МИНИСТЕРСТВО
МОНТАЖНЫХ И СПЕЦИАЛЬНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ РАБОТ СССР

ГЛАВЭЛЕКТРОМОНТАЖ

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ
ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ПРОЕКТНЫЙ И ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ ИНСТИТУТ
ПО КОМПЛЕКСНОЙ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ СИСТЕМ ВНУТРИЦЕХОВОГО
ЭЛЕКТРОСНАБЖНЕНИЯ С ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТОЙ
ТРАНСФОРМАТОРОВ КТП.

Главный инженер

ВНИПИ "Тяжпромэлектропроект"

М.Г. Зименков

Зам. директора

по научной работе

А.П. Цаллагов

Начальник технического отдела

Л.Б. Годгельф

Зав. научно-исследовательской

лаборатории № 1, к.т.н.

В.С. Иванов

Руководил темы,

ответственный исполнитель

с.н.с. ВНИПИ "Тяжпромэлектропроект"

В.В. Мейчик

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Настоящие "Рекомендации по проектированию систем внутри цехового электроснабжения с параллельной работой трансформаторов КТП" разработаны на основании результатов следующих выполненных ВНИПИ Тяжпромэлектропроект научно-исследовательских работ: "Исследование и разработка принципов и технических решений, обеспечивающих использование трансформаторов в системе электроснабжения с целью повышения надежности электроснабжения, уменьшения потерь и улучшения качества электроэнергии" (Тема № 02.111.0.85.1); "Исследование и разработка рекомендаций по выбору числа и мощности трансформаторных подстанций электрических сетей до 1000 В" (Тема № 02.113.0.85.2) и совместно выполненной, по договору № 203504 с Ленинградским политехническим институтом, научно-исследовательской работы: "Анализ технико-экономических показателей замкнутых систем электроснабжения с параллельной работой трансформаторов на напряжении 0,4 кВ", а также решений Научно-технического Совета ВНИПИ "Тяжпромэлектропроект" от 16 января 1986 г., 5 июня 1986 г., 4 декабря 1987 г. и решений бюро секции "Промышленная электротехника" Московского правления НТО Э и ЭП от 18 декабря 1986 г. и 1 декабря 1987 г.

Целью настоящих "Рекомендаций" является повышение эффективности использования трансформаторов, шинопроводов и другого электрооборудования в системах внутрицехового электроснабжения промпредприятий, снижение объемов строительно-монтажных работ и сокращение сроков ввода в эксплуатацию электроустановок, повышение надежности электроснабжения, снижение потерь электроэнергии и повышение ее качества за счет использования в системах внутрицехового электроснабжения параллельной работы трансформаторов на общую нагрузку.

Применение параллельной работы цеховых трансформаторов позволяет достичь [1, 2, 3]:

- уменьшение на 25 - 30 % суммарной установленной мощности трансформаторов (по сравнению с раздельной их работой) за чет снижения обшей суммарной нагрузки из-за несовпадения максимумов нагрузок, получающих питание от отдельных трансформаторов, использованием более высокого коэффициента загрузки параллельно работающих трансформаторов и меньшей требуемой резервной мощности на случай выхода трансформаторов из строя;

- повышение качества электроэнергии из-за стабильного уровня токов КЗ во всей сети, что дает возможность подключения электроприемников с нелинейными нагрузками большей мощности (электросварка, вентильная нагрузка), а в ряде случаев, позволяет осуществлять совместное питание нелинейных нагрузок с электроприемниками, требующими повышенные параметры качества электроэнергии (электроосвещение, ЭВМ, станки с ЧПУ и др.);

- повышение надежности срабатывания защитных аппаратов при однофазных КЗ в сети;

- возможность поэтапного ввода трансформаторных мощностей по мере роста фактических нагрузок предприятия (цеха);

- снижения потерь электроэнергии трансформаторах за чет возможного отключения части ненагруженных трансформаторов при одно и двухсменных режимах работы предприятия и др.

Рекомендации по проектированию систем внутрицехового электроснабжения с параллельной работой трансформаторов КТП, выполнены коллективами авторов ВНИПИ "Тяжпромэлектропроект" и Ленинградского политехнического института имени М.И. Калинина.

В настоящей работе даются общие рекомендации по проектированию систем внутрицехового электроснабжения с параллельной работой трансформаторов КТП. Решения, принятые при конкретном проектировании, например, реконструкции или расширении действующих предприятий, могут отличаться от рекомендуемых здесь в зависимости от конкретных особенностей проектируемого объекта.

Изложенные в настоящей работе требования и рекомендации по проектированию систем внутрицехового электроснабжения не противоречат требованиям Правил устройства электроустановок и другим нормативно-техническим документам, а носят только уточняющий характер и ужесточают некоторые требования упомянутых документов [4, 5, 6].

При использовании справочных материалов для конкретного проектирования приведенные в приложении к настоящей работе технические данные и характеристики электрооборудования должны быть дополнительно уточнены по действующей информации заводов-изготовителей.

Значительный вклад в разработку настоящих "Рекомендаций" внесли:

от ВНИПИ "Тяжпромэлектропроект"

с.н.с. научно-исследовательской

лаборатории № 1                                                                                       Менчик В.В.

н.с. научно-исследовательской

лаборатории № 1                                                                                       Марченко Т.П.

инженеры научно-исследовательской

лаборатории № 1                                                                                       Мусина Е.Б.

Островская О.В.

Илюшина О.В.

от ЛПИ имени М.И. Калинина:

от кафедры электрических сетей и

систем

доц., к.т.н.                                                                                                   Кучумов Л.А.

доц., к.т.н.                                                                                                   Веселов А.Е.

от кафедры экономики энергетики

доц., к.т.н.                                                                                                   Воронкин А.Ф.

инженер                                                                                                      Ерыгин Б.В.

1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1.1. Настоящие "Рекомендации" могут быть применены при проектировании систем внутрицехового электроснабжения новых или реконструкции действующих предприятий большинства отраслей народного хозяйства страны. Наиболее высокие технико-экономические показатели применения параллельной работы трансформаторов КТП могут быть достигнуты при проектировании крупных цехов и производств металлообрабатывающей и машиностроительной промышленности [2, 3, 7, 8].

1.2. В отношении обеспечения надежности электроснабжения, системы внутрицехового электроснабжения с параллельной работой трансформаторов рекомендуется применять, в основном, для электроснабжения цехов и производств, имеющих в своем составе электроприемники II и III категорий. Системы с параллельной работой трансформаторов могут быть применены и для электроснабжения электроприемников I категории при питании их от распределительных пунктов 0,38 - 0,68 кВ, снабженных устройствами АВР и получающих питание по двум вводам от разных групп параллельно работающих трансформаторов, которые на стороне 10 (6) кВ подключены к независимым источникам питания.

1.3. "Рекомендации" содержат основное указания и требования по выбору числа и мощности трансформаторных подстанций, магистральных шинопроводов, конденсаторных установок и принципиальные решения по построению схем внутрицехового электроснабжения.

1.4. Исходными данными для проектирования систем внутрицехового электроснабжения являются:

1.4.1. Данные по источникам питания цеха на напряжении 10 (6) кВ и их технические характеристики:

- сборные шины РП-10 (6) кВ; РУ-10 (6) кВ ГИП; ГРУ-ТЭС и т.п.;

- мощности короткого замыкания на сборных шинах источников питания в максимальном и минимальном режимах;

- расстояния трасс питающей сети 10 (6) кВ от источников питания до цеховых КТП.

1.4.2. Планировки проектируемых цехов с показанными на них технологическими участками, производствами, строительными осями зданий, колоннами, стенами и т.д.

1.4.3. Данные по электроприемникам, требующих повышенную надежность электроснабжения (электроприемники, относящиеся по степени надежности электроснабжения к I категории, их месторасположение, мощность, количество, напряжение и т.д.)

1.4.4. Режимы работы цеха, число рабочих смен, поэтапность ввода мощностей и развития цеха, пусковые комплексы и т.п.

1.4.5. Данные по электроприемникам, отрицательно влияющим на качество электроэнергии (электросварка, тиристорно-преобразовательная нагрузка, их типы мощности, количество), сведения о специальных электроприемниках, требующих строгого обеспечения нормируемых параметров качества электроэнергии (ЭВМ, станки с ЧПУ, электроосвещение и др.)

1.4.6. Расчетное значение суммарной электрической нагрузки цеха от электроприемников в сети 0,38 (0,66) кВ (среднее значение за более загруженную смену), учитывающее нагрузки как от основного технологического оборудования, так и от вспомогательного: электроосвещения, отопления, вентиляции, кондиционирования и т.д., а также потери в сетях 0,38 (0,66) кВ, с указанием естественного средневзвешенного расчетного значения коэффициента мощности электрической нагрузки цеха.

1.5. Расчет электрической нагрузки цеха от электроприемников все в сетях 0,38 (0,66) кВ, а также расчет и выбор мощности компенсирующих устройств для компенсации реактивной мощности производится согласно требованиям соответствующих действующих нормативных документов [20, 21]. При отсутствии данных по электрическим нагрузкам на момент проектирования системы внутрицехового электроснабжения, допускается определять электрические нагрузки цехов по удельным электрическим нагрузкам на единицу площади соответствующих цехов - аналогов, данные по которым, для предприятий Минавтопрома, приведены в приложении 1.

1.6. Системы внутрицехового электроснабжения с параллельной работой трансформаторов рекомендуется применять:

- при уровнях токов короткого замыкания в этих сетях допустимых для применяемого в них электрооборудования и когда эти токи КЗ достигаются за счет естественного токоограничения путем включения в межтрансформаторные связи шинопроводов или кабелей, например, в цехах с трансформаторами с единичной мощностью не более 1000 кВ·А;

- при возможности доведения уровней токов КЗ в этих сетях до допустимых путем применения мероприятий рекомендуемых настоящей работой;

- при освоении отечественной электропромышленностью серийного изготовления специальных токоограничителей (см. п. 6.11 настоящей работы).

2. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ ЧИСЛА, МОЩНОСТИ И ТИПА ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИЙ

2.1. В качестве внутрицеховых трансформаторных подстанций рекомендуется применять однотрансформаторные комплектные подстанции (КТП) с сухими или с литой изоляцией трансформаторами, обеспечивающими возможность их размещения в центрах электрических нагрузок и непосредственной установки в цеху (на полу, антресолях, перекрытиях и т.д.)

2.2. В зависимости от удельных электрических нагрузок на единицу площади цеха его габаритов и суммарной нагрузки цеха, рекомендуется применять [2, 3]:

при плотности удельных электрических нагрузок:

до 0,05 кВ·А/м²                                                                   - трансформатору мощностью

до 630 кВ·А включительно;

от 0,05 до 0,1 кВ·А/м²;                                                       - -"- 1000 кВ·А;

от 0,1 до 0,2 кВ·А/м²                                                          - -"- 1600 кВ·А;

от 0,2 кВ·А/м² и выше                                                        - -"- 2500 кВ·А

2.3. На стороне 10 (6) кВ КТП рекомендуется предусматривать:

2.3.1. Для КТП с трансформаторами 630 и 1000 кВ·А шкафы высоковольтного ввода с выключателем нагрузки и предохранителями 10 (6) кВ. При этом, для обеспечения селективной работы защитных аппаратов КТП, обеспечения требуемой безопасности обслуживания и сокращения потерь электроэнергии в трансформаторах рекомендуется осуществлять блокировку, отключающую вводной автомат от блокконтактов выключателя нагрузки при его аварийном и оперативном отключениях или применять реле обратной мощности, действующее на отключение вводного автомата (по аналогии городских сетей с параллельной работой трансформаторов на стороне 0,4 кВ) [9].

2.3.2. Для КП с трансформаторами 1600 - 2500 кВ·А шкафы высоковольтного ввода с выключателями нагрузки. При этом, максимально-токовые защиты на стороне 10 (6) кВ должны обеспечивать надежное отключение выключателя питающей линии 10 (6) кВ при коротком замыкании на выводах 0,4 (0,69) кВ параллельно работающих трансформаторов КТП, а вводные автоматы должны быть оборудованы реле обратной мощности.

2.4. РУНН однотрансформаторного КТП, как правило, рекомендуется предусматривать из шкафов, обеспечивающих возможность подключения к нему не менее двух магистральных шинопроводов путем глухого их присоединения к сборным шинам или через линейные автоматические выключатели, что решается в конкретном проекте при проектировании питающей сети 0,38 - 0,66 кВ (см. также требования раздела 4).

Необходимость дополнительных линейных автоматов  (шкафов) для питания крупных электроприемников, по радиальным линиям непосредственно от РУНН КТП (помимо магистральных шинопроводов) решается в конкретном проекте при соответствующем технико-экономическом обосновании [2, 5]

2.5. Общее количество однотрансформаторных КТП - N_т [шт] для цеха, с учетом требования 2.2, определяется [2, 3]

где: S_расч. и S_т - соответственно расчетное значение потребляемой полной мощности цеха (среднее значение за наиболее загруженную смену) и номинальная мощность трансформатора КТП, кВ·А;

К_З.ЭК. - экономический коэффициент загрузки трансформатора, который рекомендуется принимать близким к 1,0.

Коэффициент загрузки трансформаторов принимается < 1,0 при N_Т  3 и по техническим причинам - возможному неравномерному размещению нагрузок в цехе [10, 11].

При получении дробного числа N_Т, последнее, как правило, принимается равным большему целому числу или большему четному целому числу, что зависит от числа групп параллельно работающих КТП (см. п.п. 3.2 и 3.4).

2.6. Максимальное количество трансформаторов, работающих параллельно в одной группе*, как правило, не должно превышать [2, 3]

-при питающем напряжении 10 кВ:

6 - 7 трансформаторов мощностью по 2500 кВ·А;

10 - 11 трансформаторов мощностью по 1600 кВ·А;

16 - 17 трансформаторов мощностью по 1000 кВ·А;

-при питающем напряжении 6 кВ:

4-х трансформаторов мощностью по 2500 кВ·А;

6 - 7 трансформаторов мощностью по 1600 кВ·А;

10 трансформаторов мощностью по 1000 кВ·А

* Указанные количества параллельно работающих трансформаторов в одной группе приведены из условия, что номинальный ток, питающей линии 10 (6) кВ не превышает 1000 А и КТП оборудованы шкафами высоковольтного ввода с предохранителями 10 (6) кВ, при отсутствии последних, количество параллельно работающих трансформаторов в группе выбирается таким, чтобы была обеспечена надежная работа максимальных токовых защит на стороне 10 (6) кВ при коротком замыкании на вводе 0,4 (0,69) кВ одного из параллельно работающих в группе трансформаторов КП (см. также п.п. 2.3.2 и 3.4)

2.7. При поэтапном вводе мощностей цеха, с целью исключения работы трансформаторов КТП в недогруженных режимах, рекомендуется предусматривать поэтапный ввод параллельно работающих трансформаторов КТП - по мере роста фактических нагрузок.

2.8. Подключаемые на параллельную работу трансформаторы должны иметь одинаковые схемы соединения обмоток, коэффициенты трансформации, значения напряжений короткого замыкания и т.д. и, как правило, быть одинаковой мощности.

3. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ СХЕМЫ ПИТАЮЩЕЙ ЦЕПИ 10 (6) кВ

3.1. Питающую сеть 10 (6) кВ для группы параллельно работающих однотрансформаторных КТП, рекомендуется выполоть по магистральной схеме из одножильных многоамперных кабелей с пластмассовой изоляцией* или применять трехфазные кабели 10 (6) кВ.

* В настоящее время отечественной электропромышленностью осваивается выпуск одножильных кабелей 10 (6) кВ с пластмассовой изоляцией, марки АПвВГ, сечением до 80 мм². При применении однофазных кабелей 10 (6) защиту от замыканий на землю рекомендуется выполнять с помощью специально реле, разработанного ВНИИЭ, типа БРЭ 1301.03, которые будут серийно выпускаться ЧЭАЗом с 1989 г. или применять трансформаторы тока нулевой последовательности с подмагничиванием.

С целью повышения надежности электроснабжения питающую сеть из трехфазных кабелей рекомендуется выполнять по схеме приведенной на рис. 3.1, применяя в питающей линии 10 (6) кВ не менее чем три кабеля 10 (6) кВ [2, 3, 4].

3.2. При наличии электроприемников, требующих повышенную надежность электроснабжения - с автоматическим включением резервного питания, как правило, следует применять не менее 2-х групп параллельно работающих КТП с питанием их на стороне 10 (6) кВ от разных источников (см. рис. 3.2 и требования раздела 4).

3.3.При выборе местоположения КТП, последние, по возможности, должны быть равномерно рассредоточены по цеху и размещаться в центрах зон обслуживания какого трансформатора КТП [6].

Рис. 3.1. Пример построения схемы питающей сети 10 (6) кВ из трехфазных кабелей для группы параллельно работающих трансформаторов КТП.

Рис. 3.2. Схема внутрицехового электроснабжения с параллельной работой КТП через магистральные шинопроводы на общую нагрузку цеха.

3.4. В общем случае, при проектировании, крупных цехов, число групп параллельно работающих трансформаторов или число питающих линий 10 (6) кВ - m определяется:

где: S_расч. - расчетное значение потребляемой полной мощности цеха кВ·А;

U - номинальное напряжение питающей сети: 10 или 6 кВ;

I_{ном.выкл.} = 630 или 1000 А - оптимальные значения номинального тока выключателя шкафа КРУ-10 (6) кВ*.

* При соответствующем технико-экономическом обосновании значение I_{ном.выкл.} может быть принято равным и более 1000 А. Однако, для этого потребуется применение дополнительных шкафов КРУ 10 (6) кВ с кабельными сборками.

При наличии электроприемников, требующих повышенную надежность электроснабжения (не менее двух вводов от разных источников питания), как правило, число m принимается ближайшим целым четным числом.

3.5. Питание группы параллельно работающих трансформаторов на стороне 0,4 (0,69) кВ, как правило, рекомендуется выполнять одной линией 10 (6) кВ. Допускается включать на параллельную работу трансформаторы (группы трансформаторов), получающие питание от одного источника питания по двум и более питающим линиям 10 (6) кВ (см. рис. 2.3 и требования п. 2.3). Не допускается одновременное питание группы параллельно работающих трансформаторов по двум линиям от разных источников питания 10 (6) кВ.

3.6. При наличии в цеху локальных, сосредоточенных групп электроприемников, в зависимости от категории надежности их электроснабжения, допускается предусматривать для них отдельные однотрансформаторные или двухтрансформаторные КТП соответствующей мощности или обеспечивать совместное питание таких электроприемников от обособленных КТП и от сети параллельно работающих КТП, что решается при проектировании конкретного объекта.

Рис. 3.3. Схема внутрицехового электроснабжения с питанием групп параллельно работающих трансформаторов КТП по двум питающим линиям 10 (6) кВ

4. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОСТРОЕНИЮ ПИТАЮЩЕЙ СЕТИ 0,38 - 0,66 кВ

4.1. Питающую сеть 0,38 - 0,66 кВ, как правило, рекомендуется выполнять из комплектных магистральных шинопроводов, применяя в цеху преимущественно равномерную горизонтальную прокладку рядов шинопроводов с креплением их по колоннам, стенам, стойкам и подвесам на высоте около 3,0 м в зонах, исключающих механическое повреждение шинопроводов [1, 2, 3, 16].

4.2. При наличии электроприемников, требующих повышенную надежность электроснабжения, рекомендуется чередовать в цеху, прокладку рядов магистральных шинопроводов с питание их от разных групп параллельно работающих трансформаторов КТП, подключенных на стороне 10 (6) кВ к независимым источникам питания (см. рис. 4.1) [2, 3].

4.3. В зависимости от значений удельных плотностей электрических нагрузок цеха и мощностей трансформаторов применяемых КТП (см. требования п. 2.5), оптимальный шаг (расстояние) между рядам горизонтальных шинопроводов - Н, [м], рекомендуется применять (кратно шагу колонн равному 6 м) [2, 3]:

при  = 0,05 кВ·А/м²          - Н = 60 - 70 м с питанием от трансформаторов 630 - 1000 кВ·А;

при  = 0,1 кВ·А/м²            - Н = 54 - 66 м и трансформаторы 1000 - 1600 кВ·А;

при  = 0,2 кВ·А/м²            - Н = 42 - 60 м и трансформаторы 1600 - 2500 кВ·А;

при  = 0,3 кВ·А/м²            - Н = 36 - 54 м с трансформаторами 2500 или 1600 кВ·А;

при  = 0,6 - 0,7 кВ·А/м²   - Н = 30 - 48 м и питанием от трансформаторов 2500 кВ·А;

при  = 0,8 кВ·А/м²            - Н = 30 - 42 м питанием от трансформаторов 2500 кВ·А;

при  = 0,9 кВ·А/м²            - Н = 30 - 36 м питанием от трансформаторов 2500 кВ·А;

при  = 1,0 кВ·А/м²            - Н = 24 - 36 м питанием от трансформаторов 2500 кВ·А;

При проектировании конкретного объекта шаг прокладки шинопроводов может быть изменен в ту или другую сторону на конкретных участках цеха по техническим причинам: в зависимости от локализации электроприемников, местоположения технологического и вспомогательного оборудования, строительных конструкций (колонн, стен, ферм, перекрытий) и др.

4.4. Подключение магистральных шинопроводов к КТП преимущественно рекомендуется выполнять с помощью гибких многоамперных кабелепроводов (по типу АВВ-1), подключая концы каждого шинопровода к смежным параллельно работающим КТП, например, при необходимости прокладки протяженных вертикальных трасс (15 м и более), а также на сложных участках без ответвительных коробок (см. рис. 3.2 и 4.1) [2, 3, 12].

4.5. Питание крупных электроприемников цеха, распределительных щитов, пунктов, сборок, комплектных распределительных и др. шинопроводов, как правило, следует производить от ближайших ответвительных секций магистральных шинопроводов, а не от РУНН КТП [2, 6].

4.6. Магистральные шинопроводы, через которые производится подключение трансформаторов на параллельную работу, рекомендуется выбирать на номинальный ток с учетом их перегрузочной способности при возможном выходе из строя одного из параллельно работающих трансформаторов КТП [12].

Рис. 4.1. План-схема прокладки питающей сети 0,38 (0,66) кВ на магистральных шинопроводов с питанием смежных рядов шинопроводов от разных групп параллельно работающих трансформаторов КТП.

4.7. После определения местоположения в цеху КТП и магистральных шинопроводов (расстояний по электрической цепи между параллельно работающими трансформаторами), и в соответствии с расчетами ТКЗ, выполненных по рекомендациям раздела 5, производят выбор и проверку электрооборудования, при необходимости, осуществляют координацию уровней токов короткого замыкания и уровней напряжения в сети 0,38 (0,66) кВ с применением мероприятий, рекомендуемых в разделе 6 настоящей работы.

При необходимости, для обеспечения требуемых параметров уровней напряжения в сети в послеаварийных режимах - выходе из строя параллельно работающего трансформатора КТП, рекомендуется применять секционирование замкнутой сети с параллельной работой трансформаторов и возможность переключения части этой сети к другой группе параллельно работающих КТП (см. рис. 4.2) [2, 3].

4.8. Для повышения надежности электроснабжения рекомендуется по возможности, применять кольцевые схемы с параллельной работой трансформаторов КТП (см. рис. 4.3 и 4.4) [3].

4.9. При необходимости, к РУНН КТП могут подключаться, кроме магистральных шинопроводов, соединяющих на параллельную работу соединение КТП, также магистральные шинопроводы по типу консоли (см. рис. 4.5). При этом, длину магистрального шинопровода, работающего по типу консоли, рекомендуется выбирать, как правило, не превышающей 150 - 200 м (из-за допустимых уровней напряжения на конце консоли).

Рис. 4.2. План-схема внутрицехового электроснабжения с параллельной рабски двух групп трансформаторов КТП по полуразомкнутым схемам и секционированием питающей сети 0,38 (0,66) кВ из магистральных шинопроводов

к низковольтным электроприемникам цеха

Рис. 4.3. Кольцевая схема параллельной работы трансформаторов КТП на стороне 0,4 (0,69) кВ.

Рис. 4.4. План-схема системы внутрицехового электроснабжения с параллельной работой двух групп трансформаторов КТП по кольцевым схемам.

Магистральные шинопроводы по типу "консоли"

Рис. 4.5. Схема параллельной работы трансформаторов КТП с магистральными шинопроводами на стороне 0,4 (0,69) кВ

5. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ.

5.1. Расчеты токов короткого замыкания (КЗ) выполняется с целью выбора параметров и проверки электродинамической и термической стойкости электрооборудования и коммутационной способности отключающих аппаратов [4, 13, 14, 15].

5.2. За расчетный вид короткого замыкания принимается трехфазное КЗ в точке с ожидаемым наибольшим значением ТКЗ, при котором определяются действующее и ударное значения токов КЗ [4].

5.3. Расчет однофазного тока КЗ в настоящей работе не рассматривается, так как он принципиально не отличается от аналогичных расчетов для других сетей 0,38 (0,66) кВ с глухозаземленной нейтралью, и его следует производить в соответствии с требованиями действующей нормативно-технической документации.

5.4. При расчетах токов КЗ необходимо учитывать [1 - 5, 13 - 15]:

- индуктивные и активнее сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи, включая проводники небольшой длины, трансформаторы тока, токовые катушки автоматических выключателей и др.;

- сопротивление питающей энергосистемы;

- сопротивления различных контактов и контактных соединений;

- активное сопротивление электрической дуги в месте возникновения КЗ;

- подпитку от асинхронных двигателей (АД) при их единичной мощности 100 кВт и более и непосредственном подключении АД к месту КЗ.

5.5. В расчетах токов КЗ допускается не учитывать [13]:

-сопротивления комплексных нагрузок;

-сопротивления конденсаторных батарей;

-изменения сопротивлений элементов короткозамкнутой цепи при нагреве током КЗ;

-не учитывать ток намагничивания трансформаторов.

5.6. Расчеты токов КЗ рекомендуется производить в именованных единицах. При составлении эквивалентных схем замещения параметры их элементов должны быть приведены к ступени напряжения 0,4 или 0,69 кВ, где находится точка расчетного КЗ, а активные и индуктивные сопротивления всех элементов схемы замещения выражать в милиомах [1, 13, 14].

5.7. Определение сопротивлений различных элементов короткозамкнутой цепи.

5.7.1. Сопротивление питающей энергосистемы определяется формуле:

, [мОм],

U_H = 400 или 690 В - среднее номинальное напряжение расчетной ступени места КЗ;

S_K, кВ·А - мощность КЗ на шинах источника питания.

Значения сопротивлений Х_С для характерных мощностей S_K приведены в приложении 2 табл. 2.1.

5.7.2. Сопротивления питавшей линии 10 (6) кВ от шин источника питания до трансформаторов КТП определяют по формулам:

, [мОм];

, [мОм],

где X_О.Л и R_О.Л - удельные, соответственно индуктивные и активные сопротивления кабеля (провода), мОм/м;

 - длина кабеля, м;

n - число кабелей (проводов) в линии, шт;

U_ВН = 10,5 или 6,3 кВ - среднее номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора.

Значения параметров Х_О.КАБ и R_О.КАБ приведены в приложении 2, табл. 2.2.

5.7.3. Активное индуктивное сопротивление трансформатора определяем по формулам:

, [мОм];

, [мОм];

, [мОм],

где Р_К, кВт - мощность потерь КЗ в трансформаторе;

U_HT, кВ = 0,4 или 0,69 кВ - напряжение вторичной обмотки трансформатора;

S_T, мВ·А - номинальная мощность трансформатора;

U_K, % - напряжение КЗ трансформатора.

Технические данные и значения активных и индуктивных сопротивлений трансформаторов КТП приведены в приложении 2, табл. 2.3.

5.7.4. Учет влияния активного сопротивления электрической дуги в месте КЗ и подпитки места КЗ от асинхронных двигателей приведены ниже, а данные по определению активных и индуктивных сопротивлений других элементов короткозамкнутой цепи приведены в приложении 2, табл. 2.4 - 2.9.

5.8. Определение значений токов КЗ [13, 14, 15].

5.8.1. Расчет действующего значения тока "металлического" КЗ (без учета влияния электрической дуги в месте КЗ) производится по формуле:

, кА,

где R_КЗ и X_КЗ - результирующие активное и индуктивное сопротивления короткозамкнутой цепи с учетом сопротивления питающей энергосистемы.

5.8.2. Для сетей с параллельной работой трансформаторов рекомендуется определять действующее значение тока КЗ с учетом переходного сопротивления в месте КЗ, путем введения снижающего ток КЗ коэффициента К_g - по формуле:

, кА,

К_g < 1 - поправочный коэффициент, учитывающий переходное сопротивление в месте КЗ, возникающее за счет падения напряжения на электрической дуге в месте КЗ, значение которого находится в зависимости от соотношения  по номограмме рис. 5.1.

5.8.3. Значение ударного тока КЗ находится по формуле:

, кА,

К_у - ударный коэффициент, значение которого находится в зависимости от соотношения  по номограмме рис. 5.1.

С учетом влияния на ударный ток подпитки от асинхронных двигателей значение i_y.АД рекомендуется определять по формуле:

, кА,

где I_Н.АД - суммарное значение номинального тока асинхронных двигателей, подключенных к месту КЗ (см. также п. 5.4)

Рис. 5.1. Графики зависимостей коэффициентов К_Д и К_У в функции от _КЗ.

6. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ И МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ДОПУСТИМЫХ УРОВНЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКОВ КЗ

6.1. При проектировании внутрицеховых сетей с параллельной работой трансформаторов КТП на стороне 0,4 кВ, без применения специальных токоограничивающих устройств, рекомендуется, чтобы уровни токов КЗ в сетях с параллельной работой трансформаторов КТП не превышали значений [3, 17]:

- при применении КТП с трансформаторами мощностью 630 - 1600 кВ·А - значение ударного тока в любой точке сети (с учетом подпитки от асинхронных двигателей)  кА;

- при применении КТП с трансформаторами мощностью 2500 кВ·А значение ударного тока на сборных шинах РУНН КТП -  100 кА, а значение ударного тока на магистральных шинопроводах -  100 кА*.

* Предполагается , что для параллельной работы трансформаторов используются магистральные шинопроводы типа ШМА 4 (испытания шинопровода типа ШМА-4-160044-IV3 на динамическую стойкость к ТКЗ показали, что она составляет не менее 150 кА [18], а значение i_уд  100 кА лимитируется электрической устойчивостью автоматов А3790, применяемых в настоящее время в ответвительных коробках шинопровода. При использовании шинопроводов другого типа уровень ТКЗ в такой сети должен превышать допустимых значений для применяемого типа шинопровода.

6.2. Для сетей с параллельной работой трансформаторов КТП на стороне 0,4 кВ рекомендуется, чтобы значения установившегося тока КЗ на сборных шинах РУНН КТП не превышали [3, 17]:

- на КТП с трансформаторами мощностью 630 - 1600 кВ·А - I_УСТ  50 кА, а на КТП с трансформаторами мощностью 2500 кВ·А - I_УСТ  70 кА, при времени отключения автоматических выключателей не более 0,4 с на вводе и 0,25 с на линиях к магистральным шинопроводам, подключающим на параллельную работу трансформаторы смежных КТП [3, 17].

6.3. В сетях с параллельной работой трансформаторов рекомендуется, чтобы автоматические выключатели по своей коммутационной способности, как правило, соответствовали (были не ниже) максимального тока КЗ в месте установки выключателя. Допускается использование автоматических выключателей нестойких к максимальным значениям ТКЗ, а также выбранных по значению одноразовой предельной коммутационной способности, при условии, что за данным выключателем по направлению к источнику питания имеется автоматический выключатель, обеспечивающий мгновенное отключение (отсечку) указанного тока КЗ [4, 5]. Данные по ПКС и ОПКС рекомендуемых автоматических выключателей для питающих сетей с параллельной работой КТП приведены в табл. 2.10 приложения 2.

6.4. С целью обеспечения устойчивости к ТКЗ автоматических выключателей, устанавливаемых на ответвлениях от магистральных шинопроводов, допускается предусматривать их установку в конце ответвлений (например, на кабельном вводе в распределительный пункт) длиной до 30 м, рекомендуется также увеличивать индуктивное сопротивление кабельной линии путем применения одножильных кабелей с увеличенными междуфазными расстояниями (см. данные табл. 2.1 приложения 2) [3, 4].

6.5. Для возможности повышения уровней ТКЗ в сетях с параллельной работой трансформаторов, по согласованию с заводами-изготовителями КТП, допускается шкафы РУНН, предназначенные для работы с трансформаторами мощностью 2500 кВ·А, применять с трансформаторами меньшей мощности: 630 - 1600 кВ·А.

6.6. При проектировании питающей сети 0,38 кВ с параллельной работой трансформаторов КТП рекомендуется учитывать экономически обоснованные суммарные длины [м] (на один трансформатор) магистральных шинопроводов, которые рассчитаны из условия, что вся мощность трансформатора передается от него в цех по двум магистральным шинопроводам со следующей их суммарной длиной [3]:

6.7. При необходимости координации (уменьшения) уровней ТКЗ в сетях 0,38 (0,66) кВ без применения специальных токоограничивающих устройств, рекомендуется подключать магистральные шинопроводы на параллельную работу между собой и к КТП с помощью многоамперных одножильных кабелей, прокладывая эти кабели, с необходимыми (по требуемому индуктивному сопротивлению кабельной вставки) междуфазными расстояниями (см. данные табл. 2.3 и 2.8 приложения 2) [3].

6.8. Для обеспечения необходимого уровня ТКЗ в сетях с параллельной работой КТП допускается применение трансформаторов меньшей мощности (большего их количества) или увеличение количества групп параллельно работающих трансформаторов (дроблением мощности групп параллельно работающих трансформаторов), что однако требует большего количества питающих линий 10 (6) кВ и должно решаться соответствующим технико-экономическим обоснованием при проектировании системы внутрицехового электроснабжения конкретного цеха (объекта) (см. также 3.5 и рис. 3) [3].

6.9. Проектирование питающей сети 0,38 (0,66) кВ с параллельной работой трансформаторов рекомендуется выполнять таким образом, чтобы уровни напряжения в послеаварийных режимах (выходе из строя одного из трансформаторов) находились в регламентируемых, действующими стандартами, пределах - отклонения напряжения, при отключении одного из трансформаторов, на зажимах осветительных приборов не должны превышать минус 7,5 % от номинального и минус 10 % для остальных электроприемников [19].

Эти требуемые уровни напряжения у электроприемников обеспечиваются при выполнении питающей сети 0,38 кВ с экономическими длинами магистральных шинопроводов, значения суммарных длин которых на один трансформатор приведены выше в 6.6.

В других случаях, для обеспечения требуемых уровней напряжения в послеаварийных режимах в сетях с параллельной работой трансформаторов рекомендуется секционировать сеть 0,38 (0,66) кВ с возможностью подключения части этой сети к другой группе параллельно работающих трансформаторов КТП (см. также п. 4.7) или применять кольцевые схемы с параллельной работой трансформаторов (см. рис. 4.3).

6.10. Для обеспечения селективной работы аппаратов защиты, в питающих сетях 0,38 (0,66) кВ с параллельно работающими трансформаторами, рекомендуется применять селективные автоматические выключатели, на расцепителях которых временные уставки должны иметь такие значения выдержек времени, при которых обеспечивается гарантированное селективное отключение этих автоматов [4].

6.11. Проблема обеспечения допустимых уровней ТК3 и напряжений в сетях с параллельной работой трансформаторов может быть решена при любом количестве и мощности трансформаторов, а также при любых расстояниях (по шинопроводу) между параллельно работающими КТП, путем применения в межтрансформаторных связях специальных токоограничителей (самовосстанавливающихся предохранителей с жидкометаллическими контактами)* или установкой на стороне 10 (6) кВ трансформаторов - тиристорных выключателей**.

* В настоящее время ВНИПИ "Тяжпромэлектропроект" разработал технические требования и ТЭО на освоение отечественной электропромышленностью указанных самовосстанавливающихся предохранителей (М. ВНИПИ ТПЭП, 1987 г., шифр: М 60507-2).

** В настоящее время разрабатываются проектные решения по применению в системе внутрицехового электроснабжения комбината "Печенганикель" указанных тиристорных выключателей в соответствии с А.С. СССР № 1334261 "Способ ограничения аварийного тока в замкнутой низковольтной электрической сети".

7. ВОПРОСЫ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

7.1. При наличии электроприемников, отрицательно влияющих на качество электроэнергии и работу электрооборудования (электрическая сварка, тиристорно-выпрямительные агрегаты и др.) в системе внутрицехового электроснабжения с параллельной работой трансформаторов, необходимо, в соответствии с действующими стандартами и нормативно-технической документацией, производить проверку допустимых условий работы электрооборудования с такими электроприемниками по соответствию качества электроэнергии в этой сети требованиям ГОСТ 13109-67 [19, 20, 21].

7.2. Рекомендуется осуществлять совместное питание сварочной нагрузки с другой силовой нагрузкой цеха при условии, что расчетная эффективная мощность сварочных машин не превышает 15 % от суммарной мощности параллельно работающих трансформаторов, а в зоне нагрузки одного трансформатора эффективная мощность сварочных машин не превышает 30 % от мощности одного трансформатора и в работе находятся не менее трех параллельно включенных трансформаторов КТП [20].

7.3. При питании сварочных машин от сети с параллельно работающими трансформаторами, последние должны проверяться на электродинамическую стойкость к повторяющимся пиковым нагрузкам. При этом допускается наибольшая кратность толчковой нагрузки от сварочных машин, работающих в зоне работы одного трансформатора, не превышающая 1,6 S_НОМ трансформатора, при условии параллельной работы не менее трех трансформаторов КТП [10, 20].

7.4. В сетях с параллельной работой трансформаторов допустимый ГОСТ 13109-67 коэффициент несинусоидальности обеспечивается при условии, что суммарная нагрузка сварочных машин регулируемыми игнитронными или тиристорными контакторами составляет не более 50 % от суммарной мощности параллельно работающих трансформаторов, а в зоне работы одного трансформатора нагрузка сварочных машин может достигать 100 % мощности трансформатора при условии, что в работе находятся не менее трех параллельно включенные трансформаторов КТП [20] и отсутствуют другие вентильные нагрузки.

7.5. При наличии в сетях с параллельной работой трансформаторов нелинейных нагрузок использование конденсаторных батарей в качестве компенсаторов реактивной мощности допускается при условии [21]:

- для вентильной нагрузки: при ;

- для прочих нелинейных нагрузок: при ,

где S_K - мощность короткого замыкания;

S_НЛ - суммарная мощность нелинейной нагрузки.

При невыполнении вышеуказанных условии батареи конденсаторов могут применяться только с защитным реактором или должны использовать фильтры. В случае затруднения выполнения перечисленных условий, рекомендуется выделять для питания электроприемников с нелинейными нагрузками - отдельные группы параллельно работающих трансформаторов, а компенсацию реактивной мощности производить за счет других сетей, не имеющих нелинейные нагрузки, что решается при конкретном проектировании и соответствующем технико-экономическом обосновании.

7.6. В сетях с параллельной работой трансформаторов, рекомендуется необходимую расчетную суммарную мощность конденсаторных батарей, предназначенных для компенсации реактивной мощности в зоне работы одного трансформатора, разбивать на группы (по числу магистральных шинопроводов, подключенных к данной КТП) с распределением этой мощности конденсаторных батарей между шинопроводами пропорционально их реактивным нагрузкам. Рекомендуется также расчетную мощность конденсаторных батарей каждого шинопровода разбивать на две группы - регулируемую конденсаторную установку, устанавливаемую вблизи КТП, а вторую группу - нерегулируемую конденсаторную установку, размещаемую на расстоянии 0,25 - 0,5 длины магистрального шинопровода от КТП [3, 21].

ЛИТЕРАТУРА

1. Отчет о НИР: "Анализ возможности повышения эффективности работы трансформаторов в системах электроснабжения промышленных предприятий и определение направлений дальнейших разработок". - М.: ВНИПИ ТПЭП, 1985, инв. № 0286.0084658, арх. № 395.

2. Отчет о НИР: "Проведение технико-экономических расчетов и исследований по рациональному построению систем электроснабжения промышленных предприятий напряжением 0,38 - 0,66 кВ параллельно работающими трансформаторами". - М.: ВНИПИ ТПЭП, 1986, инв. № 0287.0019509, арх. № 469.

3. Отчет о НИР: "Анализ технико-экономических показателей замкнутых систем электроснабжения с параллельной работой трансформаторов на напряжении 0,4 кВ". - Л.: ЛПИ, 1987, шифр темы: 203504.

4. Правила устройства электроустановок. - М.: Энергоатомиздат, 1985.

5. Инструкция по проектированию силового и осветительного электрооборудования промышленных предприятий. СН 354-77. - М.: Стройиздат, 1977.

6. Инструкция по проектированию электроснабжения промышленных предприятий. СН 174-75, - М.: Стройиздат, 1976.

7. Руководящий технический материал "Электротехнические расчеты в проектах". Вып. 2. Расчетные коэффициенты электрических нагрузок. ГИПРОАВТОПРОМ. 1984, РТМ 37.047.041-84, арх. № 19479.

8. Нормативы удельных показателей расхода электроэнергии для проектирования предприятий Минавтопрома - ГИПРОАВТОПРОМ, 1982, РТМ 37.047.023-82, арх. № 19104.

9. В.А. Козлов и др. Справочник по проектированию электроснабжения городов. - Л.: Энергоатомиздат, Ленинградское деление, 1986.

10. ГОСТ 11677-75. Трансформаторы силовые. Общие технические требования.

11. ГОСТ 14209-85. Трансформаторы силовые масляные общего назначения. Допустимые нагрузки.

12. Технические условия ТУ 36.18.29.01-11.87. Шинопроводы магистральные ШМА 4 на 1600 А.

13. Проект Государственного стандарта СССР "Короткие заикания в электроустановках. Методика расчета в электроустановках напряжением до 1 кВ". 2-я редакция, Москва, ВНИИЭ-МЭИ, 1987.

14. Пособие по расчету токов короткого замыкания в сетях до 1000 В промышленных предприятий. - М.: ВНИПИ ТПЭП, 1986: М60407_2.

15. Брон О.Б., Шестиперов Ю.И. О токах короткого замыкания в мощных сетях напряжением до 1000 В - Электричество, 1979, № 2.

16. Отчет о НИР: "Исследование и разработка рекомендаций по выбору числа и мощности трансформаторных подстанций электрических сетей до 1000 В". - М.: ВНИПИ ТПЭП, 1985, инв. № 0286.0084658, арх. № 397.

17. Технические условия ТУ 16-530.295-83. Подстанции трансформаторные комплектные мощностью от 630 до 2500 кВ·А на напряжение 6 -10 кВ.

18. Протокол № 1269 испытаний на электродинамическую и термическую стойкость к токам КЗ магистрального шинопровода типа ШМА 4-1600. НИЦ ВВА, тема: 2.5.87, 1987.

19. ГОСТ 13109-67. Нормы качества электрической энергии у ее приемников, присоединенных к электрическим сетям общего назначения (с изменением). - Введ. 01.08.79.

20. Рекомендации по расчету электрических нагрузок и выбору сетей, питающих установки для контактной сварки. - М.: ВНИПИ ТПЭП, 1983, шифр: М788-917.

21. Указания по проектированию компенсации реактивной мощности в электрических сетях промышленных предприятий. М788-930. - М.: ВНИПН ТПЭП 1984.

Приложение 1

НОРМАТИВЫ УДЕЛЬНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МОЩНОСТИ И РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ МИНАВТОПРОМА

Данные настоящего приложения (таблицы 1.1 - 1.5) приведены из руководящих технических материалов Гипроавтопрома: РТМ 37.047.023-82 (Инв. (арх.) № 19104) и РТМ 37.047.041-84 выпуск 2 (Арх. № 19479)

Таблица 1.1

Таблица 1.2

Нормативы удельных показателей потребляемой мощности и расхода электроэнергии для проектирования предприятий минавтопрома

Таблица 1.3

Расчетные коэффициенты электрических нагрузок характерных групп электроприемников для проектирования предприятий Минавтопрома

Таблица 1.4

Годовое количество часов использования максимума активной нагрузки силовых электроприемников для предприятий Минавтопрома

Примечание: Для определения годового количества часов использования максимума реактивных нагрузок значения Т_м, приведенные в таблице, следует увеличить на 10 %.

Таблица 1.5

Годовое количество часов использования максимума электрических нагрузок освещения для предприятий Минавтопрома

Примечание: Годовое количество часов использования максимума электрических нагрузок освещения дано при пятидневной рабочей неделе с двумя выходными днями для географических широт от 45° до 65°

Приложение 2

Таблица 2.1

Значения индуктивных сопротивлений читающей энергосистемы 10 (6) кВ в зависимости от ее мощности КЗ

Таблица 2.2

Сопротивление проводов и трехжильных кабелей

Примечание:

Данные взяты из "Справочника по проектированию электрических сетей и электрооборудования", В.И. Крупович, Ю.Г. Барыбин, М.Л. Самовер, табл. 2-65, с. 163, Москва, Энергоиэдат, 1981 г.