Мережі та підстанції підприємства, НУХТ

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

електропостачання  ПРОМИСЛОВИХ  ПІДПРИЄМСТВ 

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ДИПЛОМНОГО ТА КУРСОВОГО ПРОЕКТУВАННЯ

для студентів спеціальності

7.05070103 „Електротехнічні системи електроспоживання”

денної та заочної форм навчання  

Київ НУХТ 2011

4. МЕРЕЖІ ТА ПІДСТАНЦІЇ ПІДПРИЄМСТВА

4.1. Основні вимоги до мереж підприємства

Розподіл електричної енергії на промислових підприємствах здійснюється електричними мережами, що являють собою сукупність провідників, розподільчих пристроїв, захисних і пускових апаратів.

Електричні мережі промислових підприємств можуть бути внутрішніми та зовнішніми. Внутрішні електричні мережі мають велике розповсюдження і називаються цеховими мережами. Зовнішні мережі застосовуються рідко, оскільки на сучасних промислових підприємствах живлення цехових навантажень здійснюється від трансформаторних підстанцій, які вбудовані або прибудовані до цеху.

Схеми електропостачання сучасних промислових підприємств повинні

задовольняти наступним вимогам:

- економічності та надійності;

- безпеці та зручності експлуатації;

- забезпеченню належної якості електроенергії у електроприймачів, що відповідає ГОСТ 13109 - 97;

- економії кольорових металів і електроенергії;

- гнучкості системи;

 - індустріальності виконання монтажу.

Надійність характеризується здатністю системи електропостачання та окремих її елементів забезпечувати виконання задач, пов'язаних з безперервним живленням електроенергією даного виробництва та окремих його агрегатів. Надійність системи електропостачання повинна бути вища за надійність технологічного обладнання.

Найважливішою умовою безпеки мереж і зручності їх обслуговування є вірний їх вибір, який залежить від технологічного призначення приміщень, в яких вони повинні працювати. Багаточисельні та різноманітні місцеві фактори визначають вибір для цехової мережі  системи проводки, а також істотно впливають на її конфігурацію та схему, що дуже важливо при виборі мереж і електричного обладнання для пожежо- та вибухонебезпечних приміщень.

Несприятливі умови (пил, вологість, хімічно активне середовище, висока температура та ін.) можуть пошкодити ізоляцію мережі та електрообладнання і привести до пробою, а це - короткі замикання та вихід з ладу електричної мережі та електрообладнання, а також ураження обслуговуючого персоналу електричним струмом. Для того, щоб вірно вибрати для кожного приміщення відповідну мережу та електрообладнання, необхідно визначити, до якої категорії належить те чи інше приміщення. Потім, згідно з вимогами ПУЕ, вибрати для кожного приміщення відповідну марку проводів і кабелів, спосіб прокладки мереж, а також апаратуру та електрообладнання. 

4.2. Вимоги до зовнішнього електропостачання

У процесі проектування електропостачання передбачати регулювання електричного навантаження вимиканням або частковим розвантаженням крупних електроприймачів, що допускають без значних втрат  обмеження в подачі електроенергії.

Система електропостачання має забезпечувати можливість зростання споживання електроенергії без корінної  реконструкції.

Системи електропостачання повинні забезпечувати в умовах післяаварійного режиму живлення електроенергією тих електроприймачів, робота яких необхідна для продовження виробництва.

Підприємства умовно поділяють на великі з установленою потужністю електроприймачів 75…100 МВт  і більше;  середні  –  від 5 до 75 МВт  та малі  – до 5 МВт.

В усіх випадках, де це можливо, слід передбачати відкриту установку електрообладнання.

Визначати категорії електроприймачів I та II категорій, питання забезпечення їх надійного живлення слід розглядати окремо.

Вибір комутаційної апаратури повинен проводитися так, щоб не лімітувати повне використання перевантажної здатності електрообладнання. При виході із ладу однієї з живлячих ліній решта повинна забезпечити живлення усіх електроприймачів I категорії, а також тих електроприймачів II категорії, безперебійна робота яких необхідна для функціонування основних виробництв.

Для електропостачання підприємств повинні, як правило, застосовуватися підстанції з простішими схемами і переважно відкритою установкою трансформаторів.

Власне джерело живлення підприємства передбачається:

• при споруджуванні підприємств у районах, які не мають зв’язку з енергосистемою;

• коли власне джерело необхідне для резервування;

• при значній потребі в парі та гарячій воді для виробничих цілей і теплофікації або при наявності на об’єкті “покидного” палива (газ і т. ін.).

Власні електростанції, за виключенням розташованих у віддалених районах, мають бути електрично зв’язані з найближчими електричними мережами енергосистеми.

Якщо все навантаження об’єкта покривається власною електростанцією, пропускна здатність ліній і трансформаторів зв’язку з енергосистемою повинна забезпечувати:

1) потужність, якої бракує, на електростанції при виході з ладу найпотужнішого генератора;

2) передачу надлишкової потужності електростанції в енергосистему за всіх можливих режимів.

Якщо потужність власної електростанції недостатня для покриття всього навантаження підприємства, необхідно, щоб при виході з ладу одного трансформатора зв’язку решта потужності трансформаторів і генераторів забезпечувала живлення електроприймачів I та II категорій.

Для визначення напруги лінії електропередачі використовують формулу Стилла, кВ, де L – довжина лінії, км; Р – потужність одного кола передачі.

Після орієнтовного вибору напруги необхідно розглянути можливі варіанти і прийняти рішення на основі техніко-економічного розрахунку.

4.3. Вибір кабелів для мережі

Для напруг 6 ... 35 кВ доцільно використовувати кабель з паперовою ізоляцією і алюмінієвими жилами в свинцевій (С) або в алюмінієвій (А) оболонці.

Для прокладки в землі використовують кабель, броньований двома сталевими стрічками (Б) із захисним зовнішнім покривом з поясною ізоляцією марок АСБ, ААБ. Для прокладання в каналах, тунелях і всередині приміщень застосовується такий же кабель, але без зовнішнього покриву (Г) марок АСБГ, ААВГ.

Застосування кабелів з алюмінієвими жилами знижує питомі витрати на передачу потужності в порівнянні з кабелями з мідними жилами. Перевагу слід віддавати кабелю типу ААШв.

Переріз кабелів вибирають за умовами економічності. Вибраний перетин кабелю перевіряють за умовами нагрівання при його нормальній роботі, виходячи з нормованої температури жили для кабелів 6 кВ (+65°С) і 10 кВ (+60°С).

Допустиме  електричне навантаження на кабель визначають за формулою:

I_д = K_п I_н.д.

де K_п – прокладочний коефіцієнт, що враховує відхилення умов прокладки від нормального;

I_н.д. – допустиме тривале струмове навантаження на кабель при нормальних умовах прокладання,  А.

Значення коефіцієнта K_п при прокладці в траншеї і тривалому режимі навантаження визначають з виразу:

K_п = K₁ K₂

де K₁ – поправочний коефіцієнт на фактичну температуру навколишнього середовища; K₂ – поправочний коефіцієнт на число прокладених у траншеї кабелів.

Таблица 4.1.

Допустимі струми, А, для трижильних кабелів, що прокладаються в землі з алюмінієвими жилами з паперовою ізоляцією, просоченою маслоканіфольною і нестікаючою масою, у свинцевій або алюмінієвій оболонці

Вибраний перетин кабелю перевіряють за умовами нагрівання післяаварійного режиму мережі з урахуванням допустимого короткочасного перевантаження кабелю. Згідно ПУЕ на час ліквідації аварійного режиму допускається перевантаження кабелю до 130% на час максимумів тривалістю не більше 6 год. на добу протягом 5 діб.

Максимальну температуру провідників встановлюють виходячи з надійності електропостачання та запобігання пожежі (для голих провідників) і оптимального терміну служби ізоляції (для проводів та кабелів).

При нагріванні неізольованих провідників спостерігається окислення контактних поверхонь у місцях з'єднання проводів, яке веде до підвищення опору контактного  переходу і до ще більшого нагрівання і більш інтенсивного окислення. В результаті може статися обрив лінії при наявності механічного навантаження. Для запобігання цьому температура провідника не повинна перевищувати +70°С.

Таблица 4.2.

Поправочні коефіцієнти K_п на температуру землі і повітря

^х У разі прокладання в землі. ^хх При прокладанні на повітрі

Таблица 4.3.

Поправочні коефіцієнти K_п на число працюючих кабелів, що лежать поруч в землі, в трубах і без труб 

Крім того, якщо голий провідник прокладений усередині приміщення, можлива суха перегонка частинок пилу, що потрапляють на дріт, а також виникнення пожежі при температурі проводів вище +70° С.

Таблиця 4.4.

Для ізольованих проводів і жил кабелів тривало допустимі температури наступні, °С:

Зазначені температури оптимальні з точки зору старіння ізоляції та запобігання газових включень всередині кабелю.

 Таблиця 4.5.

Максимально допустимі температури провідників, °С:                      

Конструкції і площа перетину кабелів для ліній, що прокладаються по трасах, що проходять у різних грунтах, різних умовах навколишнього середовища і при різних способах прокладки, слід вибирати по ділянці з найбільш важкими умовами, якщо довжина його не перевищує 10 м і якщо довжина ділянок з більш легкими умовами не перевищує будівельної довжини кабелю.

При значній довжині ділянок траси з різними умовами прокладки слід вибирати різні конструкції і перетин кабелю. Після розрахунку струмів короткого замикання (КЗ) необхідно перевірити вибраний перетин по термічній стійкості при короткому замиканні. Площа перетину, що забезпечує термічну стійкість, де t_∞ – фіктивний час.

де I_∞ – діюче значення періодичної складової струму КЗ в початковий момент і сталий струм  КЗ відповідно;  С - стала, що залежить від допустимої температури нагрівання жил і номінальної напруги; для кабелів з паперовою просоченою ізоляцією напругою до 10 кВ С = 95. 

Приклад

Вибрати площу перерізу кабелю 6 кВ з паперовою ізоляцією і алюмінієвими жилами для живлення цеху верстатобудівного заводу з максимальним струмовим навантаженням 50 А при прокладці в землі, яка має найвищу середньомісячну температуру +23°С на глибині 0,8 м. Всього в загальній траншеї буде прокладено шість кабелів з відстанню   між  кабелями 200 мм. Діюче значення періодичної складової струму КЗ в початковий момент I" = 10 кА і усталеного струму КЗ        I_∞ =  5 кА. Витримка часу максимального захисту з боку пункту постачання 0,5 с; власний час вимикача і релейного захисту в сумі становить 0,25 с.

Рис. 4.1.  Криві фіктивного часу для періодичної складової  КЗ

Таблиця 4.6.

Допустимі струми короткого замикання кабелів з паперовою ізоляцією і алюмінієвими жилами на напругу 6...10 кВ

1. Вибір економічної площі перерізу:

а) знаходимо число годин використання максимуму навантаження для заводів верстатобудування Т = 4545 - 4750 год.;

б) визначаємо, що при зазначеному числі годин використання максимуму економічна щільність  буде забезпечена у кабеля площею перерізу 3×35 мм².

2. Перевірка вибраної площі перерізу по умовам нагрівання при нормальному режимі роботи:

а)  I_н.д = 125 А;

б)  K₁ = 0,91;

в)  K₂ = 0,81;

г) допустиме  струмове  навантаження на кабель I_д = 0,91×0,81×125 = 92 А,  кабель 3×35 мм²  із запасом задовольняє умовам нагріву в нормальному режимі. 

Таблиця 4.7.

Економічні струми для трижильних кабелів з паперовою ізоляцією і алюмінієвими жилами

Таблиця 4.8.

Значення питомих опорів проводів і кабелів

Таблиця 4.9.

Тривало допустимі струмові навантаження трижильних кабелів

Таблиця 4.10.

Значення коефіцієнта С для кабелів напругою 6 та 10 кВ

Таблиця 4.11.

Тривало допустимі струмові навантаження трижильних кабелів

Таблиця 4.12.

Розрахункові параметри повітряних ліній з проводами АС

* Для орієнтовних розрахунків

Таблиця 4.13.

Мінімально припустимі перерізи проводів за умовами механічної міцності згідно ПУЕ-2006

Таблиця 4.14.

Розрахункові параметри кабелів з алюмінієвими жилами і паперовою ізоляцією напругою 10 кВ, які прокладені в землі 

Перевірка вибраної площі перерізу по умовам термічної стійкості при КЗ:

а) дійсний час дії струму КЗ t = 0,5+0,25=0,75 с;

б) ;

в) визначаємо t_ф = 1,22 с;

г) знаходимо при F = 70 мм², t_ф = 1,22 с и I_∞ = 5 кА.

Таким чином, остаточно вибираємо кабель площею перерізу 3×70 мм².

У мережах промислових підприємств напругою 6 ... 35 кВ для передачі в одному напрямку потужності більше 15...20 МВ·А при U_Н = 6 кВ, більше 25...35МB·A при U_H = 10 кВ и более 35 МВ·А при U_H = 35 кВ застосовують струмопроводи з симетричним розташуванням фаз наступних конструкцій:

гнучкі з проводів; з алюмінієвих труб у вигляді гнучкої нитки; з алюмінієвих труб у вигляді жорсткої балки; з алюмінієвих шин, закріплених на підвісних ізоляторах.

По стінах будинків допускається прокладка кабелів за умови, що стіни виконані з негорючих матеріалів і в будівлях не розміщені вибухо- і пожежонебезпечні виробництва.

По  стінах  заборонено  прокладати  кабелі,  що    живлять  електроприймачі I категорії.

В траншеї на території підприємства прокладають не більше шести силових кабелів з U_НОМ = 6…10 кВ або двох з U_НОМ = 35...110 кВ.

Взаєморезервуючі кабелі, що живлять споживачів I категорії, необхідно прокладати в різних траншеях на відстані не менше 1 м.

В залежності від переданої потужності до кожної магістралі може бути підключено від двох до чотирьох РП.

4.4. Вимоги до схем ГПП

Схеми електричних з’єднань підстанцій і розподільних пристроїв мають задовольняти такі вимоги:

• забезпечувати надійність електропостачання споживачів і перетік потужності по магістральних зв’язках у нормальному та післяаварійному режимах;

• враховувати перспективу розвитку;

• припускати можливість поетапного розширення;

• враховувати широке застосування елементів автоматизації та вимоги протиаварійної автоматики;

• забезпечувати можливість здійснення ремонтних та експлуатаційних робіт на окремих елементах схеми без вмикання сусідніх приєднань.

На всіх ступенях системи електропостачання слід застосовувати блочні схеми підстанцій без збірних шин.

Кількість трансформаторів для живлення споживачів I та II категорій слід приймати, як правило, не більше двох.

Передачу вимикаючого імпульсу треба передбачувати за такими каналами:

проводах лінії електропередачі з допомогою ВЧ апаратури: кабелях зв’язку; повітряних лініях зв’язку; радіоканалу.

Підстанції, як правило, повинні проектуватися з урахуванням їх експлуатації без постійного чергового персоналу із застосуванням найпростіших пристроїв автоматики, сигналізації тощо.

Комплектні КРУ з висувними елементами краще застосовувати:

у найскладніших і найвідповідальніших установках для споживачів I категорії, де необхідно мати швидку взаємозамінність вимикача чи автомата;

в електромашинних залах металургійних і хімічних підприємств, крупних компресорних, насосних, кисневих станціях та інших об’єктах загальнопромислового призначення.

Основні міркування при виборі трансформаторів ГПП такі:

забезпечення надійності електропостачання відповідної категорії споживача у нормальних, аварійних і ремонтних умовах так, щоб трансформатор, що залишився у роботі, забезпечував роботу підприємства на час заміни вибулого трансформатора з урахуванням можливого обмеження навантаження без збитку для діяльності підприємства і з використанням допустимого перевантаження;

забезпечення мінімуму зведених затрат на трансформатори з урахуванням динаміки росту електричних навантажень.

Розглянемо викладене детальніше. Надійність ГПП забезпечується такими заходами. Число трансформаторів ГПП вибирається виходячи з категорії споживача: I категорія – обов’язково два трансформатори; II категорія – два трансформатори, грунтується на техніко-економічному розрахунку з урахуванням збитків; III категорія – один трансформатор.

Навантажувальна здатність трансформатора перевіряється при вимкненні одного трансформатора. При цьому враховується можливість тривалого перевантаження трансформатора за рахунок:

а) добового недовантаження;

б) сезонного недовантаження.

Для цього за добовим графіком підприємства визначається тривалість максимуму навантаження і коефіцієнт добового перевантаження.

Після виявлення всіх перерахованих варіантів, що порівнюються, розглядають питання забезпечення необхідної надійності та резервування електропостачання при аварійному виході з ладу одного із трансформаторів.

Схема ГПП будується так, щоб усі її елементи постійно знаходилися під навантаженням і споживачі I та II категорій мали два джерела живлення, тобто обидва трансформатори незалежно від навантаження мають бути постійно ввімкнені.

4.5. Вибір оптимального типу трансформатора

На ТП можна встановити такі типи трансформаторів: ТС3, ТН3, ТМ3.

ТС3 – трансформатор сухий, закритий, ізоляція обмотки, як правило, скловолокно, обмотка і магнітопровід можуть засипатися кварцевим піском. 

Переваги трансформатора – трансформатор не може бути причиною пожежі або вибуху. В зв’язку з чим його можна монтувати на будь-якому поверсі будівлі, в підвалах, на шахтах, на суднах і підводних човнах. ПУЕ рекомендує встановлювати такий трансформатор в приміщеннях із значним скупченням людей – клуби, кінотеатри, їдальні, урядові установи тощо.

Недоліки трансформатора:

• Найдорожчий тип трансформатора.

• Ізоляція погано витримує імпульсні та грозові перенапруги.

• Трансформатор при роботі створює підвищений рівень шуму.

ТН3  –  трансформатор  герметичний,  заповнений  синтетичною рідиною совтол, який дуже отруйний, тому на підприємствах харчової промисловості трансформатори типу ТН3 ремонтувати заборонено.

Переваги – трансформатор безпечний відносно пожежі, тому його рекомендують ставити на промислових об’єктах з дорогим технологічним обладнанням – машинний зал тощо.

ТМ3 (ТМВМ3) – трансформатор з масляним охолодженням, герметичний.

Переваги – дешевший, ніж інші типи трансформаторів, рівень ізоляції вищий.

Недоліки – при пошкодженні корпуса може виникнути пожежа.

Як правило, трансформатори типу ТМ3, ТМВМ3 входять до складу КТП.

На ГПП встановлюють тільки масляні трансформатори типу ТМН і ТДН (трансформатори обов’язково мають РПН).

4.6. Вибір оптимальної кількості трансформаторів підстанції

Число й потужність цехових трансформаторів вибирають виходячи з одержаних даних про повну розрахункову потужність цеха та категорії споживачів.

На ТП можуть встановлювати 1 або 2 трансформатори. Якщо в цеху передбачено декілька підстанцій і електроприймачі мають I і II категорію, встановлюють, як правило, двотрансформаторні підстанції чи однотрансформаторні з обов’язковим з’єднанням по нижчій напрузі.

В цехах з електроприймачами III категорії можна встановлювати тільки однотрансформаторні підстанції. Встановлювати на одній ТП 3 трансформатори економічно недоцільно.

На ГПП рекомендується встановлювати 2 трансформатори.

Примітка. Три трансформатори і більше на одній підстанції можуть встановлюватись в таких випадках:

1). При розширенні підстанції, коли третій трансформатор встановлюється додатково.

2). Якщо треба виділити потужний споживач, що працює в повторно-короткочасному режимі. 

3). Якщо умови в цеху не дозволяють встановлювати трансформатори (пожежо- і вибухонебезпечне середовище, значна вібрація).

4). Якщо будівельні конструкції не дозволяють встановлювати крупні трансформатори.

5). За умовами транспорту.

При виборі одно- чи двотрансформаторних підстанцій треба виходити з наступних міркувань.

Однотрансформаторні цехові підстанції, як правило, повинні застосовуватися при навантаженнях, що допускають перерву живлення на час доставки “складського” резерву, або існує можливість необхідного резервування по перемичках на вторинній напрузі.

Двотрансформаторні цехові підстанції мають застосовуватися при перевазі електроприймачів I та II категорій, а також при нерівномірному добовому чи річному графіку навантаження.

Крім того, слід пам’ятати, що в будь-якому цеху із загальною споживаною потужністю 1000 кВ×А і більше доцільно мати не менш як два трансформатори.

Обрані підстанції мають бути перевірені на безперебійність електропостачання електроприймачів I та II категорій при вимкнені одного з трансформаторів. 

4.7. Вибір оптимальної потужності трансформатора підстанції

Потужність трансформатора вибирається на основі техніко-економічного розрахунку із врахуванням можливості його перевантаження в аварійному режимі.

Згідно з ПУЕ допускається післяаварійне перевантаження трансформаторів на 40 % на час максимуму загальною добовою тривалістю понад 6 годин протягом не більш як п’ять діб. При цьому коефіцієнт доповнення добового графіка в умовах перевантаження не повинен перевищувати 0,75, тобто.

Отже, за вказаних умов перевищення середньодобового навантаження трансформатора над його номінальною потужністю допускається  до 5 %.

Трансформатори перевантажувати по середній потужності не дозволяється. ПУЕ рекомендує перевантажувати трансформатори за рахунок нерівномірності добового графіка, графіка за місяць або за рік.

На ТП встановлюють трансформатори 10 або 6 кВ, потужність таких трансформаторів досягає 2500 кВ ∙А.

Потужність трансформатора вибирають по щільності навантаження  [кВ·А/м²].

Якщо  більше, ніж 0,2 [кВ×А/м²] рекомендується встановлювати трансфор-матори максимальної потужності 1000 кВ∙А. 

Приклад

Електричне навантаження цеху характеризується наступними даними 

Вибрати число і потужність трансформаторів для цехової підстанції.

1. Число і потужність трансформаторів 2×1000 кВ×А.

2. Перевірка режиму роботи при відключенні одного трансформатора. 

Перевірка завантаження трансформатора в післяаварійний період

Перевищення S_ср.доп и K_З.Г над допустимими значеннями настільки незначні, що ними можна знехтувати.

Висновок:  трансформатор вибрано правильно.

Приклад

Електричне навантаження цеху характеризується наступними даними.

Вибрати число і потужність трансформаторів на підстанціях  цеху № 1, 2.

1. Вибрано один трансформатор потужністю 630 кВ×А. Для забезпечення електропостачання навантажень II категорії при відключенні трансформатора ТП-1 передбачається перемичка на вторинній напрузі з ТП-2 пропускною спроможністю 170 кВ×А.

2. Перевіряють завантаження трансформатора на ТП-2 при відключенні трансформатора на ТП-1:

а) коефіцієнт заповнення графіка ;

б) перевантаження в період максимуму .

Висновок: трансформатор вибрано правильно.

Рис. 4.2. Залежність допустимого перевантаження трансформатора в період максимуму від тривалості t останнього і від коефіцієнта K_З.Г заповнення добового    графіка

Рис. 4.3. Криві залежності числа годин втрат τ від числа годин використання навантаження Т_М при різних значеннях коефіцієнта потужності 

4.8. Вибір трансформаторів ГПП і ПГВ

При виборі трансформаторів ГПП необхідно забезпечити:

надійність, електропостачання відповідно до категорії споживача в нормальних, аварійних і в ремонтних умовах таким чином, щоб залишений в роботі трансформатор гарантував роботу підприємства на час заміни вибулого трансформатора з урахуванням можливого обмеження навантаження без збитку для   діяльності  підприємства   і з використанням допустимого перевантаження;

мінімум приведених витрат на трансформатори з урахуванням динаміки зростання електричних навантажень.

Надійність ГПП забезпечується наступними заходами.

1. Число трансформаторів ГПП вибирають, виходячи з категорії споживача:

обов'язково 2 трансформатора - I категорія; 2 трансформатора (вибір обгрунтовується техніко-економічним розрахунком з урахуванням збитку) - II категорія, 1 трансформатор - III категорія.

2. Навантажувальну здатність трансформатора перевіряють при відключенні одного трансформатора. При цьому враховують можливість тривалого перевантаження трансформатора за рахунок добового недовантаження, сезонного недовантаження.

Для цього по добовому графіку підприємства визначають тривалість максимуму навантаження та коефіцієнт допустимого  добового перевантаження.

Після виявлення всіх перерахованих показників порівнюваних варіантів розглядають питання про забезпечення необхідної надійності та резервування електропостачання при аварійному виході з ладу одного з трансформаторів.

3. Схему ГПП будують так, щоб всі її елементи постійно перебували під навантаженням і споживачі I і II категорій мали два джерела живлення, тобто обидва трансформатора незалежно від навантаження повинні бути постійно включені.

Мінімум приведених витрат визначають при порівнянні наведених витрат З₁ и З₂ двох варіантів:

•  за варіантом I встановлюють два трансформатори загальною потужністю S_H1, які через Т років (у міру зростання навантаження) заміняють великими S_H2;

•  за варіантом II відразу встановлюють трансформатори S_H2.

Обидва варіанти рівноекономічні при З₁=З₂; при З₁<З₂ вигідніше варіант  I, при З₁>З₂ – варіант II.

Відповідно до прийнятої типової методики, якщо будівництво ведеться протягом декількох років, а щорічні витрати не змінюються по роках, витрати повинні бути приведені до одного року, зазвичай першого року розрахункового періоду.

Для ГПП використовуються трансформатори від 10 до 63 МВ∙А. Тому залежно від початкового навантаження S₁ можливі наступні варіанти:

Розрахунки показали, що при низьких значеннях початкового коефіцієнта завантаження трансформаторів більш вигідний варіант I, при високих - варіант ІІ. Є граничні значення , при яких варіанти рівноекономічні, тобто  З₁=З₂.

Значения K_З.Г

Якщо навантаження першого року експлуатації забезпечує β_Т < K_З.Г, приймається варіант I, якщо  β_Т > K_З.Г  –  варіант II.

Приклад

Вибрати число і потужність трансформаторів ГПП машинобудівного заводу, що працює у три зміни.  Максимальне навантаження  в перший рік  експлуатації 25 МВ·А (в тому числі 10 МB·A споживачів I категорії).

1. Число трансформаторів. Виходячи з наявності на заводі споживачів I категорії, вибираємо два трансформатори (з метою забезпечення надійності електропостачання).

2. Потужність трансформаторів вибирається по мінімуму приведених витрат.

Можливі два варіанти.

Варіант I. Встановити 2 трансформатори по 16 МВ·А, а через Т років експлуатації замінити на 2 × 25 MB·А.

Варіант II. Відразу встановити 2 трансформатори по  25 MB·А.

Враховуючи, що при установці трансформаторів 2 × 25 MB·А, β_Т = 0,5 більше K_З.Г = 0,46, вибираємо варіант II  -  2 × 25 MB·А.

4.9. Техніко-економічний розрахунок по  вибору потужності трансформаторів ТП

Вихідні дані:

Sр = 3114 кВ∙А;

Рр = 3020 кВт;

Рмін = 1812 кВт;

Ро.м. = 2386 кВт;

tgj = 0,226;

Uтр = 10/0,4.

Виходячи із забезпечення надійності живлення, обираємо два трансформатори. Коефіцієнт заповнення графіка навантаження.

Згідно з ПУЕ коефіцієнт аварійного перевантаження може бути прийнятий рівним 1,4 (з урахуванням сезонних графіків). Відокремимо два варіанти потужності трансформаторів: перший  –  два трансформатори потужністю 2500 кВ·А; другий  –  два трансформатори потужністю 1600 кВ·А.

У нормальному режимі роботи обидва варіанти прийнятні.

Аварійні режими.

Перший варіант. У разі вимкнення одного з трансформаторів потужністю 2500 кВ·А той, що залишився у роботі, забезпечуватиме потужність

1,4Sном = 1,4×2500 = 3500 кВ×А,

тобто робота підприємства не порушиться.

Другий варіант. У разі вимкнення одного з трансформаторів потужністю 1600 кВ×А той, що залишився у роботі забезпечуватиме тільки частину потужності

1,4×1600 = 2240 кВ×А.

Враховуючи, що частина електроприймачів II та III категорій може бути вимкнена на час аварії, другий варіант можна вважати прийнятним.

Обгрунтування економічно доцільного режиму роботи трансформаторів.

Для подальших розрахунків необхідно знати потужність, за якої доцільно все навантаження живити від одного трансформатора.

Перший варіант.

Sном = 2500 кВ×А;

DРx = 4,6 кВт;

DРк = 25,0 кВт;

Ix = 1,0 %;

Uк = 5,5 %;

Складемо вираз для певних втрат на потужності у трансформаторах. Економічний еквівалент реактивної потужності  0,05 кВт / квар.

Зведені втрати потужності в одному трансформаторі 

У двох трансформаторах 

де  b _0,5 - коефiцiєнт завантаження за рахунок подiлу навантаження мiж двома однаковими трансформаторами.

Другий варiант.

Sном = 1600 кВ×А;

DPx = 3,3 кВт;

DPk = 18 кВт;

Ix = 1,3 %;

Uk = 5,5 %;

Складемо вираз для визначення втрат потужностi у трансформаторах:

Визначаємо навантаження, при якому доцiльно вимикати один трансформатор.

Перший варiант 

Другий варiант 

Визначення втрат енергiї

Розрахунок зводимо у таблицю. 

Перший варiант

Другий варiант

Капiтальнi вкладення.

Перший варiант:

К1 = 2·9800 =19600 грн.

Другий варіант:

K2 = 2·7500 = 15000 грн.

Експлуатацiйнi витрати.

Перший варiант.

Амортизацiйнi витрати

Са (2500) = 0,063·19600 = 1235 грн.

Вартiсть втрат електроенергiї при Са = 0,8 грн/кВт×год

Св (2500) = 0,8·168609 = 134887 грн.

Сумарнi експлуатацiйнi витрати

Се₁ = 1235 + 134887 = 136122 грн.

Другий варiант:

Ca (1600)  = 0,063·15000= 945 грн.

Cв(1600) = 0,8· 209454 = 167563 грн.

CeII = 945 + 167563 = 168508 грн.

Термін окупності додаткових інвестицій

Т_ок  = 0,14 року

Отже, економічнішим є перший варіант.

З повагою ІЦ "KURSOVIKS"!