Выбор числа и мощности трансформаторов в системах электроснабжения

Основными требованиями при выборе числа трансформаторов ГПП и цеховых ТП являются:

- надежность электроснабжения потребителей (учет категории приемников электроэнергии в отношении требуемой надежности),

- минимум приведенных затрат на трансформаторы с учетом динамики роста электрических нагрузок.

В общем случае мощность трансформаторов выбирается так, чтобы при отключении любого из них оставшиеся в работе обеспечили с учетом допустимых перегрузок трансформаторов питание электроприемников, необходимых для продолжения работы производства.

При питании потребителей I категории от одной подстанции необходимо иметь минимум по одному трансформатору на каждой секции шин, при этом мощность трансформаторов выбирают так, чтобы при выходе из строя одного из них второй (с учетом допустимой перегрузки) обеспечивал питание всех потребителей I категории. Резервное питание потребителей I категории вводится автоматически. Потребителей II категории обеспечивают резервом, вводимым автоматически или действиями дежурного персонала. При питании этих потребителей от одной подстанции следует иметь два трансформатора или складской резервный трансформатор для нескольких подстанций, питающий потребителе II категории, при условии, что замена трансформатора может быть произведена в течении нескольких часов.

Двухтрансформаторные подстанции экономически более целесообразны, чем подстанции с одним или большим числом трансформаторов. На подстанции рекомендуется устанавливать трансформаторы одинаковой мощности. В этом случае упрощается возможность их подключения на параллельную работу.

Главные понизительные подстанции, подстанции глубоких вводов (ПГВ) и цеховые ТП промышленных предприятий выполняют с числом трансформаторов не более двух. Установка более двух трансформаторов может быть принята лишь при соответствующем обосновании в проекте [14]. В начальный период эксплуатации при постепенном росте нагрузки допускается установка одного трансформатора при условии обеспечения резервирования питания потребителей по сетям низшего напряжения.

На цеховых подстанциях с двумя трансформаторами рабочие секции шин низшего напряжения целесообразно держать в работе раздельно. При таком режиме ток КЗ уменьшается почти в 2 раза и облегчаются условия работы коммутационных аппаратов напряжением до 1кВ. При отключении одного работающего трансформатора второй принимает на себя нагрузку отключившегося в результате включения секционного автоматического выключателя. При этом должна контролироваться допустимая перегрузка трансформатора (рис.6.1). Расчетная суточная продолжительность аварийной перегрузки принимается при односменной работе предприятия 4 ч, при двухсменной - 8 ч, при трехсменной - 12÷24 ч. [14].

Рис. 6.2 - Кривая для определения допустимой аварийной перегрузки трансформаторов с системами охлаждения М, Д, ДЦ и Ц К_д,п в зависимости от длительности нагрузки.

Минимальное и максимальное число цеховых трансформаторов определяют по выражениям [5]

, – расчетная нагрузка цеха;

– номинальная мощность цехового трансформатора;

К_з.т = – коэффициент загрузки трансформаторов, зависящий от требований надежности питания потребителей. При преобладании нагрузок 1-й категории принимают К_з.т в пределах 0,65-0,7, если преобладают нагрузки II категории - К_з.т = 0,7÷0,8, если III категории - К_з.т = 0,9÷0,95.

S_р.т. – расчетная нагрузка трансформатора, может быть определена по (2.2).

При учете количества трансформаторов мощность трансформаторов может быть определена по формуле

S_н.т.= S_p / N·К_з.т. , (6.4)

Где N – количество трансформаторов, шт.

Более точно мощность трансформаторов определяется с учетом допустимых перегрузок и их продолжительности [3].

Допускаются «сезонные» перегрузки: за счет недогрузки трансформаторов с масляным охлаждением в летнее время допускается перегрузка трансформаторов в зимнее время на 1% на каждый процент недогрузки в летнее время, но не более, чем на 15%. Допускаются также систематические перегрузки трансформаторов за счет неравномерности суточного графика нагрузки.

Цеховые ТП рекомендуется выполнять в виде комплектных трансформаторных подстанций – КТП. Они поставляются комплектно с трансформаторами мощностью 25 – 2500 кВА и в полной сборке устройств напряжением ВН 6 или 10 кВ и напряжением НН 0,4 кВ. Предназначены для приема, преобразования и распределения электрической энергии трехфазного переменного тока частотой 50 Гц. КТП предназначены для электроснабжения промышленных объектов в районах с умеренным климатом (от -45°С до + 45°С). Правильное определение числа КТП и мощности трансформаторов на них возможно только на основе технико-экономических расчетов (ТЭР) с учетом компенсации реактивных нагрузок на напряжении до 1 кВ.

На рисунке 6.2 представлен вариант однолинейной электрической схемы двухтрансформаторной КТП 10/0,4 кВ, выпускаемых ООО «Валон-А» (г.Хмельницкий, Украина)[15]. КТП подключается к сети 10 кВ через выключатель нагрузки с кварценаполненными предохранителями ПКТ и заземлителем. При отключении от питающей сети ВН включается заземлитель,

ШВВ-2 ТР ШНВ ШНЛ ШНС

ШНЛ ШНВ ТР-Р ШВВ-2

ШВВ-2 – шкаф высоковольтного ввода; ШНВ – шкаф низковольтного ввода, ТР-трансформатор; ШНЛ – шкаф низковольтный линейный- шкаф отходящих линий 0,4 кВ; ШНС – шкаф низковольтный секционный   Рисунок 6.3 - Пример однолинейной электрической схемы двухтрансформаторной КТП 10/0,4 кВ

что исключает возможность подачи напряжения с высокой стороны. Такие КТП могут поставляться с вакуумными выключателями 10 кВ или с глухим вводом 10 кВ без коммутационных аппаратов. На стороне 0,4 кВ выключатели могут устанавливаться в выдвижных ячейках или в стационарных. Как правило, ячейки вводных и секционного выключателей в РУНН (распределительное устройство низкого напряжения) выполняются выдвижными, на отходящих линиях – исполнение определяется заказчиком.

КТП комплектуются также релейными шкафами и шкафами учета потребления активной и реактивной мощности. РУНН состоит из набора шкафов (рис.6.2): шкафов ввода ШНВ, шкафов отходящих линий ШНЛ, для двухтрансформаторных КТП – шкафа секционного выключателя ШНС, а также по заказу – шкафами учета и сигнализации. КТП двухрядного исполнения комплектуются шинопроводом.

В таблице 6.2 представлена классификация КТП по различным признакам, схемам соединения, исполнению и др. в таблице 6.3 - технические характеристики промышленных КТП. Технические данные трехфазных масляных трансформаторов напряжением 6-10-35-110(150) кВ представлены в приложении Б.

Таблица 6.2 – Классификация КТП

Признаки классификации КТП	Исполнение
По типу силового трансформатора	С масляным силовым трансформатором
С сухим силовым трансформатором
По способу выполнения нейтрали со стороны низкого напряжения	С глухозаземленной нейтралью
С изолированной нейтралью
По взаимному расположению изделия	Однорядные (правые или левые)
Двухрядные
По числу применяемых трансформаторов	Однотрансформаторные (КТП)
Двухтрансформаторные (2КТП)
По выполнению выводов отходящих линий низкого напряжения	Кабелем вниз или вверх
Шинами
По климатическому исполнению и категории размещения	У1
По степени защиты оболочки	IP 43 по ГОСТ 14254
По типу устанавливаемых автоматических выключателей в распределительном устройстве низкого напряжения (РУНН)	С выдвижным выключателем
Со стационарным выключателем
По типу исполнения устройства ввода высокого напряжения (УВН)	ВВ-1 (глухой ввод) – без коммутационных аппаратов
ШВВ-2 с выключателем нагрузки ВН-РА, предохранителями ПКТ и заземлителем
ШВВ-2В с вакуумным выключателем

Таблица 6.3 – технические характеристики промышленных КТП

Наименование параметра	КТП (2КТП)
Мощность силового трансформатора, кВа
Номинальное напряжение ВН, кВ	6 или 10
Номинальное напряжение НН, кВ	0,4
Номинальный ток сборных шин, кА: Устройство высокого напряжения (УВН) Распределительное устройство низкого напряжения(РУНН)	0,4
0,36	0,58	0,91	1,445	2,31	3,61
Ток термической стойкости в течении 1 с, кА УВН РУНН
					-
Ток электродинамической стойкости в течении 1 с, кА УВН РУНН
					-
Сопротивление изоляции цепей Ом, не менее УВН РУНН
1,0