Выбор рациональных напряжений питающей и распределительной сетипредприятия

Выбор напряжения для системы внутреннего электроснабжения должен быть тесно увязан с выбором напряжения внешнего электроснабжения. Так при напряжениях питающих линий 6 – 20 кВ, такое же напряжение целесообразно применять и для распределительных сетей. С другой стороны наличие электроприемников высокого напряжения является основным фактором, обуславливающим выбор величины номинального напряжения распределительных сетей. При небольшом количестве электроприемников высокого напряжения (до 3 – 4) их питание может осуществляться от отдельных подстанций или по схеме «блок трансформатор-двигатель».

Выбор рационального напряжения распределительной сети предприятия чаще всего производится после технико-экономического расчета. При этом следует учитывать следующие рекомендации.

Напряжение 35 кВ, как правило, применяется для питания предприятий средней мощности, а также может применяться на крупных предприятиях для частичного распределения электроэнергии в следующих случаях:

- при наличии крупных электроприемников 35 кВ;

- при наличии удаленных электроприемников большой мощности;

- при напряжении питающих линей 35 кВ на предприятиях средней мощности, с применением трансформаторов 35/0,4…0,66 кВ, без применения промежуточных напряжений 6 или 10 кВ;

- при ряде других условий.

Напряжение 20 кВ в электрических сетях используется довольно редко. В настоящее время аппаратуры на напряжение 20 кВ выпускается мало, что вызывает ее дороговизну. Выбор напряжения 20 кВ для распределения электроэнергии всегда требует обоснования.

По изоляции и габаритам напряжение 20 кВ стоит в одном ряду с напряжением 10 кВ, поэтому это напряжение легче подать внутрь цеха, чем напряжение 35 кВ. Также при напряжении 20 кВ резко снижаются потери напряжения и энергии, по сравнению с напряжением 10 кВ. Реальность применения этого напряжения зависит от освоения выпуска соответствующего электрооборудования и его цены.

Напряжения 6 и 10 кВ наиболее широко используются для распределительных сетей. При их выборе следует учитывать следующее:

- если генераторное напряжение собственной ТЭЦ или напряжение существующей сети равно 6 или 10 кВ, то за рациональное принимается, как правило, это напряжение;

- если мощность электроприемников 6 кВ составляет более 40 – 50 % от суммарной расчетной мощности предприятия, то за рациональное принимается это напряжение;

- если мощность электроприемников 6 кВ составляет менее 10 – 15 % от мощности предприятия, то за рациональное принимается напряжение 10 кВ, а электроприемники 6 кВзапитываются от понижающих трансформаторов 10/6 кВ. Применение трансформаторов 10/6 кВ также позволяет уменьшить посадку напряжения при самозапуске двигателей;

- если на предприятии используется напряжение 660 В, то в таком случае более предпочтительно напряжение 10 кВ, т.к. электродвигатели средней мощности можно запитать напряжением 660 В.

Во всех остальных случаях необходимо произвести технико-экономический расчет и выбрать более дешевый вариант.

Во всех случаях, особенно при значительном возрастании нагрузок предприятия следует проверить целесообразность перевода распределительных сетей 6 кВ на напряжения 10 – 20 кВ, с сохранением высоковольтных электроприемников 6 кВ или одновременной заменой их на электроприемники с более высокими напряжением.

При переходе с 6 кВ на 10 кВ можно сохранить кабельные линии, оборудование распределительных устройств и коммутационную аппаратуру, после проведения соответствующих профилактических испытаний. Силовые трансформаторы, трансформаторы напряжения и тока, разрядники и предохранители меняются на новые с номинальным напряжением 10 кВ.

Напряжение 3 кВ на новых предприятиях не применяется. При реконструкции и расширении предприятий с сетями 3 кВ их следует переводить на более высокие напряжения.

Исходя из требований к удобству эксплуатации систем электроснабжений схемы следует выполнять с минимальным числом используемых на предприятии напряжений и ступеней трансформации. Поэтому при проектировании новых и реконструкции действующих промышленных предприятий следует стремиться к ликвидации напряжений 6 и 35 кВ путем перевода существующих сетей 6 кВ на напряжение 10 кВ и создания питающих сетей напряжением 110 – 220 кВ вместо сетей 35 кВ. Однако при наличии на предприятии крупных электроприемников на напряжение 35 кВ (таких как электрические печи и преобразователи на металлургических заводах и т.п.), исключить напряжение 35 кВ в схеме электроснабжения предприятия иногда невозможно.

Питание электроприемников напряжением до 1000 В в основном осуществляется стандартными напряжениями 220, 380 и 660 В. Выбор напряжения для питания силовых и осветительных электроприемников напряжением до 1 кВ обязательно должен решаться комплексно.

Напряжение 660 В используется для распределения мощностей на предприятиях с большой удельной плотностью электрических нагрузок, концентрацией мощностей с большим числом электродвигателей 200 – 600 кВт. Целесообразно сочетание 660 кВ с первичным номинальным напряжением 10 кВ.

Система 380/220 Вполучила широкое применение для совместного питания силовых и осветительных установок. Питание основной массы осветительных установок обеспечивается на напряжении 220 В, а силовая нагрузка на напряжении 380 В от одних и тех же трансформаторов цеховых КТП. Наибольшая единичная мощность трехфазных электроприемников, получающих питание от системы напряжений 380/220 В, как правило, не должна превышать 200 – 250 кВт.

Достоинства применения напряжения 660 В перед напряжением 380 В следующие:

- увеличение пропускной способности сети, а также уменьшение потерь напряжения и энергии в сетях;

- увеличение радиуса действия цеховых ТП (примерно в 2 раза), при этом появляется возможность повысить единичную мощность трансформаторов и тем самым сократить число цеховых ТП, линий и аппаратов напряжением выше 1 кВ;

- меньшая стоимость установки устройств компенсации реактивной мощности;

- лучшие условия отключения однофазных коротких замыканий в сетях с глухозаземленнойнейтралью;

- возможность применения напряжения 660 В вместо напряжения 6 кВ при использовании двигателей средней мощности.

Недостатки применения напряжения 660 В вместо напряжения 380 В следующие:

- необходимость использования специальных трансформаторов для питания осветительной сети 220 В;

- несколько увеличивается стоимость электродвигателей малой мощности 660 В, а также стоимость защитных и пускорегулирующих аппаратов;

- недостаточная номенклатура серийного оборудования напряжением 660 В, особенно специального;

- увеличивается опасность поражения электрическим током.

При выборе напряжения 660 В необходимо помнить, что оно не предназначено полностью для замены напряжения 380 В. Переход с напряжения 380 В на напряжение 660 В может быть рационален лишь для отдельных узлов и частей электрической сети. В подобных случаях возможно применение трехобмоточных трансформаторов 10/0,66/0,38 кВ.

Напряжение 660 В в первую очередь целесообразно на тех предприятиях, на которых по условиям планировки цехового оборудования, технологии и окружающей среды нельзя или трудно приблизить цеховые ТП к электроприемникам. Это имеет место в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, химической, металлургической промышленности, на цементных заводах, в угольных шахтах, в карьерах, и т.п. Расстояния от источников до электроприемников при этом увеличиваются и становится необходимым для снижения потерь принять повышенное напряжение распределительной сети – 660 В. Напряжение 660 В также целесообразно на предприятиях с высокой удельной плотностью электрических нагрузок.

Напряжение 660 В нецелесообразно в машиностроительной, деревообрабатывающей, легкой промышленности и в других отраслях, где имеется много мелких рассредоточенных на небольшой территории электроприемников.

В помещениях с повышенной опасностью и особо опасных переносные электрические светильники должны иметь напряжение питания не выше36 В. При наличии особо неблагоприятных условий, когда опасность поражения электрическим током усугубляется теснотой, неудобным положением работающего, соприкосновением с большими металлическими хорошо заземленными поверхностями (например, работа в колодцах, котлах и других металлических резервуарах и т.п.), для питания ручных переносных ламп применяется напряжение не выше 12 В.

Выбор рационального напряжения производится наряду с выбором рациональной схемы электроснабжения и является одним из главных вопросов, решаемых при разработке проекта строительства или реконструкции системы электроснабжения. Оба данных вопроса рассматриваются в неразрывной связи друг с другом.

16.Рациональный выбор силовых трансформаторов. Экономичный режим работы силовых и преобразовательных трансформаторов.

Число и мощность трансформаторов выбирается исходя из категории ЭП, средней и максимальной мощности потребителей, технико-экономического сравнения вариантов числа и мощности трансформаторов с учетом приведенных затрат, экономически целесообразного режима работы трансформатора (минимальные потери мощности и электроэнергии в трансформаторе при работе по заданному графику нагрузок).

Для электроприемников II категории необходимым условием является бесперебойное электроснабжение и наличие резервного источника питания, поэтому число трансформаторов должно быть не менее двух.

Мощность трансформаторов выбирается так, чтобы в нормальном режиме коэффициент загрузки каждого из них был 0,6 – 0,9, а в аварийных режимах работы обеспечивать питание первой и основных нагрузок второй категории.

По расчетной мощности с учетом компенсации реактивной энергии предварительно принимаются два варианта числа и мощности силовых трансформаторов:

1) 1 вариант: 2 × ТМЗ 1600/10 – с неявным резервированием;

2) 2 вариант: 2 × ТМЗ 2500/10 – с явным резервированием.

Неявное резервирование – это когда оба трансформатора находятся в работе и загружены не более чем на 70 %.

Явное резервирование – это когда один трансформатор находится в работе, а второй отключен.

Определяю коэффициенты загрузки трансформаторов, с явным и неявным резервированием по формуле 15:

, (15)

где S_нт – номинальная мощность одного трансформатора, кВА;

n – число трансформаторов;

S – мощность на шинах подстанции с учетом компенсации реактивной мощности.

Технические характеристики выбранных силовых трансформаторов представлены в таблице 5.

Тип Тр-ра	Ном. Мощность, кВА	Номинальное напряжение, кВ	Потери, кВт	Uкз, %	Iхх, %	K, тыс. руб.
ВН	НН	∆Pхх	∆Pкз
ТМЗ-1600/10			0.4	3,3		5,5	1,3
ТМЗ-2500/10			0.4	4,6		5,5

Таблица 5 – Технические характеристики выбранных силовых трансформаторов.

Определяю время наибольших потерь по формуле 16:

Т_п = (0,124 + T_max/10000) ² * T, ч/год; (16)

где T_max– время использования максимума нагрузки, T_max= 7000 ч/год;

Т – число часов работы трансформатора в год, Т = 8760 ч.

Т_п = (0,124 + 7000/10000) ² * 8760=5948, ч/год

Определяю стоимость трансформаторов по формуле 17:

К = n * K_{0 ,} (17)

где n – количество трансформаторов;

K₀ – стоимость одного трансформатора.

К₁ = 2 * 3 200 000 = 6400 000руб

К₂ = 2 * 4 600 000 = 9 200 000руб

Определяю годовые потери электроэнергии в трансформаторах по формуле 18:

,кВт*ч/год; (18)

где ;

;

Т – время работы трансформатора в год, Т=8760 ч/год;

K_з – коэффициент загрузки трансформатора в нормальном режиме;

T_п – время наибольших потерь.

Определяю издержки на амортизационные затраты по формуле 19:

, руб.; (19)

где норма отчислений на амортизацию трансформаторов, .

Определяю стоимость годовых потерь электроэнергии по формуле 20:

, руб.; (20)

где .

Определяю ежегодные эксплуатационные издержки, по формуле 21:

, руб.; (21)

Определяю минимум годовых приведенных затрат, по формуле 22:

, руб.; (22)

где – нормативный коэффициент экономической эффективности, ;

K – капитальные затраты;

И – ежегодные эксплуатационные издержки.

Технико-экономические характеристики силовых трансформаторов представлены в таблице 3.