Трансформаторные подстанции 10/0,4 кВ

Низковольтные распределительные сети

Силовые сети

Эти сети предназначены для распределения электроэнергии на низком напряжении (до 1 кВ) от ТП ко всем силовым низковольтным электроприемникам. В общей структуре СЭС они являются самым нижним звеном, к которому непосредственно присоединены самые массовые электроприемники – низковольтные. При этом расстояние, на которое

58

целесообразно передавать электроэнергию на низком напряжении, не превышает сотен метров в СЭС промпредприятий и городов и примерно 1 км в сельскохозяйственных районах.

Существует много разновидностей схемного и конструктивного исполнения НВРС. Самые простые сети – сельские, выполняемые по простейшим магистральным схемам преимущественно воздушными линиями.

При многоэтажной городской застройке НВРС (внутриквартальные и домовые) значительно утяжеляются, усложняются и выполняются по радиально-магистральнымсхемам преимущественно кабелями или изолированными проводами, прокладываемыми скрыто. Но наибольшей сложностью и разнообразием конструктивного исполнения отличаются НВРС промпредприятий. Поэтому в настоящей работе изложение материала ориентировано на НВРС систем электроснабжения промышленных предприятий. А так как эти сети выполняются внутри производственных помещений (их часто называют цеховыми сетями), то многие требования к ним диктуются условиями среды в этих помещениях.

Низковольтные распределительные сети имеют ряд специфических особенностей, которые следует учитывать при их проектировании:

•Значительная разветвленность сетей, т.к. от центра питания – РУ 0,4 кВ ТП, получают питание подчас сотни различных электроприемников, находящихся либо в цехе промышленного предприятия, либо в многоэтажных домах, расположенных поблизости от ТП;

•На промышленных предприятиях, а также на предприятиях сельскохозяйственных районов многие элементы НВРС располагаются в непосредственной близости от электроприемников, т.е. от технологических агрегатов, поэтому необходимо учитывать их влияние на работу электротехнического оборудования;

•В непосредственной близости от электроприемников и, естественно,

59

от многих элементов НВРС находится большое количество людей, не имеющих специальной подготовки, для которых нужно обеспечить необходимую степень электробезопасности;

• Раздельное выполнение силовых и осветительных электрических сетей.

Номинальное напряжение НВРС обуславливается номинальным напряжением электроприемников, которое нормируется ГОСТ 21128-83«Системы энергоснабжения, сети, источники, преобразователи и приемники электрической энергии. Номинальные напряжения до 1000 В». Устанавливается следующий ряд номинальных напряжений электроприемников: 220, 380, 660 В. Здесь под номинальным понимается такое напряжение, при котором при полной загрузке электроприемник имеет наилучшиетехнико-экономическиепоказатели и его срок службы равен нормативному. Допустимыми считаются такие отклонения напряжения, когдатехнико-экономическиепоказатели (при полной загрузке) изменяются незначительно, а срок службы остается не ниже нормативного. Наиболее массовыми являются электроприемники напряжением 220 В (однофазные) и 380 В (трехфазные). Напряжение 660 В применяется редко и только на промышленных предприятиях, где есть большое число электродвигателей напряжением 660 В.

Сложная иерархия современных электрических сетей включает в себя огромное количество различного электротехнического оборудования, среди которого трансформаторные подстанции выполняют роль звена, связующего и перераспределяющего электроэнергию. Они располагаются около или внутри населенных пунктов и обеспечивают комфортные условия для проживания людей.

В сельской местности еще можно встретить конструкции старых столбовых подстанций, работающих на открытом воздухе, которые принимают по высокой стороне воздушной линии 10 или 6 кВ и отдают 0,4 подключенным потребителям.

Внутри населенных пунктах с многоэтажными зданиями в целях безопасности чаще применяются кабельные линии, скрытые в земле, а трансформаторное оборудование располагается внутри специальных построек, закрытых на замки от несанкционированного проникновения.

Здание подобной трансформаторной подстанции, преобразующей напряжение 10 кВ в 0,4 показано на фотографии.

Внешнее отличие габаритов показанных подстанций, преобразующих напряжения одинаковых величин, свидетельствует о том, что они оперируют разными мощностями.

Подобные трансформаторные подстанции (ТП) получают электроэнергию по высоковольтным линиям электропередач 10 кВ (или 6) от удаленных распределительных устройств.

Фотография силового трансформатора, расположенного на ОРУ-110 и осуществляющего преобразование электроэнергии 110 кВ в 10, передаваемое по ЛЭП на ПС-10, показана на очередной фотографии.

Этот трансформатор имеет уже бо́льшие габариты и оперирует с мощностями до 10 мегаватт, располагается на открытой, огороженной территории, которая конструкцией оборудования четко разграничена на две стороны:

· высшего напряжения 110;

· низшего — 10 кВ.

Сторона 110 кВ воздушной ЛЭП соединяется с другой подстанцией, которая имеет еще бо́льшие габариты и преобразовывает огромные энергетические потоки.

Размеры только вводной опоры единичной воздушной ЛЭП позволяют визуально оценить значительность потоков электроэнергии, пропускаемых через нее.

Приведенные фотографии свидетельствуют, что трансформаторные подстанции в энергетике перерабатывают энергию электричества различных напряжений и мощностей, монтируются разнообразными конструкциями, но имеют общие черты.

Условия работы

Каждая ПС создается под конкретные условия эксплуатации с расположением:

· на открытом воздухе — открытые распределительные устройства (ОРУ);

· внутри закрытых помещений — ЗРУ;

· в металлических шкафах, встроенных в специальные комплекты — КРУ.

По типу конфигурации электрической сети трансформаторные ПС могут выполняться:

· тупиковыми, когда они запитаны по одной либо двум радиально подключенным ЛЭП, которые не питают другие ПС;

· ответвительными — присоединяются к одной (иногда двум), проходящим ЛЭП с помощью ответвлений. Проходящие линии питают другие подстанции;

· проходными — подключены за счет захода ЛЭП с двухсторонним питанием методом «вреза»;

· узловыми — присоединяются по принципу создания узла за счет не менее чем трех линий.

Конфигурация сети электроснабжения накладывает условия на рабочие характеристики подстанции, включая настройку защит для обеспечения безопасной работы.

Основные элементы ПС

В состав оборудования любой подстанции входят:

· силовой трансформатор, который непосредственно осуществляет преобразование электроэнергии для ее дальнейшего распределения;

· шины, обеспечивающие подвод приходящего напряжения и отвод нагрузок;

· силовые коммутационные аппараты с тоководами, позволяющие перераспределять электроэнергию;

· системы защит, автоматики, управления, сигнализации, измерения;

· вводные и вспомогательные устройства.

Силовой трансформатор

Он является основным преобразующим элементом электроэнергии и выполняется трехфазным исполнением. В его конструкцию входят:

· корпус, выполненный в форме герметичного бака, заполненного маслом;

· шихтованный магнитопровод;

· обмотки стороны низкого напряжения (НН);

· обмотки вводов высокого напряжения (ВН);

· масляная система;

· переключатель регулировочных отводов у обмоток;

· вспомогательные устройства и системы.

Более подробно устройство силового трансформатора и автотрансформатора изложено в другой статье.

Шины подстанции

Чтобы трансформатор работал к нему надо подвести питающее и отвести преобразованное напряжение. Эта задача возложена на токоведущие части, которые называют шинами и ошиновкой. Они должны надежно передавать электрическую энергию, обладая минимальными потерями напряжения.

Для этого их создают из материалов с улучшенными токопроводящими свойствами и повышенным поперечным сечением. В зависимости от размеров ПС шины могут располагаться на открытом воздухе или внутри закрытого сооружения.

Шины и ошиновка электрически разделяются между собой положением силового выключателя. Причем ошиновка без каких-либо коммутационных аппаратов напрямую подключена к вводам трансформатора. Ее конструкция не должна создавать механических напряжений в фарфоровых и всех остальных деталях вводов.

Для ошиновки используют кабели или пластины, которые монтируют на медные шпильки трансформаторных вводов через наконечники или переходники.

У подстанций, защищенных от воздействия атмосферных осадков, шины обычно делают цельными алюминиевыми или реже медными полосами. На открытом воздухе для них чаще используют многожильные не закрытые слоем изоляции провода повышенного сечения и прочности.

Однако, в последнее время наметился переход на системы шин, устанавливаемые жестко. Это позволяет экономить площадь на ОРУ, металл токоведущих частей и бетон.

Такие конструкции применяются на новых строящихся подстанциях. За их основы взяты образцы, успешно работающие несколько десятилетий в странах Запада на оборудовании 110, 330 и 500 кВ.

Для расположения шин применяется определенная конфигурация, которая может использовать:

· системы;

· секции.

Под термином «система шин» подразумевается комплект силовых элементов, подключающих все присоединения на распределительном устройстве. На подстанциях с двумя трансформаторами одного напряжения создаются две системы шин, каждая из которых питается от своего источника.

Протяженная система шин при большом количестве присоединений может разделяться на отдельные участки, которые называются секциями.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ КТП.

Условное обозначение КТП имеет определенную структуру, например: 2КТПП-630/6/0,4-05-Т3 – двухтрансформаторная комплектная промышленная подстанция с тансформаторами мощностью 630 кВ·А, на номинальное напряжение на стороне ВН 6 кВ, на номинальное напряжение на стороне НН 0,4 кВ, год разработки рабочих чертежей 2005, климатическое исполнение Т, категория размещения 3.

Рисунок 2. Условные обозначения КТП.

Шкафы РУНН по своему функциональному назначению делятся на вводные (ШВ), линейные (ШЛ), секционный (ШС), релейный (ШР), блочно-релейный (ШБР). Каждый шкаф разделяется на отсеки: отсек выключателей выдвижного исполнения; приборный (или релейный) отсек, где установлена аппаратура управления, автоматики и учета электроэнергии; отсек шин и кабелей, где размещены сборные шины, шинные ответвления для кабельных и шинных присоединений и трансформаторы тока.

В шкафах может быть установлено 1, 3 или 4 выключателя. Выключатели в шкафах располагаются вертикально по высоте шкафа, каждый в своем отсеке, при этом обеспечивается взаимозаменяемость выключателей в любом отсеке.

Пример условных обозначений шкафов РУНН: ШЛ 0,66-09-У3 – шкаф отходящих линий (ввод кабелей снизу), номинальное напряжение 0,66 кВ, номер схемы главных соединений 09, климатическое исполнение У, категория размещения 3. На рис.1 представлена принципиальная схема типовой двухтрансформаторной КТП.

ГДЕ РАЗМЕСТИТЬ КТП.

Размещаются КТП на первых этажах. Размещение на других этажах должно подтверждаться технико-экономическим расчетом. Например в многопролетных цехах большой ширины КТП располагаются у колонн или возле вспомогательных внутрицеховых помещений так, чтобы не занимать площадей, обслуживаемых кранами. При шаге колонн, недостаточном для размещения между ними подстанций, допускается нахождение одной из колонн в пределах помещения подстанции.

При равномерном распределении электроприемников с большими нагрузками и насыщенности цеха технологическим оборудованием целесообразно выделять специальный пролет для размещения подстанций. КТП должны размещаться с наибольшим приближением к центру питаемой ими нагрузки и со смещением их в сторону источника питания.

Рисунок 3. Принципиальная схема комплектной трансформаторной подстанции 1-я секция шин.

Рисунок 4. Принципиальная схема комплектной трансформаторной подстанции. 2-я секция шин.

Встроенные и пристроенные трансформаторные подстанции (ТП), а также подстанции с открытой установкой трансформаторов возле наружной стены цеха должны предусматриваться при невозможности или затрудненности применения внутрицеховых подстанций или при небольших габаритах цеха.

Трансформаторные подстанции 10/0,4 кВ

Трансформаторные подстанции ТП 10/0,4 кВ предназначены для преобразования электроэнергии на напряжение 0,4 кВ, на котором у потребителя наибольшее количество электроприемников, и распределения её в низковольтную распределительную сеть. Структурно, как указывалось выше, подстанция состоит из РУ ВН, трансформаторов, РУ НН. Количество трансформаторов на ТП определяется категорией потребителя по надежности электроснабжения (один или два).

Принципиально схемы этих ТП отличаются друг от друга схемами распределительных устройств высокого напряжения. Существует три вида схем РУ ВН подстанции: при подключении её к радиальной сети; при подключении к магистрали; при подключении к кольцевой сети.

Схема ТП, при подключении её к радиальной сети, представлена на рис.3.24. Особенностью этой схемы является то, что отсутствует распределительное устройство высокого напряжения. Это возможно выполнить тогда, когда приходящая линия электропередачи небольшой длины и выполнена кабелем, а также когда вышенаходящиеся элементы системы электроснабжения (ЦЭП, ВВРС, ТП) находятся в одной собственности.

53

Рис.3.24. Схема ТП без РУ ВН

Отсутствие электрических аппаратов в РУ ВН повышает надежность электроснабжения при прочих равных условиях, т.к. уменьшено количество элементов в последовательной цепочке передачи электроэнергии. Защита и коммутация в данном случае осуществляется высоковольтными выключателями QF1, QF2, расположенными в центре питания.

Аппараты распределительного устройства низкого напряжения имеют следующие типовые названия: QF3, QF5 – вводные аппараты; QF4 – секционный;QF4-QFn – линейные аппараты.

В распределительных устройствах низкого напряжения могут применяться: рубильники – как коммутационные аппараты; предохранители

– как защитные аппараты; автоматы – как защитно-коммутационныеаппараты. В системах электроснабжения промышленных потребителей для реализации РУ НН применяются автоматы, исключающие возможность неполнофазных режимов, по сравнению с использованием предохранителей.

Схема ТП, при подключении её к магистральной сети.

Распределительное устройство высокого напряжения этой подстанции должно позволять выполнять следующие функции: отключать подстанцию от магистрали – это реализуется разъединителем (QS) или выключателем

54

нагрузки (QW); защищать подстанцию при перегрузках и коротких замыканиях – это выполняют предохранители (FU). Фрагменты указанных вариантов распределительных устройств представлены на рис.3.25.

Рис.3.25. Схемы РУ ВН ТП 10/0,4 кВ при подключении их к магистральной сети

Разъединители устанавливаются на подстанциях с трансформаторами небольшой мощности (до 250 кВА) и ими можно коммутировать только ток холостого хода этих трансформаторов. При трансформаторах большей мощности устанавливаются выключатели нагрузки, позволяющие коммутировать токи нагрузки. Управление выключателем нагрузки осуществляется ручным рычажным приводом со встроенным электромагнитом для дистанционного отключения. Включение производится только вручную рукояткой, при этом растягивается пружина отключения. Выключатели нагрузки в блоке с предохранителями выполняются с устройством для подачи команды на отключение при перегорании предохранителя, состоящим из рычажной системы, на которую воздействует указатель срабатывания предохранителя, и контактной группы, дающей сигнал на отключение. Сказанное позволяет исключить неполнофазные режимы работы подстанций. Предохранители могут устанавливаться или с верхней, или с нижней стороны выключателя нагрузки.

Схема ТП, при подключении её к кольцевой сети. Распределительное устройство высокого напряжения этой подстанции должно позволять

55

выполнять следующие функции: отключать подстанцию от сети – это выполняется разъединителем или выключателем нагрузки; защищать подстанцию при перегрузках и коротких замыканиях – это выполняют предохранители; осуществлять включение или отключение приходящих линий электропередачи – это выполняется выключателями нагрузки. Схема двухтрансформаторной подстанции, подключенной к кольцевой сети (или сети с двухсторонним питанием) приведена на рис.3.26.

Рис.3.26. Схема ТП 10/0,4 кВ, при подключении её к кольцевой сети

Типы силовых трансформаторов для ТП 10/0,4 кВ:

•ТМ (ТМЗ) – масляные трансформаторы (закрытого типа);

•ТС (ТСЗ) – сухие трансформаторы (закрытого типа);

•ТНЗ – трансформаторы с негорючим заполнителем.

Наиболее массовые трансформаторы – масляные. Для наружной установки всегда применяются масляные трансформаторы, для внутренней – сухие или масляные, если установка последних не противоречит требованиям ПУЭ. Основная особенность, ограничивающая их применение в производственных зданиях – наличие масла, что обусловливает пожароопасность трансформаторов. Имеются многочисленные нормы и правила, регламентирующие с этой точки зрения применение указанных типов трансформаторов. Масляные трансформаторы обладают

56

перегрузочной способностью, что и определяет их наибольшее использование.

По своему месторасположению ТП подразделяются на следующие виды (рис.3.27):

• Внутренние, расположенные внутри производственных помещений среди технологического оборудования. Такое размещение ТП соответствует наименьшим затратам на построение СЭС больших производственных цехов. Внутренние цеховые подстанции особенно целесообразны в многопролетных цехах большой ширины, когда они не мешают расположению технологического оборудования. Допускается открытая установка в цехах КТП, что облегчает размещение ТП внутри цехов. При этом КТП отгораживается стальным сетчатым ограждением, оборудованным запирающейся на замок дверью. Внутрицеховые подстанции, включая КТП, могут использоваться только в тех производственных помещениях, где это не запрещается противопожарными нормами (только в зданиях со степенью огнестойкости I или II) и с производствами, отнесенными к категориям Г и Д, а также где это позволяет среда в цехе. При большой плотности нагрузок и невозможности покаким-либопричинам разместить ТП среди технологического оборудования, устраивают специальные электротехнические пролеты, отделенные от производственных помещений. В этих пролетах устанавливаются не только КТП, но и другое различное электрооборудование.

• Встроенные, располагаемые внутри производственных помещений, примыкающие непосредственно к наружной стене здания и, в отличие от внутренних, имеющие отдельный выход на улицу. Применение встроенных ТП менее жестко ограничивается противопожарными нормами и условиями среды в цехе, так как они не имеют выхода в цех.

• Пристроенные, пристраиваемые снаружи к внешней стене здания и

аналогичные по условиям применения встроенным. Главный недостаток этих подстанций, ограничивающий их применение, – ухудшение архитектурного облика производственных зданий и сужение проездов между ними.

• Отдельно стоящие, располагаемые либо закрыто в специальных отдельных зданиях, либо открыто в виде КТПН (комплектной трансформаторной подстанции наружной установки). Отдельно стоящие закрытые ТП требуют повышенных затрат на строительную часть, на сооружение НВРС и применяются тогда, когда по какимлибо причинам нельзя или нецелесообразно использовать внутренние или встроенные подстанции.

Рис.3.27. Способы размещения ТП