в микрорайоне.
Результаты распределения представлены в таблице 6.
Таблица 6
Распределение объектов электроснабжения микрорайона между ТП.
№ ТП | Число и мощность трансформаторов, Nтр.*Sном.тр., кВА | Позиции объектов | |
ТП-1 | 2*250 | 1,2,5а,12 | |
ТП-2 | 2*250 | 5,6,7,9,11 | |
ТП-3 | 2*250 | 8,10,13,14 |
Расчетная нагрузка каждой трансформаторной подстанции определяется аналогично п. 3.4 , где за Рр.нб и Qр.нб принимаются нагрузки жилых зданий, определяемые по суммарному количеству квартир и лифтовых установок, питаемых от данной трансформаторной подстанции.
Расчет электрических нагрузок ТП покажем на примере расчета нагрузочной мощности для ТП-1.
Наибольшую электрическую нагрузку трансформаторной подстанции ТП1 имеет образовательная школа. По табл.2.3.1 /1/ находим коэффициенты участия Ку остальных групп потребителей в максимуме нагрузки.
Нагрузку освещения микрорайона распределим между тремя трансформаторными подстанциями следующим образом:
ТП-1: территория охватываемая ТП-1 равна 10,75 га, следовательно Рр.вк.тп1=12,9 кВт; Рр.ул..тп1=14,23 кВт – сумма активных нагрузок освещения улиц местного значения и нагрузки освещения двух магистральных улиц.
ТП-2: территория охватываемая ТП-2 равна 5,6 га, следовательно Рр.вк.тп2=6,72 кВт; Рр.ул..тп2=16,21 кВт. - нагрузка освещения магистральной улицы.
ТП-3: территория охватываемая ТП-3 равна 5 га, следовательно Рр.вк.тп3=12,9 кВт; Рр.ул..тп3=19,13 кВт –активная нагрузка освещения оставшейся магистральной улицы.
Расчетная нагрузка ТП с учетом коэффициента максимума по формулам (14), (15) равна:
Рр.тп1.= Рр.ж.д.1*Ку.ж.д.+ Рр.ж.д.2*Ку.ж.д.+ Рр.ж.д.5а*Ку.ж.д.+
+Рр.дет.сад*Ку.дет.сад+ Рр.ул.тп1+ Рр.вк.тп1 (25)
Qр.тп1= (Рр.кв*tg кв)(1)*Ку.ж.д.(1)+ (Рр.кв*tg кв)(2)*Ку.ж.д.(2)+ (Рр.кв*tg кв)(5а)*Ку.ж.д.(5а)+ +(Рр.кв*tg кв)(12)*Ку.ж.д.(12)+Рр.дет.сад.*tg дет.сад*Ку.дет.сад+ Рр.ул.тп1 *tg + +Рр.вк.тп1 *tg , (26)
где Рр.ул..тп1, Рр.вк.тп1- расчетные активные нагрузки освещения улиц (улиц магистрального и местного значения) и внутриквартальных территорий соответственно, запитываемых от ТП-1, кВт.
На основании формул (25) (26) получим:
Рр.тп1=60+65,25+165,44+56*0,8+12,9+14,23=362,62(кВт)
Qр.тп1=60*0,29+65,25*0,29+165,44*0,29+56*0,25*0,8+12,9*0,62+14,23*0,62=
=112,32 (кВАр)
Полная нагрузка трасформаторной подстанции равна:
Загруженность каждой ТП в нормальном рабочем режиме определяется коэффициентом загрузки, который должен быть в пределах: 0,6-0,9 (60-90%):
, (27)
где Sн.тр.- номинальная мощность трансформатора, кВА;
nтр.- количество трансформаторов в ТП.
Перегрузка каждой ТП определяется коэффициентом перегрузки, который вычисляется при выходе из строя одного из двух трансформаторов:
, (28)
Коэффициент перегрузки в послеаварийном режиме сравнивается с допустимым коэффициентом перегрузки:
Kдоп.пер.≥ (29)
где Kдоп.пер.- допустимый коэффициент перегрузки трансформатора.
Коэффициент допустимой перегрузки определяется в зависимости от длительности перегрузки. Длительность перегрузки определяется временем прохождения максимальной нагрузки, которое определяется посуточному графику нагрузки потребителя.
Согласно /1/ получаем Kдоп.пер.=1.5, т.е. перегрузка возможна на 50%. Если данное условие выполняется, то выбор мощности трансформаторов сделан правильно.
Для ТП-1 получили:
1,5 > 1,395,
т.е. трансформаторы в послеаварийном режиме загружены в допустимых пределах.
Таким образом, выбор мощности трансформаторов для ТП-1 произведен верно. Принимается ТП-1 2´250 с учетом дальнейшего развития микрорайона, т.е. предполагается изменения нагрузок этой части микрорайона в сторону увеличения.
Результаты расчетов электрических нагрузок трансформаторных подстанций приведены в таблице 7
Расчет электрических нагрузок трансформаторных подстанций. Таблица 7
№ поз | Расчетная активная нагрузка, Рр, кВт | Расчетная реактивная нагрузка, Qр, кВАр | Коэф-т участия, Ку | Рр*Ку, кВт | Qр*Ку, кВАр | |||
ТП-1 | ||||||||
17,4 | --- | 17,4 | ||||||
65,25 | 18,92 | --- | 65,25 | 18,92 | ||||
5а | 165,44 | 47,98 | --- | 165,44 | 47,98 | |||
0,8 | 44,8 | 11,2 | ||||||
Освещение | 27,13 | 16,82 | --- | 27,13 | 16,82 | |||
Итого: | 362,62 | 112,32 | ||||||
ТП-2 | ||||||||
264,015 | 66,553 | --- | 264,015 | 66,553 | ||||
229,703 | 65,518 | 1,0 | 229,703 | 65,518 | ||||
62,5 | 46,875 | 0,6 | 37,5 | 28,125 | ||||
62,5 | 46,875 | 0,6 | 37,5 | 28,125 | ||||
62,5 | 46,875 | 0,6 | 37,5 | 28,125 | ||||
Освещение | 14,75 | 9,145 | 1,0 | 14,75 | 9,145 | |||
Итого: | 545,968 | 169,341 | ||||||
ТП-3 | ||||||||
219,690 | 67,029 | --- | 219,690 | 67,029 | ||||
215,647 | 65,718 | 1,0 | 215,647 | 65,718 | ||||
52,3 | 10,4 | 0,7 | 36,4 | 7,28 | ||||
73,6 | 18,4 | 0,4 | 29,44 | 7,36 | ||||
25,6 | 12,288 | 0,6 | 15,36 | 7,373 | ||||
Освещение | 18,5 | 11,47 | 1,0 | 18,5 | 11,47 | |||
Итого | 535,037 | 166,23 | ||||||
Таблица 8
Значения коэффициентов загрузки трансформаторных подстанций в нормальном и послеаварийном режимах.
Номер ТП | Коэффициент загрузки в нормальном режиме работы: | Коэффициент загрузки в послеаварийном режиме работы: | Условие проверки по послеаварийному режиму работы: Kдоп.пер.≥ |
0,648 | 1,395 | выполняется | |
0,715 | 1,429 | выполняется | |
0,7 | 1,4 | выполняется |
2. Принимаем мощность двухтрансформаторной подстанции 2*400 кВА:
В результате расчета необходимо принять 2 трансформаторных подстанций, т.е. количество ТП nтп=2.
Объекты микрорайона распределяются между ТП с учетом их загрузки и месторасположения в микрорайоне.
Результаты распределения представлены в таблице 9.
Таблица 9
Распределение объектов электроснабжения микрорайона между ТП
№ ТП | Число и мощность трансформаторов, Nтр.*Sном.тр., кВА | Позиции объектов | |
ТП-1 | 2*400 | 1,2,5а,5,6,12 | |
ТП-2 | 2*400 | 7,8,9,10,11,13,14 |
При расчете электрических нагрузок ТП с мощностью трансформаторов 400 кВА, проводим аналогичные вычисления, что и для ТП с мощностью трансформаторов 250 кВА. Расчет покажем на примере расчета нагрузочной мощности для ТП-1.
Наибольшую электрическую нагрузку трансформаторной подстанции ТП1 имеет образовательная школа. По табл.2.3.1 /1/ находим коэффициенты участия Ку остальных групп потребителей в максимуме нагрузки.
Нагрузку освещения микрорайона распределим между двумя трансформаторными подстанциями следующим образом:
ТП-1: территория охватываемая ТП-1 равна 12,5 га, следовательно Рр.вк.тп1=15 кВт; Рр.ул..тп1=25,91 кВт –активная нагрузка освещения магистральной улицы;
ТП-2: территория охватываемая ТП-2 равна 14,6 га, следовательно Рр.вк.тп2=17,5 кВт; Рр.ул..тп1=28 кВт –сумма активных нагрузок оставшейся части нагрузки освещения магистральных улиц и нагрузки освещения улиц местного значения.
Расчетная нагрузка ТП-1 с учетом коэффициента максимума равна:
Рр.тп1.= Рр.ж.д.(1)*Ку.ж.д.(1)+ Рр.ж.д.(2)*Ку.ж.д.(2)+ Рр.ж.д.(5а)*Ку.ж.д.(5а)+ Рр.ж.д.(5)*Ку.ж.д.(5)+ Рр.ж.д.(6)*Ку.ж.д.(6)+Рр.дет.сад*Ку.дет.сад+ Рр.ул.тп1+ Рр.вк.тп1 (26)
Qр.тп1= (Рр.кв*tg кв+0,9*Рр.л*tg л)(р.ж.д.1)* Ку.р.ж.д.1
+(Рр.кв*tg кв+0,9*Рр.л*tg л)(р.ж.д.2)*Ку.р.ж.д.2+(Рр.кв*tg кв+0,9*Рр.л*tg л)(р.ж.д.5а)* *Ку.р.ж.д.+(Рр.кв*tg кв+0,9*Рр.л*tg л)(р.ж.д.5)*Ку.р.ж.д.+(Рр.кв*tg кв+0,9*Рр.л*tg л)(р.ж.д.6)*
*Ку.р.ж.д.6+Рр.дет.сад.*tg дет.сад*Ку.дет.сад+ Рр.ул.тп1* tg кв + Рр.вк.тп1* tg кв (27)
где Рр.ул..тп1, Рр.вк.тп1- расчетные активные нагрузки освещения улиц (улиц магистрального и местного значения) и внутриквартальных территорий соответственно, запитываемых от ТП-1, кВт.
На основании формул получим:
Рр.тп1=235,9(кВт)
Qр.тп1=66,62(кВАр)
Полная мощность ТП-1 равна:
Загруженность каждой ТП в нормальном рабочем режиме определяется коэффициентом загрузки по формуле (23):
Полученный коэффициент должен быть в пределах: 0,6-0,9 (60-90%), что не выполняется, следовательно, мощность трансформаторов ТП необходимо уменьшить с 400 кВА до 250 кВА.
Применение двух ТП, одна из которых мощностью 2*400 кВА, а другая 2*250 кВА, экономически и технически не выгодно в связи с большими затратами на прокладку кабелей.
Окончательно принимаем к установке на территории микрорайона три двухтрансформаторные ТП мощностью 2*250 кВА.