Целью выбора трансформаторов ЗУР является определение их количества, вида (типа, габаритного размера) и единичной номинальной мощности каждого, места размещения способа присоединения со стороны высокого напряжения и выхода на щит (шкаф, магистраль) низкого напряжения, выбор вида переключения ответвлений, схем и групп соединения обмоток. К моменту выбора и размещения полного списка электроприемников 1УР не требуется, и он обычно еще отсутствует, как и количество шкафов 2УР.
Выбор трансформаторов осуществляется в зависимости от требований окружающей среды. Для наружной установки применяют масляные трансформаторы. Для внутренней установки также преимущественно рекомендуется применение масляных трансформаторов, но с ограничениями по количеству и мощности, этажности. Для внутрицеховых подстанций с трансформаторами сухими или с негорючим жидким (твердым) диэлектриком мощность трансформаторов, их количество, расстояние между ними, этаж, на котором они могут быть установлены, не ограничиваются.
Трансформаторы с охлаждением негорючей жидкостью или литой изоляцией целесообразно применять в тех производственных помещениях, где по условиям среды, по количеству, значению, мощности и этажности нельзя применять масляные трансформаторы. Сухие трансформаторы мощностью от 160, но не более 630—1000 кВА, применяют главным образом в административных и общественных зданиях, где возможно большое скопление людей (универмага, спортивные и культурные сооружения, аэровокзалы), а также на испытательных станциях, в лабораториях и других установках с ограничениями по условиям обеспечения пожарной безопасности. Оба типа применяют в электроустановках промышленных предприятий (здесь ТСЗ до 1600 кВ • А), в частности, в нефтехимической, металлургической, машиностроительной, целлюлознобумажной отраслях.
Преимущество этих трансформаторов заключается в отсутствии горючего масла, поэтому их можно устанавливать непосредственно в производственных и других помещениях без ограничения суммарной мощности, а также в необычных местах (например, в подвале). С учетом токсичности и экологической опасности хлордифениловых и большинства других негорючих жидкостей (такие трансформаторы все еще эксплуатируются) рекомендуется замена трансформаторов во всех случаях. Сухие трансформаторы небольшой мощности легко разместить в помещениях, на колоннах, антресолях, так как они не содержат охлаждающей жидкости и, следовательно, не требуют устройства маслосборников. Их применение целесообразно, например, для питания освещения при системе раздельного питания силовых и осветительных нагрузок. Сухие трансформаторы обладают повышенным раздражающим шумом, что следует учитывать при установке трансформаторов в местах с возможным присутствием людей.
Практика проектирования и эксплуатации показывает, что число типов и исполнений трансформаторов, применяемых на одном предприятии, необходимо ограничивать, так как разнообразие их создает неудобства в эксплуатации и вызывает дополнительные затраты на электроремонт, осложняет резервирование и взаимозаменяемость. Разнообразие отражает ценологические свойства электрического хозяйства и не может быть уничтожено. Оно может быть сокращено или увеличено в пределах, разрешенных законом информационного отбора.
Выбор числа и мощности трансформаторов для промышленных предприятий определяется применением одно и двухтрансформаторных цеховых подстанций. Это позволяет создавать и рассматривать различные варианты схемы электроснабжения. Число 7VL трансформаторов ЗУР определяется нагрузкой цеха, исключая высоковольтную нагрузку, и требованиями надежности электроснабжения:
Наиболее простым и дешевым решением является применение однотрансформаторных цеховых подстанций. На крупных предприятиях, имеющих складской резерв трансформаторов, их можно применять для питания электроприемников III и даже II категории. Однотрансформаторные подстанции могут применяться и для питания электроприемников I категории, если мощность последних не превышает 15…20 % мощности трансформатора и возможно резервирование подстанций на вторичном напряжении перемычками с АВР.
Правила проектирования и общая тенденция повышения надежности электроснабжения ведут к установке двухтрансформаторных подстанций и для рассматриваемых случаев, т.е. к обеспечению всех потребителей как потребителей I категории. При установке однотрансформаторных подстанций они могут быть закольцованы на стороне 0,4 кВ (соединены магистралями или кабельными перемычками). Это обеспечивает сохранение электроснабжения при отключении любого трансформатора и возможность загрузки каждого трансформатора до номинального значения, считая за расчетную нагрузку не максимум Рмакс > а среднюю нагрузку Рср.
Двухтрансформаторные цеховые подстанции применяются при преобладании электроприемников I и II категорий и в энергоемких цехах предприятий при большой удельной мощности нагрузки, достигающей 0,5 — 4 кВА/м2. В последних случаях технологически оформляются энергоемкие установки (агрегаты), питающиеся от своих трансформаторов (преобразователей), что снижает нагрузку на общецеховые трансформаторы до 0,2 кВ • А/м2.
Число и мощность трансформаторов цеховых подстанций являются взаимосвязанными величинами, поскольку при заданной расчетной нагрузке цеха Рр число трансформаторов будет меняться в зависимости от принятой единичной мощности КТП (формула (4.1)). При выборе цеховых трансформаторов обычно приходится сравнивать трансформаторы КТП единичной мощностью 630, 1 000, 1600 и
(реже) 2 500 кВ • А. Увеличение единичной мощности снижает общее количество устанавливаемых трансформаторов, но увеличивает протяженность сетей к 2У Р и 1УР, а также затраты на коммутационную аппаратуру и конструктивные затраты, связанные с ростом токов КЗ (по условиям установившегося отклонения напряжения и потерям электрической энергии не рекомендуется принимать длину кабельной линии 0,4 кВ более 200 м).
Практика проектирования и эксплуатации отдает предпочтение трансформаторам 1000 кВ А (и в меньшей степени 630 кВ • А), считая эту мощность оптимальной, а оптимальный коэффициент загрузки кхот = 0,75…0,80. Однако ряд специалистов считает необходимым обеспечить кл = 1 для цеховых трансформаторов.
Число и мощность трансформаторов зависят от распределения нагрузок по площади цеха, наличия места для расположения цеховых подстанций, характера и режима работы электроприемников. Выбор цеховых трансформаторов осуществляется одновременно с решением задачи компенсации реактивной мощности цеховых потребителей электроэнергии. Для крупных цехов и комплексов выбор единичной мощности трансформаторов ЗУР целесообразно осуществлять на основе техникоэкономического сравнения вариантов. Значительное влияние на результаты расчетов оказывают стоимость активных нагрузочных и холостого хода потерь в трансформаторах и разница в стоимости трансформаторов ЛА, которая для КТП значительна.
При каждой заданной суммарной нагрузке предприятия S существует значение номинальной мощности трансформаторов подстанций, которое определяется минимумом суммарных приведенных затрат на строительство сетевых узлов (подстанций и распределительных устройств). С ростом номинальной мощности в единице удельная стоимость трансформаторов на 1 кВ А уменьшается, поэтому при обычно используемых коэффициентах загрузки к3 (заданной сумме номинальных мощностей трансформаторов) с уменьшением их числа суммарные капитальные вложения в трансформаторы снижаются. Однако при этом увеличивается стоимость коммутационной аппаратуры низкого напряжения, которая начинает составлять все большую часть капиталовложений в сеть низкого напряжения (и подстанций).
После некоторого значения номинальной мощности трансформатора аппаратура низшего напряжения должна быть устойчива к действию значительных токов короткого замыкания, что делает ее стоимость соизмеримой со стоимостью трансформаторов. Это приводит к увеличению удельной (на 1 кВА) стоимости подстанций с учетом аппаратуры для подключения трансформаторов и обеспечивает существование минимума суммарных приведенных затрат на сетевые узлы. Этот минимум отвечает предельной (наибольшей) номинальной мощности трансформаторов, которая близка к оптимальной, так как для современных крупных промышленных предприятии значение предельной мощности трансформаторов отвечает
пологой неубывающей части зависимости
В проектной практике цеховые трансформаторы часто выбирают без техникоэкономических расчетов, пользуясь коэффициентами загрузки трансформаторов и расчетной нагрузки цеха. Для двухтрансформаторных цеховых подстанций при преобладании нагрузок I категории (до 80 %) коэффициент загрузки трансформаторов АГ3 принимается в диапазоне 0,6…0,7. Для однотрансформаторных подстанций при наличии взаимного резервирования по перемычкам с другими подстанциями на вторичном напряжении мощность трансформаторов выбирается с учетом степени резервирования. Коэффициент загрузки цеховых трансформаторов может быть принят: при преобладании нагрузок II категории — 0,7..,0,8, а при нагрузках III категории — 1.
Однако такой подход к выбору трансформаторов во многих случаях приводит к неэкономичным решениям, так как в условиях неполноты исходной информации имеют место ошибки в определении расчетных нагрузок цехов (завышение расчетных нагрузок). Кроме того, расчетная нагрузка цеха или предприятия достигается не сразу в первый год эксплуатации, а постепенно. Следует считаться и со стремлением эксплуатации не допускать по Ртах загрузку трансформаторов ответственных потребителей более 50%.
На ТП устанавливаются не менее двух трансформаторов для электроприемников (потребителей) любой категории надежности при следующих условиях: если суточный или годовой график нагрузок очень неравномерен (например, при односменной или сезонной работе цеха, предприятия, когда выгодно в ненагруженные часы (сезон) отключать один трансформатор, когда лимитируются габаритные размеры ТП и оборудования); если возможен дальнейший быстрый рост нагрузок, а заменить трансформатор на более мощный в будущем невыгодно или невозможно. Возможно сооружение цеховых ТП с числом трансформаторов три и более, но это исключение может быть, если, например, имеются мощные электроприемники, требующие блочного питания.
В последние годы ведется поиск наиболее эффективных методов выбора мощности цеховых трансформаторов. Один из подходов к решению этой задачи основывается на применении комплексного метода расчета электрических нагрузок, прогнозирующего увеличение нагрузки во времени и в зависимости от технологических показателей объекта. Тогда можно использовать удельную плотность нагрузки, которая для промышленных предприятий растет во времени.
При этом число трансформаторов Nтр связано с их номинальной
мощностью следующим соотношением
Если S уд > 0,4 кВ • А/м2, то независимо от требований надежности электроснабжения целесообразно применять двухтрансформаторные подстанции. Выражение (4.3) не означает, что если сначала целесообразна установка трансформаторов 1000 кВ • А, то через пять лет они заменятся на большие при росте нагрузок. Обычно осуществляют дополнительную установку трансформаторов, стараясь сохранить их тип и мощность. Трансформаторы мощностью 630 кВ А и менее рекомендуется применять для питания вспомогательных цехов и участков крупных предприятий.
Увеличение количества малых предприятий; дробление крупных и средних предприятий; диверсификация производства, включающая в себя вариофикационные находки; промышленное освоение пригородов и отдаленных территорий; строительство офисных и общественных зданий и коттеджных поселков меняют подход к выбору трансформаторов. Их выбирают в соответствии с интересами инвестора, т.е. исходя из индивидуальных требований. Возникают ТП от 25 кВ А. Чаще сооружаются отднотрансформаторные ТП (второй трансформатор не обеспечивает надежность, требуемую инвестором) и устанавливается независимый генерируемый источник электроэнергии, обеспечивающий заданный минимум электропотребления. Мощность Sном определяется с учетом перспективы на срок службы трансформатора для стационарных (долговременных) объектов и 100%й загрузкой для недолговечных (типа ларька).
