Визначення потужності підстанції

Методи визначення електричних навантажень. Проектування електропостачання підприємства виконують, як правило, у два етапи: стадія проектного завдання (або технічного проекту) і стадія робочих креслень. На стадії проектного завдання розрахунок електричних навантажень виконують приблизно, наприклад, згідно з даними про сумарну встановлену потужність окремих споживачів (відділення цеху й т.д.). На стадії робочих креслень роблять остаточний уточнений розрахунок електричних навантажень із використанням конкретних даних про одиничні приймачі відділень, цехів і т.д. Визначення розрахункових навантажень виконують від нижчих до вищих щаблів системи електропостачання по окремих розрахункових вузлах у мережах напругою до й вище 1000 В.

Розрахунок електричних навантажень різних вузлів системи електропостачання виконують із метою вибору перерізів живильних і розподільних мереж напругою до й вище 1000 В, числа й потужності трансформаторів підстанцій, перерізів шин їхніх розподільних пристроїв, комутаційної й захисної апаратур.

Основні методи визначення найбільших розрахункових навантажень, застосовувані в цей час у практиці проектування, можуть бути розділені на дві основні групи: 1) метод, що визначає найбільше розрахункове навантаження Р_mах шляхом множення встановленої потужності споживача Р_вст на коефіцієнт попиту к_п < 1, тобто Р_mах= Р_вст ∙ к_п ; 2) методи, що визначають найбільше розрахункове навантаження або шляхом множення величини середнього навантаження Р_сер на коефіцієнт збільшення середнього навантаження к_ун ≥ 1, тобто P_max =Р_сер·к_ун, або шляхом додавання до величини середнього навантаження якоїсь величини ∆ _с, що характеризує відхилення найбільшого навантаження від середнього, то б то

Р_mах = Р_сер+ ∆ _с. До першої групи відносять метод визначення розрахункового навантаження по встановленій потужності і коефіцієнтові попиту, котрий розглядається нижче докладно. Цей метод по порівнянню з методами другої групи, є наближеним і використовується в основному на стадії проектного завдання. Особливу групу складають методи визначення розрахункових навантажень по питомим показникам виробництва, а саме по питомій витраті електроенергії на одиницю продукції при заданому об'ємі продукції за визначений період і по питомій потужності на одиницю виробничої площі. Дані по питомим показникам виробництва, накопичені на основі тривалого досвіду проектування і експлуатації електроустановок різного призначення, наводяться в довідковій літературі.

Підстанція із вторинною напругою до 1000 В. Ціль розрахунків - визначити найбільшу потужність на шинах проектованої електроустановки й побудувати для неї графік сумарного навантаження. На підставі цього графіка вибрати число й одиничну потужність трансформаторів.

Вихідні дані для розрахунку: встановлені потужності споживачів, коефіцієнти попиту й потужності, величина напруги, при якій живляться споживачі, і типові добові графіки навантажень окремих споживачів.

Послідовність розрахунків: визначають найбільші активні потужності окремих споживачів; будують графіки активних навантажень окремих споживачів за обчисленим значенням їхніх найбільших потужностей і типових графік; будують графік сумарного споживання й знаходять по ньому найбільшу сумарну активну потужність; знаходять повну найбільшу потужність споживачів на шинах електроустановки; вибирають число й одиничну потужність трансформаторів на підставі повної потужності й сумарного графіка навантаження.

­Найбільша потужність споживача

,

де Р_вст — установлена потужність споживача електроенергії, кВт;

к_п — коефіцієнт попиту.

Під установленою потужністю споживача треба розуміти суму номінальних потужностей приймачів енергії, узяту з їхніх технічних паспортів. Для електродвигунів це номінальна потужність Р_ном (у кВт) на валу, що відповідає номінальному обертаючому моменту М_ном при повнім навантаженні двигуна; для нагрівальних приладів — потужність при номінальній напрузі й струмі; для ламп накалювання — потужність, зазначена на колбі або цоколі.

Коефіцієнт попиту враховує одночасність включення й завантаження встаткування, к.к.д. устаткування й к.к.д. мережі (втрати в мережі), тобто характеризує споживання потужності встановленими приймачами електроенергії в години максимального навантаження електроустановки. Так, важко припустити, щоб всі електродвигуни якого-небудь залізничного або іншого підприємства працювали з повним завантаженням і притому все одночасно. Навіть такі споживачі, як вентилятори, електропечі, нагрівальні прилади, електролампи і їм подібні, працюючі з повним завантаженням, включаються неодночасно. Виключення представляє тільки зовнішнє освітлення міст, селищ, виробничих площ, що включається й відключається майже одночасно. Отже, коефіцієнт попиту показує,

яку частину потужності від установлених на підприємстві приймачів енергії повинна становити потужність підстанції. Коефіцієнт попиту

де к_о — коефіцієнт одночасності, що показує, яка частина приймачів приєднана до мережі в момент найбільшого навантаження (к_о< 1); ή _пp — к. к. д.. приймача; ή _м — к. к. д. мереж напругою до 1000 В, від яких живляться приймачі; к₃ — коефіцієнт завантаження приймачів енергії (к₃< 1).

Коефіцієнти попиту, що приводять у довідковій літературі, даються для окремих видів електричного устаткування, розбитого на групи, — верстати, вентилятори, насоси, зварювальні апарати й т.д. і для об'єктів і споживачів у цілому — завод, фабрика, залізничний вузол, депо, цех, селище. Коефіцієнт попиту є величиною ймовірною й він тим достовірніше, чим більше устаткування на об'єкті або в цеху. Значення к_п коливається від 0, 15 до 0, 75. При цьому чим більше приймачів енергії, тим менше к_п.

На основі найбільших потужностей споживачів і типових графіків будують графіки активних навантажень споживачів 1, 2, 3 і графік сумарного споживання 4, як показано на рис.. Найбільше розрахункове активне навантаження ∑ Р_роз.mах склалась не з найбільших навантажень окремих споживачів, а з навантажень Р₁, Р₂, Р₃, щоє якоюсь частиною найбільших потужностей P_max1, P_raax2.

Найбільша повна потужність на шинах підстанції (у кВ∙ А) представляє геометричну суму активних і реактивних потужностей з урахуванням різночасності максимумів навантажень споживачів:

(18)

де P_mах — найбільша потужність споживача, обчислена по формулі (16), кВт; Q_max-реактивна потужність споживача, що відповідає потужності Р_тах; Q_max = Р_тах·tgφ, квар; к_р.m — коефіцієнт різночасності максимумів навантажень підстанції, яка розраховується, котрий представляє відношення найбільшої сумарної розрахункової активної потужності ∑ Р_роз._mах до суми найбільших активних потужностей окремих споживачів ∑ P_mах., т.т. ^K_p.m=∑ Р_расч._mах / ∑ P_mах ; т.т. к_р.m=0, 85÷ 1, 0

При виборі одного трансформатора його номінальна потужність S_hom.tp повинна бути рівною або більше розрахункової, отриманої по формулі (18),

(19)

При виборі двох трансформаторів необхідно, щоб

(20)

Для живлення споживачів 1-ї категорії встановлюють, як правило, два трансформатори, з яких один в роботі, а другий в резерві. Їх вибирають відповідно до формули (19). Якщо двох трансформаторна підстанція живить споживачів всіх категорій, то трансформатори вибирають по формулі (20) з урахуванням надійного електропостачання споживачів тільки 1-й категорії при аварійному відключенні одного із трансформаторів. Споживачі 2-й й 3-й категорій на цей час відключаються. Тому формула (20) є орієнтовною при виборі трансформаторів, що живлять споживачів всіх категорій. Обрані трансформатори необхідно перевірити на забезпечення живлення споживачів 1-й категорії в аварійному режимі. Із цього треба, що в нормальному режимі в роботі можуть перебувати один або два трансформатори залежно від величини навантаження.

Для споживачів 3-й категорії вибирають один трансформатор. У випадку аварійного виходу з роботи трансформатора однотрансформаторної підстанції його заміняють пересувним. Потужність останнього не завжди може задовольняти умові (19). Тому для пересувних трансформаторів ПУЭ допускають аварійне перевантаження на 40% під час максимуму загального добового навантаження тривалістю не більше 6 г протягом не більше п'яти діб. (Протягом п'яти діб ушкоджений трансформатор повинен бути відремонтований.) При цьому коефіцієнт навантаження добового графіка в умовах перевантаження трансформатора повинен бути не більше 0, 75, тобто к_нав ==S_cеp._доб/l, 4S_ном.тр ≤ 0, 75. Ця ж умова може бути використана й при виборі трансформаторів двох трансформаторної підстанції, що живить споживачів всіх категорій, на випадок виходу з роботи одного з них, щоб уникнути вибору трансформаторів завищеної потужності й знизити вартість підстанції.

Підстанція із вторинною напругою вище 1000 В. Ціль розрахунку, вихідні дані й послідовність розрахунку для підстанції із вторинною напругою вище 1000 В та ж, що й до 1000 В. Відмінність полягає в тому, що необхідно додатково враховувати втрати у високовольтних мережах, втрати в трансформаторах підстанцій, що живляться від розрахункової підстанції, що, і потужність трансформаторів власних потреб. При цьому втрати в трансформаторах підрозділяють на постійні Р_пост (втрати в сталі трансформаторів), що не залежать від їхнього навантаження, і змінні Р_зм (втрати в міді), що залежать від навантаження.

Постійні втрати приймають 1—2% від найбільшого сумарного навантаження ∑ Р_розр._mах графіка сумарного споживання. Постійні втрати трансформаторів з достатнім ступенем точності вважають незмінними протягом доби незалежно від часу перебування трансформаторів у роботі. Змінні втрати в мережах напругою вище 1000 В з обліком втрат в обмотках трансформаторів становлять 5—8% сумарного найбільшого навантаження ∑ Р_{розр, max} графіка сумарного споживання підстанції.

До графіка сумарного споживання 4 додають потужність постійних і змінних втрат 5 й одержують графік сумарного навантаження з обліком постійних і змінних втрат у лініях і трансформаторах.

Найбільша повна потужність споживачів на шинах 6-10 й 35 кв розраховує подстанции, ЩО, А с обліком постійних і змінних втрат у високовольтних мережах і трансформаторах підстанцій Б и В визначається з достатнім ступенем точності по формулі

, (21)

де Р_пост й P_зм - постійні й змінні втрати, %, прийняті відповідно 1—2% й 5—8 %; к_р. _m — див. формулу (18).

Найбільша повна потужність на шинах 6-10 й 35 кВ підстанції А с обліком потужності трансформаторів власних потреб

S_{расч.мах.ш}=S_расч.max+S_{ном.тсн} (22)

де S_{H0M tch} — потужність одного трансформатора власних потреб, кв-А.

Потужність трансформаторів підстанції А вибирається за значенням (22) відповідно до умов (19) і (20).

Потужність підстанції із трьохобмоточними трансформаторами визначають так: по формулі (21) роздільно обчислюють найбільші повні потужності споживачів S_pозр._max.₁₀ й S_{pозр max-35},

Розрахункова схема для визначення Розрахункова схема для визначення потужності

потужності двохобмоточних трансформаторів підстанції

яка живиться відповідно від шин 10 й 35 кВ; підсумують, одержуючи навантаження на стороні 110 (220) кВ трансформатора:

S_{pозр.max.110} =[(S_розр._mах.₁₀ + S_{ном..твп}) + S_{pозр.max.35}] к'_р. _т, (23)

де к'_р. _m — коефіцієнт, що враховує різночасність появи найбільших навантажень на стороні 10 й

35 кВ. Орієнтовно к'_р. _m = 0, 95÷ 0, 98.

Потужність трансформаторів підстанції вибирають за значенням (23) відповідно до умов (19) і {20).