Как выбрать комплектную трансформаторную подстанцию КТП: тип, мощность и напряжение

Комплектная трансформаторная подстанция — один из ключевых элементов системы электроснабжения промышленного предприятия, жилого комплекса, склада, строительной площадки, инфраструктурного или коммерческого объекта. От правильного выбора КТП зависит не только возможность подключить расчетную нагрузку, но и надежность электроснабжения, удобство эксплуатации, возможности дальнейшего расширения объекта и стоимость всей системы распределения электроэнергии.

На практике недостаточно определить только требуемую мощность трансформатора. При подборе необходимо учитывать схему питающей сети, напряжение на стороне высокого напряжения, категорию надежности потребителей, число трансформаторов, способ ввода и вывода кабелей, количество отходящих линий, климатическое исполнение, оборудование РУВН и РУНН, требования к учету электроэнергии и автоматике.

Поэтому вопрос «какую КТП выбрать» необходимо рассматривать комплексно. Ниже разберем основные параметры, которые следует определить до заказа оборудования.

Что такое КТП и какую задачу она решает

Комплектная трансформаторная подстанция КТП представляет собой готовый комплекс электротехнического оборудования, предназначенный для приема электрической энергии высокого напряжения, ее преобразования и дальнейшего распределения между потребителями.

В большинстве промышленных и инфраструктурных проектов подстанция принимает электроэнергию напряжением 6 или 10 кВ, после чего силовой трансформатор преобразует ее до 0,4 кВ для питания низковольтных потребителей.

Типовая КТП включает:

• распределительное устройство высокого напряжения — РУВН;
• один или два силовых трансформатора;
• распределительное устройство низкого напряжения — РУНН;
• коммутационное оборудование;
• устройства защиты;
• систему учета электроэнергии;
• собственные цепи освещения и обогрева;
• заземляющее оборудование;
• металлический или утепленный корпус.

Конкретная схема и состав подстанции определяются проектом электроснабжения и требованиями заказчика.

Где применяются комплектные трансформаторные подстанции

КТП используются практически во всех сферах, где необходимо подключение объекта к распределительной сети среднего напряжения.

Наиболее распространенные объекты:

• производственные предприятия;
• промышленные площадки;
• склады и логистические комплексы;
• торговые и деловые центры;
• жилые микрорайоны;
• строительные площадки;
• сельскохозяйственные предприятия;
• добывающие объекты;
• насосные и очистные сооружения;
• объекты транспортной инфраструктуры;
• энергетические объекты;
• удаленные производственные площадки.

Для каждого объекта требования будут различаться. Например, небольшому складскому комплексу может быть достаточно однотрансформаторной тупиковой КТП, тогда как крупному производству с потребителями высокой категории надежности может потребоваться двухтрансформаторная подстанция с секционированием шин и автоматическим вводом резерва.

С чего начинать выбор трансформаторной подстанции

Правильный подбор КТП начинается не с выбора конкретной модели, а с определения исходных электротехнических параметров объекта.

В первую очередь необходимо знать:

1. расчетную электрическую нагрузку;
2. установленную мощность потребителей;
3. напряжение питающей сети;
4. требуемое напряжение на стороне НН;
5. категорию надежности электроснабжения;
6. схему подключения к внешней сети;
7. число вводов;
8. необходимое количество трансформаторов;
9. количество и номиналы отходящих линий;
10. условия установки и эксплуатации.

После определения этих данных можно переходить к выбору исполнения подстанции.

Как выбрать мощность КТП

Мощность является одним из основных параметров трансформаторной подстанции, однако выбирать ее только путем суммирования мощности всего установленного оборудования неправильно.

Необходимо учитывать фактическую расчетную нагрузку объекта.

Если на предприятии установлено оборудование общей мощностью 1200 кВт, это еще не означает, что требуется трансформатор мощностью более 1200 кВА. Не все электроприемники работают одновременно и не каждый из них постоянно работает на номинальной мощности.

При расчете учитываются:

• коэффициент спроса;
• коэффициент одновременности;
• характер нагрузки;
• коэффициент мощности;
• режим работы оборудования;
• пусковые токи электродвигателей;
• перспективное увеличение нагрузки;
• допустимая загрузка трансформатора.

Почему нельзя выбирать трансформатор точно под текущую нагрузку

Эксплуатация силового трансформатора постоянно на предельной мощности сокращает запас системы по нагрузке и ограничивает возможность подключения новых потребителей.

Одновременно чрезмерное завышение мощности также не всегда рационально. Это увеличивает капитальные затраты, размеры оборудования и потери холостого хода.

Оптимальный вариант определяется расчетом.

Резерв мощности

При проектировании нового объекта обычно имеет смысл учитывать возможное развитие предприятия: установку дополнительного технологического оборудования, увеличение площади, расширение склада или подключение новых зданий.

Именно поэтому при выборе КТП оценивают не только сегодняшнюю нагрузку, но и прогнозируемое потребление.

Для предварительного выбора можно рассматривать распространенные мощности:

КТП 400 кВА — небольшие производственные, коммунальные и коммерческие объекты.

КТП 630 кВА — предприятия среднего масштаба, склады, отдельные производственные корпуса, строительные объекты.

КТП 1000 кВА — производственные комплексы, крупные склады, коммерческие и инфраструктурные объекты.

КТП 1250 кВА — промышленные потребители с существенной установленной мощностью.

КТП 1600 кВА — крупные производственные и инфраструктурные объекты.

КТП 2500 кВА — энергоемкие предприятия и объекты с высокой концентрацией электрической нагрузки.

Это не универсальная таблица выбора. Окончательная мощность определяется электротехническим расчетом.

КТП 6/0,4 кВ или 10/0,4 кВ

Следующий важный параметр — номинальное напряжение со стороны питающей сети.

Наиболее распространенными являются исполнения:

• КТП 6/0,4 кВ;
• КТП 10/0,4 кВ.

Выбор между ними обычно не является произвольным. Напряжение определяется точкой технологического присоединения и параметрами распределительной сети, к которой подключается объект.

КТП 10/0,4 кВ

Подстанция принимает электроэнергию напряжением 10 кВ и преобразует ее в стандартное низкое напряжение 0,4 кВ.

Такое исполнение широко применяется в современных распределительных сетях промышленных предприятий, новых строительных объектах, коммерческой недвижимости и инфраструктуре.

КТП 6/0,4 кВ

Применяется на объектах, подключаемых к существующим сетям 6 кВ. Такие сети по-прежнему распространены на действующих промышленных предприятиях и отдельных территориях со сложившейся энергетической инфраструктурой.

Можно ли самостоятельно выбрать между 6 и 10 кВ

Как правило, нет. Исходное напряжение определяется техническими условиями сетевой организации либо существующей схемой электроснабжения предприятия.

Если объект реконструируется, вопрос перехода с 6 на 10 кВ рассматривается уже в составе проекта реконструкции сети.

Тупиковая или проходная КТП

После определения мощности и напряжения необходимо определить схему подключения подстанции к сети высокого напряжения.

По этому признаку различаются тупиковые и проходные исполнения.

Тупиковая КТП

Трансформаторные подстанции КТП-Т тупикового типа применяются в радиальных схемах, когда подстанция располагается в конечной точке питающей линии.

Упрощенно схема выглядит следующим образом:

питающая линия 6/10 кВ → КТП → потребители 0,4 кВ.

Тупиковая схема хорошо подходит, когда после данной подстанции не требуется продолжение линии высокого напряжения к другим объектам.

Преимущества решения:

• относительно простая схема;
• компактность;
• меньшее количество высоковольтного оборудования;
• удобство эксплуатации;
• рациональная стоимость для радиального электроснабжения.

Тупиковые подстанции широко применяются для питания отдельных производственных зданий, складов, торговых объектов, строительных площадок и других локальных потребителей.

Проходная КТП

Проходная трансформаторная подстанция КТП-П применяется там, где высоковольтная линия после подключения КТП должна продолжаться дальше.

Условная схема:

ввод 6/10 кВ → КТП-П → продолжение линии 6/10 кВ → следующая подстанция или другой объект.

Такое решение используется в разветвленных распределительных сетях, на крупных промышленных территориях и объектах с несколькими последовательно подключенными энергетическими узлами.

Когда выбирать КТП-П

Проходное исполнение целесообразно, если:

• подстанция является частью магистральной схемы;
• необходимо дальнейшее прохождение линии 6 или 10 кВ;
• на территории установлено несколько подстанций;
• проектом предусмотрена кольцевая или сложная распределительная сеть.

Если высоковольтная линия заканчивается на подстанции, чаще применяется тупиковое исполнение.

Один или два трансформатора

Количество силовых трансформаторов является еще одним принципиальным параметром.

КТП могут выполняться:

• однотрансформаторными;
• двухтрансформаторными.

Когда достаточно одного трансформатора

Однотрансформаторная КТП применяется, если допустимый уровень надежности электроснабжения позволяет временное отключение потребителей при ремонте или аварии трансформатора либо резервирование обеспечивается другими элементами схемы.

Такое решение проще и экономичнее.

Оно часто применяется для:

• складских объектов;
• небольших производств;
• строительных площадок;
• сельскохозяйственных объектов;
• отдельных коммерческих зданий;
• потребителей III категории надежности.

Но решение о количестве трансформаторов должно приниматься проектировщиком с учетом категории электроснабжения конкретных электроприемников.

Когда нужна 2КТП

При повышенных требованиях к надежности используются двухтрансформаторные решения.

На сайте СТЭЛЗ представлены как двухтрансформаторные тупиковые подстанции 2КТП-Т, так и двухтрансформаторные проходные 2КТП-П.

Наличие двух трансформаторов позволяет построить схему, при которой нагрузка распределяется между двумя секциями, а при определенных проектных решениях часть нагрузки может быть переведена на исправный трансформатор.

Это особенно важно для:

• непрерывных производств;
• крупных промышленных объектов;
• объектов инженерной инфраструктуры;
• предприятий с дорогостоящим технологическим оборудованием;
• систем, где длительное прекращение электроснабжения недопустимо.

Два трансформатора не означают автоматическое полное резервирование

Это важный момент.

Само наличие двух трансформаторов еще не гарантирует, что при отключении одного второй сможет принять 100% нагрузки.

Необходимо проверить:

• допустимую загрузку каждого трансформатора;
• схему секционирования;
• состав резервируемых потребителей;
• наличие АВР;
• пропускную способность шин;
• допустимые аварийные режимы.

Поэтому мощность двухтрансформаторной подстанции подбирается на основании расчетной схемы эксплуатации.

Как выбрать силовой трансформатор для КТП

КТП может комплектоваться различными типами силовых трансформаторов в зависимости от условий проекта.

Для наружных комплектных подстанций широко применяются силовые масляные трансформаторы серий ТМ, ТМГ и других исполнений.

Также для ряда объектов применяются сухие силовые трансформаторы.

При выборе учитываются:

• мощность;
• номинальные напряжения;
• схема и группа соединения обмоток;
• потери;
• способ охлаждения;
• климатические условия;
• место установки;
• требования к пожарной безопасности;
• особенности эксплуатации.

Мощность КТП и мощность установленного в ней трансформатора должны рассматриваться совместно с параметрами РУНН, коммутационной аппаратуры и шинных систем.

Что учитывать при выборе РУВН

РУВН — распределительное устройство высокого напряжения. Оно обеспечивает прием электроэнергии 6 или 10 кВ, коммутацию, защиту и передачу энергии на силовой трансформатор.

Конкретный состав РУВН зависит от схемы подстанции.

Могут применяться:

• разъединители;
• выключатели нагрузки;
• высоковольтные предохранители;
• вакуумные выключатели;
• ограничители перенапряжений;
• трансформаторы тока и напряжения;
• устройства релейной защиты.

Чем сложнее схема электроснабжения и выше требования к управлению и защите, тем более развитым будет состав высоковольтной части.

Нужен ли разъединитель ВНА

Это определяется проектной схемой.

В каталоге СТЭЛЗ имеются исполнения тупиковых КТП как без разъединителя, так и с высоковольтным коммутационным аппаратом.

Выбор зависит от способа подключения, требований сетевой организации, проекта электроснабжения и необходимости выполнения коммутационных операций непосредственно в подстанции.

Как подобрать РУНН 0,4 кВ

На стороне низкого напряжения располагается РУНН, через которое электроэнергия распределяется между конечными потребителями.

При проектировании необходимо заранее определить:

• номинальный ток вводного аппарата;
• число отходящих линий;
• ток каждой линии;
• необходимость секционирования;
• наличие АВР;
• систему учета;
• требования к компенсации реактивной мощности;
• резервные линии;
• тип коммутационной аппаратуры.

Недостаточно указать только мощность подстанции. Например, две КТП одинаковой мощности могут иметь совершенно разный состав РУНН: первая — несколько крупных отходящих линий, вторая — большое количество линий меньшего номинала.

Поэтому схема РУНН является одной из основных частей технического задания на производство КТП.

Нужно ли предусматривать АВР

Автоматический ввод резерва применяется там, где схема электроснабжения предусматривает резервный источник или резервную секцию.

При исчезновении напряжения на основном вводе автоматика может переключить часть или всю предусмотренную проектом нагрузку на резерв.

Особенно актуально АВР для двухтрансформаторных подстанций, объектов I и II категории надежности и предприятий, где остановка оборудования приводит к существенным технологическим потерям.

Однако наличие АВР определяется не типом корпуса КТП, а общей схемой электроснабжения объекта.

Кабельный или воздушный ввод

Способ подключения также необходимо определить до производства подстанции.

Ввод на стороне ВН может быть:

• кабельным;
• воздушным.

Вывод на стороне НН также проектируется с учетом трассировки сетей объекта.

Кабельное подключение часто применяется на промышленных и городских объектах, где сети проложены подземно или в кабельных сооружениях.

Воздушное подключение используется при соответствующей архитектуре внешней сети.

Исполнение вводов влияет на конструкцию КТП, расположение оборудования и габариты отдельных элементов.

Наружная установка и климатическое исполнение

Большинство киосковых КТП предназначено для эксплуатации вне зданий, поэтому при выборе оборудования необходимо учитывать климат региона.

Важно определить:

• минимальную температуру воздуха;
• максимальную температуру;
• влажность;
• снеговую нагрузку;
• ветровую нагрузку;
• условия запыленности;
• высоту над уровнем моря;
• вероятность образования конденсата;
• необходимость дополнительного утепления.

Для регионов с низкими температурами могут применяться утепленные исполнения, включая трансформаторные подстанции КТПБ.

Корпус из сэндвич-панелей позволяет улучшить теплоизоляцию и создать более стабильные условия для размещенного внутри оборудования.

Как количество отходящих линий влияет на КТП

Количество отходящих линий РУНН следует определять до изготовления подстанции.

Распространенная ошибка — заказать КТП с минимальным количеством линий без учета последующего расширения объекта.

Через несколько лет может потребоваться подключить:

• дополнительный цех;
• новую производственную линию;
• складское помещение;
• насосное оборудование;
• вентиляционные установки;
• зарядную инфраструктуру;
• наружное освещение;
• дополнительные инженерные системы.

Если свободных присоединений нет, модернизация РУНН может оказаться значительно сложнее, чем установка нескольких резервных линий на стадии производства.

Поэтому при проектировании разумно предусматривать резерв там, где расширение объекта действительно вероятно.

 

Основные ошибки при выборе КТП

Даже при правильно определенной мощности ошибки в других исходных параметрах могут привести к необходимости корректировки проекта или оборудования.

Ошибка 1. Выбор только по мощности

Формулировки «нужна КТП 1000 кВА» недостаточно для производства оборудования.

Необходимо определить как минимум напряжение, тип КТП, схему РУВН, РУНН, вводы, отходящие линии и тип трансформатора.

Ошибка 2. Отсутствие запаса на развитие объекта

Если предприятие предполагает расширение, необходимо оценить будущую нагрузку до выбора трансформатора и РУНН.

Ошибка 3. Неправильный выбор тупиковой или проходной схемы

Тип подстанции определяется архитектурой сети 6/10 кВ, а не только удобством размещения корпуса.

Ошибка 4. Недооценка категории надежности

Для ответственных потребителей может потребоваться второй трансформатор, резервный ввод, АВР или иное схемное решение.

Ошибка 5. Недостаточное количество линий РУНН

Отсутствие резервных присоединений ограничивает дальнейшее развитие системы электроснабжения.

Ошибка 6. Неучтенные климатические условия

Температурный диапазон и условия эксплуатации должны быть известны производителю до изготовления оборудования.

Что необходимо передать производителю КТП

Чем точнее исходные данные, тем быстрее можно определить конфигурацию оборудования и подготовить коммерческое предложение.

Желательно предоставить:

• требуемую мощность;
• напряжение ВН;
• напряжение НН;
• одно- или двухтрансформаторную схему;
• тупиковое или проходное исполнение;
• принципиальную электрическую схему;
• количество отходящих линий;
• номинальные токи линий;
• требования к АВР;
• систему учета;
• тип силового трансформатора;
• способ ввода ВН;
• способ вывода НН;
• регион эксплуатации;
• особые требования проекта.

Если техническая часть проекта уже разработана, можно направить однолинейную схему и спецификацию.

Опросный лист на КТП

Удобный способ передать производителю необходимые параметры — заполнить опросный лист.

Он позволяет структурировать основные требования и уменьшить вероятность того, что важный технический параметр будет пропущен при первоначальном запросе.

Если точная комплектация еще неизвестна

На ранней стадии проекта заказчик может не знать конкретную марку каждого аппарата или точное количество дополнительных устройств.

В этом случае производителю следует передать известные исходные данные и проектные требования. Конкретная комплектация может быть согласована в процессе технической проработки.

Краткий алгоритм выбора КТП

Для предварительного подбора трансформаторной подстанции удобно использовать следующую последовательность.

Шаг 1. Определить расчетную нагрузку.

На ее основании подбирается номинальная мощность силового трансформатора.

Шаг 2. Определить напряжение питающей сети.

Как правило, это 6 или 10 кВ, согласно техническим условиям на подключение.

Шаг 3. Определить тип подключения.

Если высоковольтная линия заканчивается на подстанции — рассматривается тупиковая КТП. Если должна продолжаться дальше — проходная.

Шаг 4. Определить количество трансформаторов.

Один или два — исходя из категории надежности, структуры нагрузки и проекта электроснабжения.

Шаг 5. Определить схему РУВН.

Выбираются необходимые коммутационные и защитные аппараты.

Шаг 6. Определить РУНН.

Указываются вводные и секционные аппараты, отходящие линии, их номиналы, учет и автоматика.

Шаг 7. Уточнить конструктивное исполнение.

Учитываются климат, место монтажа, способы ввода и вывода кабелей, требования к корпусу.

Шаг 8. Передать исходные данные производителю.

На основании проекта или опросного листа формируется точная конфигурация КТП.

Какую КТП выбрать для разных объектов

Универсального исполнения для всех объектов не существует, но можно выделить несколько характерных сценариев.

Небольшой производственный объект или склад

При радиальном электроснабжении и отсутствии повышенных требований к резервированию может применяться однотрансформаторная КТП-Т соответствующей расчетной мощности.

Крупное промышленное предприятие

При значительной нагрузке и необходимости резервирования чаще рассматривают двухтрансформаторную схему с секционированным РУНН.

Территория с несколькими подстанциями

При последовательном прохождении сети 6 или 10 кВ через несколько объектов может использоваться проходное исполнение КТП-П или 2КТП-П.

Объект в регионе с холодным климатом

Дополнительно оценивается необходимость утепленного корпуса, отопления внутренних отсеков и соответствующего климатического исполнения оборудования.

Таким образом, даже при одинаковой мощности две подстанции могут существенно различаться по конструкции и комплектации.

Почему КТП необходимо подбирать по проекту, а не только по цене

Цена комплектной трансформаторной подстанции зависит от большого количества параметров.

На стоимость влияют:

• мощность;
• количество трансформаторов;
• тип силового трансформатора;
• сложность РУВН;
• количество отходящих линий;
• номиналы коммутационной аппаратуры;
• наличие АВР;
• система учета;
• автоматика;
• конструкция корпуса;
• утепление;
• дополнительные требования заказчика.

Поэтому сравнивать две КТП только по заявленной мощности некорректно. Подстанция 1000 кВА с простым РУНН и КТП той же мощности с двумя вводами, секционированием, АВР и большим количеством отходящих линий — технически разные изделия.

При сравнении коммерческих предложений необходимо оценивать одинаковый объем комплектации.

Производство комплектных трансформаторных подстанций СТЭЛЗ

СТЭЛЗ производит комплектные трансформаторные подстанции различных типов и мощностей для промышленных, инфраструктурных, коммерческих и других объектов.

В каталоге представлены:

• комплектные трансформаторные подстанции КТП;
• тупиковые КТП-Т;
• проходные КТП-П;
• двухтрансформаторные 2КТП-Т;
• двухтрансформаторные 2КТП-П;
• мачтовые и столбовые подстанции;
• утепленные КТПБ;
• специализированные исполнения.

Для расчета оборудования можно направить техническое задание, однолинейную схему, спецификацию либо заполненный опросный лист.

Вывод: как правильно выбрать КТП

Выбор комплектной трансформаторной подстанции начинается с анализа системы электроснабжения объекта, а не с поиска оборудования определенной цены или мощности.

Необходимо последовательно определить:

1. расчетную нагрузку;
2. номинальную мощность трансформатора;
3. напряжение 6 или 10 кВ на стороне ВН;
4. напряжение 0,4 кВ на стороне НН;
5. тупиковую или проходную схему;
6. один или два трансформатора;
7. состав РУВН;
8. схему РУНН;
9. количество отходящих линий;
10. требования к резервированию и АВР;
11. способ подключения;
12. климатическое и конструктивное исполнение.

Только после этого можно корректно определить конфигурацию подстанции и сравнивать варианты по стоимости.

Если проектные параметры уже известны, для расчета можно выбрать необходимый тип оборудования в разделе комплектных трансформаторных подстанций или заполнить опросный лист на оборудование. Это позволит передать производителю основные исходные данные и получить предложение по КТП, соответствующей конкретной схеме электроснабжения объекта.