Радкевич В.Н. Проектирование систем электроснабжения

Подождите немного. Документ загружается.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Трансформаторы мощностью до 630 кВА применяются при малой

плотности нагрузок, в частности на мелких и средних объектах, на

периферийных участках крупных предприятий, для административных

зданий, клубов и т.п.

В тех случаях, когда нагрузка носит сосредоточенный характер,

выбор единичной номинальной мощности по критерию s не следует

осуществлять. При значительном числе устанавливаемых цеховых

ТП на энергоемких производствах рекомендуется унифицировать еди-

ничные мощности трансформаторов. Количество типоразмеров цехо-

вых трансформаторов на предприятии должно быть минимальным (не

более 2—3), так как большое разнообразие создает неудобства в

эксплуатации и вызывает затруднения в обеспечении складского ре-

зерва и взаимозаменяемости трансформаторов [10].

При выборе трансформаторов необходимо учитывать их перегру-

зочную способность, которая зависит от графика нагрузки и от пред-

шествующей послеаварийному режиму загрузки трансформатора.

Электроснабжение промышленных потребителей напряжением до

1 кВ обычно осуществляется от одно-, двух- и трехтрансформатор-

ных подстанций.

Нагрузка трансформатора однотрансформаторной подстанции дол-

жна быть примерно равна номинальной мощности (но не превышать

ее).

Коэффициент загрузки трансформаторов двухтрансформаторных

подстанций, питающих преимущественно электроприемники второй

категории, в нормальном режиме должен быть равен 0,85 — 0,9. При

этом в послеаварийном режиме неответственные электроприемники

подлежат отключению.

Мощность трансформаторов двух- и трехтрансформаторных под-

станций, при необходимости резервирования электроснабжения, выби-

рается из условия питания всей нагрузки в послеаварийном режиме с

учетом перегрузочной способности трансформаторов. Этот фактор

вызывает недоиспользование трансформаторной мощности в нормаль-

ном режиме. В общем случае при необходимости полного питания

коэффициенты загрузки трансформаторов в нормальном режиме Р

послеаварийном режиме (3 связаны такими соотношениями [23]:

(З

= 0,5 (З

та

— для двухтрансформаторных подстанций;

146

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

[З

0,666

та

— для трехтрансформаторных подстанций.

Таким образом, мощность трансформаторов подстанции зависит от

коэффициента В

та

. Проведенные исследования показали [23], что для

масляных трансформаторов при длительности послеаварийного режима

не менее 6 ч (время, необходимое для замены отказавшего трансфор-

матора) значение В

та

<1,4. Для сухих трансформаторов предельная

величина

та

=1,2. При проектировании СЭС загрузка трансформаторов

может приниматься в зависимости от коэффициента р\

по табл. 6.1.

Таблица 6.1

Зависимость В от В

~т *т.а

.а.

1,1

1,2

1,3

1,4

Двухтрансформаторная

подстанция

0,5

0,55

0,6

0,65

0,7

Трехтрансформаторная

подстанция

0,666

0,735

0,8

0,86

0,93

По значению В осуществляется выбор автоматических выключа-

телей в цепи трансформаторов и сечения сборных шин РУ до 1 В.

При известном числе трансформаторов

7Y.

номинальная мощность

трансформатора определяется по выражению

(6.2)

5,,ом

лг,

Если величина S известна, то число трансформаторов вычисля-

ется по формуле

А-.

При проектировании СЭС промышленных объектов выбор числа и

мощности силовых трансформаторов, как правило, осуществляется в

процессе расчета компенсации реактивной мощности.

147

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Для питания электросварочных установок специальные трансфор-

маторы (с пониженным значением UJ выбираются с |З

= 0,7 — 0,8,

а обычные — с (З

= 0,25 — 0,5. Максимальные значения р

принима-

ются при использовании в цехе только стыковых или шовных машин,

а также при наличии большого числа (более 50) точечных машин

контактной сварки. При значительных сварочных нагрузках в некото-

рых случаях может оказаться целесообразной параллельная работа

питающих трансформаторов.

Пример 6.1. Для штамповочного цеха, имеющего расчетную на-

грузку S = 3800 кВА и производственную площадь F - 14 400 м

определите мощность и число трансформаторов цеховых подстанций,

устанавливаемых открыто, при условии полного резервирования элек-

троснабжения потребителей.

Решение. По выражению (6.1) находим плотность нагрузки:

3800

= 14 400

°'

26 кВ

А/м2

При s = 0,26 кВ-А/м

рекомендуется принимать

ilmi

= 1600 кВА.

С целью снижения пожароопасности цеха выбираем КТП с сухими

трансформаторами типа ТСЗЛ. Для сухих трансформаторов двухтранс-

форматорных подстанций наибольшее значение Р

та

= 1,2. По табл. 6.1

при р

та

= 1,2 принимаем р

= 0,6. Определяем по формуле (6.3) число

трансформаторов:

_3800_

0,61600

Имеем две двухтрансформаторные подстанции с трансформатора-

ми мощностью 1600 кВА.

6.5.

ВЫБОР И РАЗМЕЩЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИЙ

Экономичность, надежность и удобство эксплуатации СЭС напряже-

нием до 1 кВ в значительной степени зависят от правильного выбора

вида ТП и их размещения на территории промышленного объекта. Каж-

дый вид ТП имеет свою область рационального применения с учетом

обеспечения требований надежности электроснабжения потребителей.

Однотрансформаторные подстанции следует применять для

питания электроприемников преимущественно третьей и второй кате-

148

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

горий с учетом режима работы предприятия. В частности, такое

решение возможно при двухсменной работе, когда недовыработанная

за время внезапного перерыва электроснабжения продукция может

быть произведена за счет работы в третью смену или выходные дни.

При этом необходимо иметь складской резерв трансформаторов и пре-

дусмотреть резервирование питания по сети до 1 кВ наиболее ответ-

ственных электроприемников, в том числе первой категории. Наличие

резервных линий (РЛ) между ТП (рис. 6.6) позволяет эффективно осу-

ществлять электроснабжение потребителей при резких снижениях на-

грузок в нерабочее время путем отключения части подстанций.

от ИП1

от ИП2

ТП1

ТП2

0,4 кВ

РЛ

Рис. 6.6. Схема электроснабжения с применением

однотрансформаторных ТП

Двухтрансформаторные подстанции применяются при значи-

тельной мощности нагрузок электроприемников первой категории, трех-

сменной работе электроприемников второй категории, сосредоточенных

нагрузках цехов, неравномерном суточном или годовом графике нагру-

зок (наличие сезонных нагрузок или значительно различающихся нагру-

зок разных смен), ограничении мощности трансформаторов из-за высо-

ты помещения или других причин, требующих уменьшения габаритов

ТП. Питание обособленных объектов общезаводского назначения (на-

сосные и компрессорные станции, котельные и т.п.) также рекоменду-

ется осуществлять от двухтрансформаторных подстанций.

149

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Для электроснабжения промышленных предприятий в большинстве

случаев применяются двухтрансформаторные подстанции, принципи-

альная схема которых показана на рис. 6.7, а.

Цеховые трехтрансформаторные ТП, разработанные для про-

мышленных объектов, повышают надежность электроснабжения и

позволяют более полно использовать установленную мощность транс-

форматоров. Принципиальная схема трехтрансформаторной подстан-

ции показана на рис. 6.7, б.

а . 6

i^L *ll

c 3

^L bd? 5Й_ \ес

Рис. 6.7. Принципиальные схемы ТП

6—10/0,4

кВ:

а — двухтрансформаторной; б — трехтрансформаторной

При трехтрансформаторных подстанциях можно увеличить загрузку

трансформаторов в нормальном режиме, так как в случае аварийного

отключения одного из трансформаторов его нагрузка переводится на

два других оставшихся в работе трансформатора. В случае необходи-

мости полного резервирования питания потребителей трехтрансформа-

торные подстанции обеспечивают 25%-ю экономию трансформаторной

мощности по сравнению с двухтрансформаторными подстанциями.

Например, одна трехтрансформаторная подстанция мощностью

ЗхЮООкВА заменяет две двухтрансформаторные мощностью

2х1000кВ

•

А каждая. К преимуществам трехтрансформаторных под-

станций можно отнести также значительное снижение расчетных токов

вводных и секционных автоматических выключателей [23].

В то же время трехтрансформаторные подстанции имеют ряд недо-

статков. В частности, усложняется конструктивное исполнение РУ до

1 кВ из-за необходимости соединения между собой шести секций,

150

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

увеличиваются затраты на питающие внутрицеховые сети вследствие

большего числа присоединений к шинам ТП, требуется применение

более сложных схем АВР, увеличиваются потери электроэнергии в

трансформаторах из-за повышения их нагрузки в нормальном режиме.

Поэтому трехтрансформаторные подстанции следует применять

для питания электроприемников первой и второй категорий, требую-

щих высокой степени резервирования в тех случаях, когда имеется

возможность практически равномерно распределить подключаемую

нагрузку между шестью секциями РУ до 1 кВ ТП.

Цеховые ТП обычно не имеют РУ на стороне высшего напряже-

ния. Трансформаторы присоединяются к питающей линии 10 кВ не-

посредственно (через ремонтные перемычки), через выключатель

нагрузки или разъединитель.

Коммутационные аппараты в цепи трансформаторов на высшем

напряжении необходимо применять при питании нескольких трансфор-

маторов по одной магистральной линии, а также при наличии газового

реле у трансформатора открытого исполнения и значительном удале-

нии ТП (200 м и более) от места установки выключателя на ИП. В

последнем случае более целесообразно отключать трансформатор с

помощью газовой защиты выключателем нагрузки ТП, чем осуще-

ствлять передачу отключающего импульса к выключателю ИП по

специально проложенному контрольному кабелю.

В зависимости от размещения различают отдельно стоящие, при-

строенные, встроенные и внутрицеховые ТП (рис. 6.8). При этом

внутрицеховые ТП располагаются внутри производственного здания

открыто или в отдельном закрытом помещении.

Отдельно стоящие ТП на промышленных предприятиях применя-

ются достаточно редко. Они могут оказаться целесообразными для

электроснабжения нескольких вспомогательных объектов на террито-

рии предприятия при невозможности размещения ТП внутри цехов или

у наружных стен по соображениям производственного или архитек-

турного характера, а также при наличии в цехах неблагоприятных

сред. В некоторых случаях отдельно стоящие ТП блокируются с

одним из производственных объектов. Могут также применяться КТП

наружной установки.

151

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Л-

Цех № 1

Цех № 2

ОС

га

Рис.

6.8. План размещения подстанций на предприятии:

1—5 — соответственно отдельно стоящая, внутрицеховая

закрытая, открытая, пристроенная и встроенная подстанция

Пристроенная ТП непосредственно примыкает к основному зда-

нию и имеет с ним общую стену. Подстанция считается встроенной,

если ее помещение вписано в контур основного здания и имеет с ним

совместную стену (или несколько стен). На этих ТП выкатка основ-

ного оборудования может осуществляться наружу (что является бо-

лее предпочтительным) или внутрь здания.

Внутрицеховой называют подстанцию, расположенную открыто

или в отдельном помещении внутри производственного здания.

Вопросы выбора мест размещения отдельно стоящих, пристроен-

ных и встроенных ТП решаются достаточно однозначно при разра-

ботке строительной части проекта. При использовании на предприя-

тии внутрицеховых ТП возможно несколько вариантов их размещения.

Для уменьшения затрат на питающие сети до 1 кВ и потерь электро-

энергии в них подстанции должны располагаться как можно ближе к

центрам питаемых ими нагрузок. В то же время ТП, как правило,

размещаются на тех производственных площадях, на которых не

устанавливается технологическое оборудование (между колоннами, в

мертвой зоне кранов и т.п.). Компромиссное разрешение указанного

152

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

противоречия основывается на технико-экономическом сравнении ва-

риантов размещения подстанции.

Внутрицеховые ТП устанавливаются открыто в цехе или в отдель-

ных помещениях, которые относятся к категории Г или Д первой или

второй степени огнестойкости.

На открыто установленной внутрицеховой ТП могут применяться

масляные трансформаторы с суммарной мощностью до 3,2 MB

■

А. В

одном помещении внутрицеховой подстанции рекомендуется устанавли-

вать одну КТП (допускается не более трех КТП) с масляными транс-

форматорами суммарной мощностью не более 6,5 MB -A [4]. Приве-

денные данные относятся к ТП, располагаемым на первом этаже

здания. Суммарная мощность масляных трансформаторов, установлен-

ных на втором этаже, должна быть не более 1 MB

•

А. Установка КТП

с масляными трансформаторами выше второго этажа не допускается.

Для внутрицеховых ТП с сухими трансформаторами или с негорючим

жидким (твердым) диэлектриком их мощность, количество, расстояние

между ними и этаж их установки не ограничиваются.

При значительном количестве внутрицеховых КТП, размещаемых в

цехе открыто, рекомендуется применять сухие трансформаторы, что

уменьшает пожарную опасность производственного помещения [23].

6.6. ВЫБОР ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ВНУТРИЦЕХОВЫХ СЕТЕЙ

При проектировании электроснабжения цеха промышленного пред-

приятия выбираются разнообразные виды электротехнического обо-

рудования до 1 кВ: аппараты управления и защиты, распределитель-

ные панели, пункты, шкафы, осветительные щитки, магистральные,

распределительные, троллейные и осветительные шинопроводы и т.п.

К аппаратам управления и защиты относятся рубильники, разъедини-

тели, пакетные выключатели и переключатели, автоматические вык-

лючатели, контакторы, магнитные пускатели и т.п.

Выбор аппаратов управления осуществляется с учетом режима

работы и вида электроприемников, для которых они предназначе-

ны.

В зависимости от этого установлены категории применения

аппаратов управления [14]. Некоторые из этих категорий приведе-

ны в табл. 6.2.

153

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Таблица 6.2

Категории применения аппаратов в зависимости от рода

тока и режима работы (области применения)

Категория применения

при токе

переменном

АС1

АС2

АСЗ

АС4

АС11

АС20

АС21

АС22

АС23

постоянном

ДС1

ДСП

ДС20

ДС21

ДС22

ДС23

Области применения

Электрические печи сопротивления,

неиндуктивная и мало индуктивная

нагрузка

Пуск и торможение

противовключением двигателей с

фазным ротором

Пуск и отключение вращающихся

двигателей с короткозамкнутым

ротором

Пуск и торможение

противовключением двигателей с

короткозамкнутым ротором

Управление электромагнитами

Коммутация электрических цепей

без тока или с незначительным

током

Коммутация активных нагрузок,

включая умеренные перегрузки

То же, но смешанных нагрузок

Коммутация двигателей или других

высоко индуктивных нагрузок

154

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

При выборе электрических аппаратов необходимо учитывать на-

пряжение и частоту ИП, ток электроприемника, электродинамичес-

кую и термическую стойкость к токам КЗ, требуемую коммутацион-

ную износостойкость и способность, климатические условия и место

размещения, а также допустимую степень защиты оболочки. Техни-

ческие характеристики электрических аппаратов даются в справоч-

ной литературе [14]. В табл. 6.3 приведены категории по размещению

и рекомендуемые степени защиты оболочек электрооборудования,

применяемого в наружных установках, а также в административно-

бытовых и производственных помещениях с разными условиями ок-

ружающей среды.

Таблица 6.3

Рекомендуемые степени защиты электрооборудования

Помещение или установка

Наружные

Административные

Электротехнические

Производственные с нормальной

средой

Влажные

Сырые

Особо сырые

С химически активной средой

Пыльные

Категория по

размещению

3;5

3;4

Степень

защиты

IP54

IP20

IP 30

IP 00

IP 20

IP44

IP54

IP 40

155