Компенсации реактивной мощности
Выбор числа трансформаторов цеховой трансформаторной подстанции зависит от требований к надежности питания электроприемников цеха, а также минимума приведенных затрат на трансформаторы с учетом динамики роста электрических нагрузок.
Однотрансформаторные подстанции рекомендуется применять при наличии в цехе (корпусе) приемников электроэнергии, допускающих перерыв электроснабжения на время доставки «складского» резерва, или при резервировании, осуществляемом по линиям низшего напряжения от соседних ТП, т.е. они допустимы для потребителей III и II категорий, а также при наличии в сети 380 - 660 В небольшого количества (до 20%) потребителей I категории.
Двухтрансформаторные подстанции рекомендуется применять в следующих случаях:
- при преобладании потребителей I категории и наличии потребителей особой группы;
- для сосредоточенной цеховой нагрузки и отдельно стоящих объектов общезаводского назначения (компрессорные и насосные станции);
- для цехов с удельной плотностью нагрузок (выше 0,5 – 0,7 кВА/м²).
Иногда целесообразно применение двухтрансформаторных подстанций при неравномерном суточном или годовом графике нагрузок.
Цеховые ТП с количеством трансформаторов более двух используются только при надлежащем обосновании.
Ориентировочный выбор числа и мощности цеховых трансформаторов производится по удельной плотности σн нагрузки:
, (2.55)
где Sp – расчетная нагрузка цеха (корпуса, отделения), кВА; F – площадь цеха (корпуса, отделения), м².
При плотности нагрузки напряжением 380 В до 0,2 кВА/м² целесообразно применять трансформаторы мощностью до 1000 кВА включительно, при плотности 0,2 – 0,3 кВА/м² - мощностью 1600 кВА. При плотности более 0,3 кВА/м² целесообразность применения трансформаторов мощностью 1600 или 2500 кВА должна определяться технико-экономическим расчетом.
Выбор мощности трансформаторов производится исходя из рациональной их загрузки в нормальном режиме и с учетом минимально необходимого резервирования в послеаварийном режиме. При этом номинальная мощность трансформаторов Sном,т определяется по средней нагрузке Sср,м за максимально загруженную смену
(2.56)
где N – число трансформаторов; Кз – коэффициент загрузки трансформатора.
При выборе числа и мощности цеховых трансформаторов одновременно должен решаться вопрос об экономически целесообразной величине реактивной мощности, передаваемой через трансформаторы в сеть напряжением до 1 кВ.
Суммарную мощность конденсаторных батарей низшего напряжения (НБК), устанавливаемых в цеховой сети, определяют расчетами по минимуму приведенных затрат в два этапа:
1) выбирают экономически оптимальное число цеховых трансформаторов;
2) определяют дополнительную мощность НБК в целях оптимального снижения потерь в трансформаторах и в сети напряжением 6-10 кВ предприятия.
Суммарная расчетная мощность Qнк НБК составит
QНК = QНК1 + QНК2, (2.57)
где QНК1 и QНК2 – суммарные мощности НБК, определенные на двух этапах расчета.
Реактивная мощность Qнк, найденная по (3),распределяется между трансформаторами цеха пропорционально их реактивным нагрузкам.
Минимальное число цеховых трансформаторов Nmin одинаковой мощности Sном.,т, предназначенных для питания технологически связанных нагрузок, определяется по формуле
Nmin = Pср.м/(Кз·Sном,т) + ΔN, (2.58)
где Pср.м. – средняя активная мощность технологически связанных нагрузок за наиболее загруженную смену; Кз – рекомендуемый коэффициент загрузки трансформатора; ΔN – добавка до ближайшего целого числа.
Экономически оптимальное число трансформаторов Nопт определяется удельными затратами З* на передачу реактивной мощности и отличается от Nmin на величину m:
Nопт = Nmin + m, (2.59)
где m – дополнительно установленные трансформаторы.
Р и с. 2.5. Кривые определения дополнительного числа
трансформаторов по фактическим 3* при Кз = 0,7 – 0,8
(значения Nmin в скобках для Кз = 0,9-1)
При трех трансформаторах и менее их мощность выбирают по средней активной мощности за наиболее загруженную смену – Рср.м.:
Sном.т ≥ Рср.м/(Кз·Nопт.). (2.60)
Наибольшую реактивную мощность, которую целесообразно передать через трансформаторы в сеть напряжением до 1 кВ, определяют по формуле:
(2.61)
Суммарная мощность конденсаторных батарей на напряжение до 1 кВ составит:
QНК1 = Qср.м. - Qmax,т, (2.62)
где Qср.м. – суммарная средняя реактивная мощность за наиболее загруженную смену при напряжении до 1 кВ.
Если в расчетах окажется, что QНК1 < 0, то установка батарей конденсаторов при выборе оптимального числа трансформаторов не требуется (составляющая QНК1 будет равна нулю).
Дополнительная мощность QНК2 НБК для данной группы трансформаторов определяется по формуле:
Qнк2 = Qср.м - Qнк1 – γ·Nопт·Sном.т., (2.63)
где γ – расчетный коэффициент, зависящий от расчетных параметров КР1 и КР2 и схемы питания цеховой ТП.
Если в расчетах окажется Qнк2<0, то для данной группы трансформаторов реактивная мощность Qнк2 принимается равной нулю.
Расчетную мощность НБК округляют до ближайшей стандартной мощности конденсаторных установок (ККУ). Основные технические характеристики нерегулируемых НБК приведены в табл. П2 , а регулируемых по току (Т) и напряжению (Н) – в табл.П3.
Трансформаторную подстанцию следует приблизить к центру питаемых групп потребителей, так как это приводит к значительной экономии цветных металлов и снижению потерь электроэнергии.
Для определения центра нагрузок строится картограмма электрических нагрузок, представляющая собой план цеха, на котором показаны силовые нагрузки в виде кругов и осветительные в виде секторов. Методом построения равнодействующей нагрузки можно найти центр электрических нагрузок.
Координаты центра электрических нагрузок можно определить по формулам
(2.64)
(2.65)
где Pi – номинальная активная мощность i-того электроприемника; xi, yi – координаты i-того электроприемника.
Однако расположить трансформаторную подстанцию в расчетном центре электрических нагрузок не всегда удается из-за архитектурно-планировочных решений, транспортных особенностей, а также расположения технологического оборудования.
Во избежание обратного потока электроэнергии смещение относительного центра нагрузок предпочтительно производить в сторону источника питания. КТП должны занимать минимум полезной площади цеха и не мешать производственному процессу. Подстанции располагают преимущественно у колонн или возле постоянных внутрицеховых помещений в мертвой зоне кранов. При расстоянии между колоннами, недостаточном для размещения подстанции между ними, допускается, чтобы одна из колонн находилась в пределах периметра территории подстанции. Если размещение подстанции внутри цеха недопустимо или затруднительно (агрессивная или пыльная среда), то ее выполняют встроенной или пристроенной.