Трансформаторная электрическая станция - это особый вид энергетической установки, предназначенной для получения, преобразования и дифференцированного распределения электроэнергии по нуждающимся в ней объектам. Существуют различные типы трансформаторных подстанций, отличающихся своей конструкцией, особенностями монтажа и эксплуатации.
С середины XX века мировые ученые изобретали, совершенствовали и испытывали энергоконструкции, позволяющие подать электрический ток необходимой мощности к промышленным объектам или населенным пунктам. Так появилась трансформаторная подстанция. Электроэнергия передается на большие расстояния и на пути от электростанции к месту назначения теряет свое напряжение. Для того чтобы эти потери были минимальными, используют подстанции.
Находятся они обычно на открытом воздухе, за проволочной оградой. В густонаселенных районах подстанция может располагаться и в закрытом помещении. Самый главный элемент в установке - это трехфазный трансформатор или несколько однофазных.
Имеется также оборудование для его защиты и охлаждения. Для охлаждения трансформаторов применяются особые масла, которые загружаются в охлаждающий механизм, связанный с заземлением и понижающим резистором.
Пространство в помещении, где находятся трансформаторы, шины и контрольно-измерительные приборы, называется камерой. Она бывает закрытой, когда представляет собой помещение, или огражденной, если располагается за сеткой или решеткой. Обслуживают подстанцию профессиональные электрики, имеющие доступ к работе на высоковольтных линиях. За работой приборов наблюдает дежурный энергетик, который должен постоянно находиться у главного распределительного щита.
Электричество поступает с электростанции, потом подается на передающий источник тока, где напряжение возрастает благодаря силовому трансформатору. Повышается оно для снижения потерь при передаче электроэнергии на большие расстояния.
Затем электричество идет на подстанцию, где напряжение снижается до необходимого уровня, пройдя через понижающие трансформаторы, и поступает в центр распределения. Здесь напряжение еще снижается для распределения через локальную сеть, откуда электричество с напряжением 220 вольт подается в трансформаторы жилых районов.
Всего существует 19 видов трансформаторных подстанций в зависимости от функции имеющихся там трансформаторов. Вот самые используемые:
По признаку удаления потребителя от источника электроэнергии и по количеству потребляемой мощности подстанции относятся к одному из следующих видов:
По месту расположения трансформаторные станции подразделяются на открытые и закрытые. Открытые находятся на открытой территории, закрытые располагаются в производственных цехах и закрытых помещениях. Помимо основных трансформаторных подстанций, осуществляющих энергопитание крупных потребителей, энергетическая система использует и небольшие, тяговые подстанции, которые обслуживают электропитанием трамваи и троллейбусы.
Мачтовые станции возводятся для электроснабжения отдаленных населенных пунктов, коттеджных поселков, садоводческих кооперативов. Второе их название - столбовые, так как они ставятся на опоры. Принцип работы у них несложен. От центрального распределительного центра электрический ток приходит на подстанцию, где он преобразуется и расходится по потребителям. При регулярном охлаждении система автоматически контролирует повышение и понижение нужного напряжения.
Имеются два варианта исполнения этих конструкций. Более проста комплектная трансформаторная подстанция , внешне похожая на букву «А», которая состоит из разрядных элементов, предохранителей и силового трансформаторного блока с распределяющим модулем. Второй подход, П-образный, сложнее при возведении, но более оправдывает себя при эксплуатации.
В состав этой конфигурации входят те же компоненты, но с небольшими отличиями. К примеру, модуль распределения энергии представлен здесь устройством низкого напряжения. Столбовой источник питания может работать с масляными и сухими трансформаторами.
Сооружение оснащено автоматическим включением и выключением. Современные модели предусматривают защиту от замыканий, а также разного рода блокировки в целях безопасности. Столбовые подстанции имеют многие преимущества, поэтому широко распространены. Для них не нужно подготавливать площадку, а это уже намного снижает затраты при монтаже. Кроме того, их установка совершенно безопасна для окружающей среды и человека. При резком понижении температуры на установке предусмотрены обогреватели.
Один из видов подстанций - комплектная электрическая подстанция киоскового типа - представляет сложное электрическое сооружение, в котором происходит преобразование и распределение электрической энергии потребителям. Сооружается в местах с умеренным климатом при температуре не ниже -40 градусов.
В состав конструкции входят силовой трансформатор, распределительное устройство, защитные и вспомогательные элементы (выключатели, релейная защита, измерительные приборы). На станции осуществляется:
- прием трехфазного тока;
- передача электрической энергии;
- преобразование энергии;
- ее распределение.
Также схема снабжена кабельными или воздушными коммуникациями для вывода напряжения, сторона пониженного напряжения содержит заземление. Киосковые системы конструируются из сборного корпуса и делятся на две части. В одной размещается оборудование, в другой - низковольтные устройства. Сооружение герметично и надежно защищает электрическую часть от снега и дождя.
Установка киосковых КП должна быть выполнена в соответствии с правилами устройства электроустановок и пожарной безопасности:
- свободный подъезд;
- доступ к осуществлению ремонта;
- нормируемое расстояние до жилых домов
- уровень шумоизоляции;
- вентиляционные отверстия и свободный воздухообмен.
Киосковые КТП должны использоваться в обычной среде, поэтому в устройстве недопустимо содержание взрывоопасных веществ и агрессивных паров. Их нельзя подвергать ударам и устанавливать на поверхности, подверженной вибрации.
Классификация электрических ПС и РУ основана на терминах и определениях, установленных соответствующими ГОСТ и нормативно-технической документацией. К основным, наиболее часто применяемым терминам и определениям относятся следующие: подстанция электрическая - электроустановка, предназначенная для приема, преобразования и распределения электрической энергии, состоящая из трансформаторов или других преобразователей электрической энергии, устройств управления, распределительных и вспомогательных устройств по ГОСТ 19431-84 (ГОСТ 24291-90). Подстанции с трансформаторами, преобразующие электрическую энергию только по напряжению, называются трансформаторными; а преобразующие электроэнергию по напряжению и другим параметрам (изменение частоты, выпрямление тока), - преобразовательными. На ПС могут устанавливаться два и более, как правило, трехфазных трансформатора. Установка более двух трансформаторов принимается на основе технико-экономических расчетов, а также в случаях, когда на ПС применяется два средних напряжения. При отсутствии трехфазного трансформатора необходимой мощности, а также при транспортных ограничениях возможно применение группы однофазных трансформаторов. Подстанция, как правило, состоит из нескольких РУ разных ступеней напряжения, соединенных между собой трансформаторной (автотрансформаторной) связью; пристроенная ПС (РУ) - подстанция (распределительное устройство), непосредственно примыкающая к основному зданию электростанции или промышленного предприятия (ПУЭ, п. 4.2.7); встроенная ПС (РУ) - подстанция (распределительное устройство), занимающая часть здания (ПУЭ, п. 4.2.8); внутрицеховая ПС (РУ) - подстанция (распределительное устройство), расположенная внутри цеха открыто (без ограждения), за сетчатым ограждением, в отдельном помещении (ПУЭ, п. 4.2.9); здание вспомогательного назначения (ЗВН) - здание, состоящее из помещений, необходимых для организации и проведения работ по техническому обслуживанию и ремонту оборудования ПС (ПУЭ, п. 4.2.16); трансформаторная подстанция (ТП) - электрическая подстанция, предназначенная для преобразования электрической энергии одного напряжения в энергию другого напряжения с помощью трансформаторов (ГОСТ 24291-90). Потребительские ТП разделяются на комплектные, закрытые, мачтовые и столбовые; комплектная трансформаторная ПС (КТП) - ПС, состоящая из трансформаторов, блоков (КРУ и КРУН) и других элементов, поставляемых в собранном или полностью подготовленном на заводе-изготовителе к сборке виде (ПУЭ, п. 4.2.10). В КТП вся высоковольтная и низковольтная аппаратура монтируется на заводе, и подстанция на объект поступает в готовом виде, то есть в комплекте. Комплектные трансформаторные подстанции внутренней (КТП) и наружной (КТПН) установок выпускают с одним или двумя трансформаторами мощностью от 250 до 2 500 кВА (в КТП) и до 1000 кВА (в КТПН) при напряжении 6-10 кВ; от 630 до 16 000 кВА (в КТПН) при напряжении 35 кВ. Эти ПС комплектуются защитной коммутационной аппаратурой, приборами измерений, сигнализации и учета электроэнергии и состоят из блока ввода высокого напряжения, силового трансформатора и РУ 0,4 кВ. КТП бывают тупикового и проходного типов, а также различных модификаций, в том числе: киоскового, шкафного и других типов. КТП тупикового типа используются для электроснабжения населенных пунктов и сельскохозяйственных потребителей. КТП киоскового типа (блочные) применяются в качестве тупиковых ТП мощностью 250 кВА и выше с обслуживанием оборудования с земли. Такие ПС удобны и безопасны в обслуживании; мачтовая трансформаторная ПС (МТП) - открытая трансформаторная ПС, все оборудование которой установлено на конструкции (в том числе на двух и более стойках опоры ВЛ) с площадкой обслуживания на высоте, не требующей ограждения ПС (ПУЭ, п. 4.2.11). МТП сооружают на А-, П- или АП-образных или одностоечных конструкциях, изготавливаемых из железобетонных или деревянных стоек. На А-образной конструкции монтируется все оборудование ПС: разъединитель, предохранители, разрядники, однофазный трансформатор мощностью более 10 кВА и распределительный щит 0,23- 0,4 кВ. Подстанция не имеет площадки обслуживания и лестницы. П-образные конструкции используются для ПС с трехфазными трансформаторами мощностью до 250 кВА включительно. Трансформатор располагается на площадке на высоте от земли не менее 3,5 м. АП-образные конструкции применяются для ПС с трансформаторами мощностью до 400 кВА. На них монтируются все оборудование, в том числе и разъединитель. Для обслуживания МТП на высоте не менее 3 м должна быть устроена площадка с перилами. Для подъема на МТП рекомендуется применять лестницы с устройством, запрещающим подъем по ней при включенном коммутационном аппарате; столбовая трансформаторная ПС (СТП) - открытая трансформаторная ПС, все оборудование которой установлено на одностоечной опоре ВЛ на высоте, не требующей ограждения (ПУЭ, п. 4.2.11). Конструктивно ПС состоит из отдельных элементов, которые при сборке на месте монтируются в единый комплекс; распределительный пункт (РП) - РУ 6-500 кВ с аппаратурой для управления его работой, не входящее в состав ПС (ПУЭ, п. 4.2.12); секционирующий пункт - пункт, предназначенный для секционирования (автоматическим или ручным управлением) участка линий 6-20 кВ (ПУЭ, п. 4.2.13); камера - помещение, предназначенное для установки аппаратов, трансформаторов и шин. Закрытая камера - камера, закрытая со всех сторон и имеющая сплошные (не сетчатые) двери. Огражденная камера - камера, которая имеет проемы, защищенные полностью или частично несплошными (сетчатыми или смешанными) ограждениями (ПУЭ, п. 4.2.14). Камера сборная одностороннего обслуживания (КСО) является разновидностью КРУ, изготавливается по типовым схемам, имеет множество модификаций, устанавливается только в специальных электротехнических помещениях и обслуживается обученным персоналом; система сборных шин - устройство, представляющее собой систему проводников, состоящее из шин, установленных на опорах из изоляционного материала, проходящих в каналах, коробах или подобных оболочках (ГОСТ 22789-94); секция (системы сборных шин) - часть системы сборных шин, отделенная от другой ее части коммутационным аппаратом (ГОСТ 24291-90); токопровод - устройство, выполненное в виде шин или проводов с изоляторами и поддерживающими конструкциями, предназначенное для передачи и распределения электрической энергии в пределах электростанции, ПС или цеха (ПТЭЭП, термины); ячейка (ПС, РУ) - часть ПС (РУ), содержащая всю или часть коммутационной и (или) иной аппаратуры одного присоединения (ГОСТ 24291-90); распределительное устройство (РУ) - электроустановка для приема и распределения электрической энергии на одном напряжении, содержащая коммутационные аппараты и соединяющие их сборные шины (секции шин), устройства управления и защиты (ГОСТ 24291-90). В качестве РУ 6-10 кВ используется сборка высокого напряжения с однополюсными разъединителями и вертикальным расположением фаз одного присоединения и одна камера КСО с выключателем нагрузки и предохранителями для подключения трансформатора. Для РУ 0,4 кВ применяются сборки низкого напряжения с предохранителями и вертикальным расположением фаз одного присоединения. На ПС применяются открытые (ОРУ), закрытые (ЗРУ) или комплектные (КРУ) распределительные устройства. Открытое распределительное устройство (ОРУ) - это электрическое распределительное устройство, оборудование которого расположено на открытом воздухе (ГОСТ 24291-90). Закрытое распределительное устройство (ЗРУ) - это электрическое устройство, оборудование которого расположено в помещении (ГОСТ 24291-90). Закрытые ПС и РУ могут располагаться как в отдельно стоящих зданиях, так и быть встроенными или пристроенными. В общем случае ПС и РУ являются составной частью электроустановок, которые различаются: по назначению - генерирующие, преобразовательно-распределительные и потребительские. Генерирующие электроустановки служат для выработки электроэнергии, преобразовательно-распределительные электроустановки преобразуют электроэнергию в удобный для передачи и потребления вид, передают ее и распределяют между потребителями; по роду тока - постоянного или переменного тока; по напряжению - до 1000 В или выше 1000 В. Шкала номинальных напряжений ограничена сравнительно небольшим числом стандартных значений, благодаря чему изготавливается небольшое число типоразмеров машин и оборудования, а электросети выполняются более экономичными. В установках трехфазного тока номинальным напряжением принято считать напряжение между фазами (междуфазовое напряжение). Согласно ГОСТ 29322-92 установлена следующая шкала номинальных напряжений: для электросетей переменного тока частотой 50 Гц междуфазовое напряжение должно быть: 12, 24, 36, 42, 127, 220, 380 В; 3, 6, 10, 20, 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750 и 1150 кВ; для электросетей постоянного тока: 12, 24, 36, 48, 60, 110, 220, 440, 660, 825, 3000 В и выше. По способу присоединения к электросети ПС разделяются на тупиковые (блочные), ответвительные (блочные), проходные (транзитные) и узловые. Тупиковые ПС получают питание по одной или двум тупиковым ВЛ. Ответвительные ПС присоединяются ответвлением к одной или двум проходящим ВЛ с односторонним или двухсторонним питанием. Проходные ПС включаются в рассечку одной или двух проходящих ВЛ с односторонним или двухсторонним питанием. Узловые ПС кроме питающих имеют отходящие радиальные или транзитные ВЛ. По способу управления ПС могут быть: только с телесигнализацией; телеуправляемыми с телесигнализацией; с телесигнализацией и управлением с общеподстанционного пункта управления (ОПУ). Подстанции оперативно обслуживаются постоянным дежурным персоналом на щите управления, дежурными на дому или оперативно-выездными бригадами (ОВБ). Ремонт ПС осуществляется специализированными выездными бригадами централизованного ремонта или местным персоналом подстанции. В РУ напряжением до 1000 В провода, шины, аппараты, приборы и конструкции выбирают как по нормальным условиям работы (напряжению и току), так и по термическим и динамическим воздействиям токов коротких замыканий (КЗ) или предельно допустимой отключаемой мощности. В РУ и ПС напряжением выше 1000 В расстояния между электрооборудованием, аппаратами, токоведущими частями, изоляторами, ограждениями и конструкциями устанавливаются так, чтобы при нормальном режиме работы электроустановки возникающие физические явления (температура нагрева, электрическая дуга, выброс газов, искрение и др.) не могли привести к повреждению оборудования и КЗ. В сетях напряжением 6-10 кВ широко используются распределительные пункты (РП), представляющие собой электрическое РУ, не входящее в состав ПС (ГОСТ 242910-90), и предназначенное для распределения электрической энергии внутри распределительной сети. РП представляет собой разделенные на секции сборные шины, определенное количество ячеек (присоединений) и коридор управления. Ячейки служат для размещения в них коммутационной и защитной аппаратуры: выключателей, трансформаторов тока (ТТ) и трансформаторов напряжения (ТН), разъединителей, предохранителей, приборов защиты. Коридор управления РП представляет собой помещение, в котором установлены приводы выключателей и разъединителей; коридором обслуживания называется коридор вдоль камер или шкафов КРУ, предназначенный для обслуживания аппаратов и шин. Шинопровод - это токоведущие элементы, расположенные в металлической оболочке, служащие для соединения главных цепей составных частей КТП в соответствии с электрической схемой соединения и конструктивным исполнением КТП (ГОСТ 14695-80). РУ 6-10 кВ имеют в РП две секции, питающиеся по одиночным или сдвоенным КЛ сечением от 185 до 240 мм 2 от разных секций РУ 6-10 кВ одного (от ПС 35-110 кВ) или от разных центров питания. На секционном выключателе в РП предусматривается устройство двухстороннего автоматического включения резерва (АВР), которое выполняется на стороне 0,4 кВ на контакторах с номинальным током от 600 до 1000 А. По месту своего расположения устройства АВР могут быть местными (в пределах одной ПС, например, АВР на секционном выключателе), или вблизи нее, или сетевыми (в различных точках сети), обеспечивающими при своем срабатывании восстановление питания участков сети рядом с ПС. Распределительная трансформаторная подстанция (РТП) - это электроустановка, в которой совмещены РП и ТП. В РТП могут размещаться трансформаторы единичной мощностью до 1000 кВА включительно, РУ 6-10 кВ с определенным количеством ячеек и комплектный распределительный щит 0,4 кВ. Поэтому РТП позволяет осуществить распределение электроэнергии не только на напряжении 0,4 кВ, как обычная ТП, но и на напряжении 6-10 кВ, как в РП. Таким образом, РТП в отличие от РП служит не только для приема и распределения электроэнергии, но и для ее трансформации. Как правило, от РТП осуществляется электропитание нескольких ТП. РТП целесообразно использовать для электроснабжения городов и крупных сельскохозяйственных комплексов (животноводческие фермы, птицефабрики и т. п.). РТП выполняются, как правило, закрытого типа. Центр питания (ЦП) - это РУ генераторного напряжения электростанций или РУ вторичного напряжения понизительной ПС энергосистемы, к которым присоединены распределительные сети данного района (ГОСТ 13109-97). Это главным образом подстанции 35-220 кВ энергосистем, от которых получают питание распределительные сети 6-10 кВ. От ЦП в распределительную сеть электроэнергия передается непосредственно на шины ТП или через шины РП. Совокупность указанного выше электрооборудования вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены, определяется общим термином - электроустановка. Электроустановка - это любое сочетание взаимосвязанного электрооборудования в пределах данного пространства или помещения (ГОСТ 30331.1-95, ГОСТ Р 50571.1-93). Электроустановки и связанные с ними конструкции должны быть стойкими в отношении воздействия окружающей среды или защищенными от этого воздействия. Открытые или наружные электроустановки - электроустановки, не защищенные зданием от атмосферных воздействий. Электроустановки, защищенные только навесами, сетчатыми ограждениями и т. п., рассматриваются как наружные (ПУЭ). Закрытые или внутренние электроустановки - электроустановки, размещенные внутри здания, защищающего их от атмосферных воздействий (ПУЭ). Электропомещения, то есть помещения или отгороженные (например, сетками) части помещения, в которых расположено электрооборудование, доступное только для квалифицированного обслуживающего персонала, по воздействию окружающей среды в соответствии с классификацией по ПУЭ разделяются на следующие виды: сухие - помещения, в которых относительная влажность воздуха не превышает 60 %; влажные - помещения, в которых относительная влажность воздуха более 60 %, но не превышает 75 %; сырые - помещения, в которых относительная влажность воздуха превышает 75 %; особо сырые - помещения, в которых относительная влажность воздуха близка к 100 % (потолок, стены, пол и предметы, находящиеся в помещении, покрыты влагой); жаркие - помещения, в которых под воздействием различных тепловых излучений температура постоянно или периодически (более 1 суток) превышает +35 °C (например, помещения с сушилками, обжигательными печами, котельные); пыльные - помещения, в которых по условиям производства выделяется технологическая пыль; она может оседать на токоведущих частях, проникать внутрь машин и аппаратов и т. п. Пыльные помещения разделяются на помещения с токопроводящей пылью и помещения с нетокопроводящей пылью; помещения с химически активной или органической средой - помещения, в которых постоянно или в течение длительного времени содержатся агрессивные пары, газы, жидкости, образуются отложения или плесень, разрушающие изоляцию и токоведущие части электрооборудования. В отношении опасности поражения людей электрическим током различаются: помещения без повышенной опасности - помещения, в которых отсутствуют условия, создающие повышенную или особую опасность; помещения с повышенной опасностью - помещения, характеризующиеся наличием одного из следующих условий, создающих повышенную опасность: сырость или токопроводящая пыль; токопроводящие полы (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные и т. п.); высокая температура; возможность одновременного прикосновения человека к металлоконструкциям здания, имеющим соединение с землей, технологическим аппаратам, механизмам и т. п., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования (открытым проводящим частям), с другой стороны; особо опасные помещения - помещения, характеризующиеся наличием одного из следующих условий, создающих особую опасность: особая сырость; химически активная или органическая среда; одновременно два или более условий повышенной опасности. Территория открытых электроустановок в отношении опасности поражения людей электрическим током приравнивается к особо опасным помещениям.
Наверняка каждый из нас замечал во дворе жилых домов будки, от которых отходит множество электрических проводов. Называется такое небольшое здание сложным на первый взгляд словом - электрическая трансформаторная подстанция.
Многие до сих пор не знают, что это за сооружение и для чего оно используется. Об этом мы и расскажем в этой статье.
Как известно, основным преимуществом электричества перед другими видами энергии является возможность его передачи на огромные расстояние с малыми потерями. Однако, небольшие потери всё равно неизбежны, так как провода обладают собственным сопротивлением и нагреваются в результате передачи по ним электрического тока.
Для того, что бы снизить потери при передаче до минимума необходимо передавать ток высоким напряжением, т.к. силу тока при этом можно снизить, в результате чего нагревание проводов значительно уменьшится, уменьшив в результате и потери тока. Принцип довольно простой - чем длиннее линия электропередачи (ЛЭП), тем большее напряжение на ней используется.
Генераторы электрического тока на электростанциях вырабатывают ток низкого для эффективной передачи на большие расстояния напряжения, поэтому на них используются трансформаторы повышающего типа.
После доставки тока до потребителя по линии электропередачи, для его использования в бытовых целях напряжение снова должно быть понижено до 500, 380 или 220 вольт, которые мы имеем в дома в розетке. Для этого используются трансформаторные подстанции понижающего типа.
Именно понижающими подстанциями и являются те сооружения, которые стоят в большинстве дворов жилых домов. Получая ток высокого напряжения они преобразуют его в 220-вольтный, который и используется для питания большинства бытовых электрических приборов.
Говоря простым языком, трансформаторная подстанция понижающего типа состоит из следующих основных частей.
- Вводная часть - прием тока высокого напряжения.
- Трансформатор - преобразование тока.
- Выводная часть - выход тока низкого напряжения.
Помимо разделения на повышающие и понижающие, трансформаторные подстанции принято разделять и на блочные комплектные и контейнерные комплектные. Первые отличаются от вторых лишь своим корпусом - блочная электроподстанция устанавливается в бетонном помещении и собирается на месте - то есть является стационарной. В подстанциях контейнерного типа в качестве корпуса используется металлическое сооружение, а собираются и укомплектовываются они на заводе-изготовителе. Такие подстанции являются транспортабельными и могут быть без проблем перемещены с одного места в другое.
Если вам интересны цены на эти агрегаты, вы можете ознакомиться с ними, например, в каталоге компаний http://www.ru.all.biz/ . Там представлены различные компании, занимающиеся производством и продажей трансформаторных подстанций.
Трансформаторные подстанции 6...10/0,38 кВ, которые часто называют потребительскими, предназначены для питания распределительных линий напряжением 0,38 кВ, в большинстве случаев трехфазных четырехпроводных с заземленной нейтралью.
В распределительных сетях используются как однотрансформаторные, так и двухтрансформаторные трансформаторные подстанции мощностью от 25 до 630 кВ-А в большинстве случаев наружной установки. При специальном обосновании могут устанавливаться закрытые трансформаторные подстанции (ЗТП). В настоящее время в большинстве случаев проектируются сети с комплектными трансформаторными подстанциями наружной установки, хотя для потребителей первой категории по надежности электроснабжения все более широко используются ЗТП. В эксплуатации находятся также мачтовые трансформаторные подстанции наружной установки.
Основные схемы первичных соединений распределительного устройства 10 кВ комплектной трансформаторной подстанции (КТП) приведены на рисунке 1 (в некоторых схемах не показаны дополнительные разъединители, которые могут устанавливаться на концевых опорах для присоединения КТП к линиям). Комплектная трансформаторная подстанция тупикового типа с одним трансформатором (рис. 3.1, а) широко применяется для электроснабжения сельскохозяйственных потребителей.
Рисунок 3.1. Главные схемы соединений распределительного устройства РУ 10 кВ трансформаторных подстанций 10/0,38 кВ
Разъединитель, как правило, устанавливают на концевой опоре линии 10 кВ, а предохранители 10 кВ -- в КТП. Вместо разъединителя в цепи трансформатора при соответствующем обосновании может быть использован выключатель нагрузки. Схема б также с одним трансформатором и шинами с выключателями нагрузки может применяться в сетях 10 кВ, не только с односторонним, но и с двусторонним питанием, когда по условиям надежности допускаются ручные послеаварийные переключения. Трансформатор присоединяют к шинам через разъединитель и предохранители.
При включенных выключателях нагрузки может осуществляться питание от одного источника с транзитом мощности через шины подстанции. В этой схеме допускается один из выключателей нагрузки заменить на разъединитель с выполнением соответствующих блокировок.
Схема совмещает однотрансформаторную подстанцию с пунктом автоматического секционирования или пунктом автоматического включения резерва (АВР) линии 10 кВ. Схема применяется в сетях напряжением 10 кВ с односторонним и двусторонним питанием, в которых по условиям надежности электроснабжения требуются автоматическое и ручное секционирования линий 10 кВ.
Схема г - распределительное устройство с двумя трансформаторами и шинами 10 кВ, секционированными выключателем нагрузки и разъедителем применяется в основном в сетях 10 кВ с двусторонним питанием, где допускается ручное секционирование линий 10 кВ.
Основной режим работы подстанции -- питание каждого трансформатора от независимого источника по линии 10 кВ (секционный выключатель нагрузки отключен). При включенном секционном выключателе нагрузки можно осуществить питание от одного источника с транзитом мощности через шины трансформаторной подстанции. Вместо секционного выключателя нагрузки может быть установлен масляный выключатель (с заменой выключателя нагрузки на разъединитель с левой стороны от него, схема г). Такая схема (схема мостика с одним выключателем) совмещает двухтрансформаторную подстанцию с пунктом автоматического секционирования или пунктом АВР линии 10 кВ.
На рисунке 3.2 приведена главная схема соединений УЗТП 10/0,38 кВ, разработанная для электроснабжения ответственных сельскохозяйственных потребителей, где необходимо обеспечить АВР на стороне 10 кВ. Подстанция двухтрансформаторная, мощностью 2x400 кВ-А, с РУ 10 кВ узлового типа по схеме с секционированной системой шин, с четырьмя отходящими ВЛ 10 кВ и применением ячеек КРУ, с выключателями типа ВК-10 сооружается тупикового типа с применением КТП (рис. 3.2, а).
Рисунок 3.2. Главная схема соединений подстанции УЗТП 10/0,38 кВ
Принципиальная электрическая схема комплектной трансформаторной подстанции 10/0,38 кВ мощностью 25... 160 кВ-А приведена на рисунке 3.3.
Рисунок 3.3. Схема электрическая соединений КТП-25... 160/10
Распределительное устройство (РУ) 10 кВ состоит из разъединителя QS с заземляющими ножами, устанавливаемого на ближайшей опоре линии 10 кВ, вентильных разрядников FV1... FV3 для защиты оборудования от атмосферных и коммутационных перенапряжений на стороне 10 кВ и предохранителей F1... F3, установленных в водном устройстве высшего напряжения, обеспечивающих защиту трансформатора от многофазных коротких замыканий. Предохранители соединены соответственно с проходными изоляторами и силовым трансформатором. Остальная аппаратура размещается в нижнем отсеке (шкафу), то есть распределительное устройство 0,38 кВ.
На вводе распределительного устройства 0,38 кВ установлены рубильник S, вентильные разрядники FV4... FV6 для защиты от перенапряжений на стороне 0,38 кВ, трансформаторы тока ТА1... ТАЗ, питающие счетчик активной энергии PI, и трансформаторы ТА4, ТА5, к которым подключено тепловое реле КК, обеспечивающее защиту силового трансформатора от перегрузки. Включение, отключение и защита отходящих линий 0,38 кВ от коротких замыканий и перегрузки осуществляются автоматическими выключателями QF1... QF3 с комбинированными расцепителями. При этом для защиты линий от однофазных коротких замыканий в нулевых проводах воздушной линии N1... 3 установлены токовые реле КА1... КA3, которые при срабатывании замыкают цепь обмотки независимого расцепителя. Реле настраиваются на срабатывание при однофазных коротких замыканиях. в наиболее удаленных точках сети. Линия уличного освещения от коротких замыканий защищена предохранителями F4... F6.
При перегрузке силового трансформатора размыкающие контакты теплового реле КК, шунтирующие в нормальном режиме обмотку промежуточного реле KL, размыкаются, подавая на нее через резисторы R4 и R5 напряжение. В результате срабатывания реле KL отключаются линии № 1 и 3 и выводится из работы резистор R4, увеличивая сопротивление в цепи обмотки реле KL. Это необходимо для ограничения до номинального значения (220 В) напряжения, подаваемого на обмотку реле KL после притягивания якоря, что связано с увеличением сопротивления обмотки реле. Защита от перегрузки срабатывает не более чем через 1,3 ч при токе, составляющем 1,45 номинального тока силового трансформатора.
Линия № 2 и уличного освещения защитой от перегрузки не отключается. Автоматическое включение и отключение линии уличного освещения осуществляет фотореле KS, а при ручном управлении этой линией пользуются переключателем SA2. Фотореле и переключатель SA2 воздействуют на обмотку магнитного пускателя КМ.
Для поддержания нормальной температуры вблизи счетчика активной энергии PI в зимних условиях служат резисторы R1... R3, включаемые переключателем SA1.
Для контроля наличия напряжения и освещения РУ 0,38 кВ предназначена лампа EL, включаемая переключателем SA3. Напряжение измеряют переносным вольтметром, который включают в штепсельную розетку X, расположенную в РУ 0,38 кВ. Переключатель SA3 позволяет измерить напряжение всех фаз.
Для предотвращения отключения рубильника под нагрузкой предусмотрена блокировка, которая работает следующим образом. При открывании панели закрытия РУ 0,38 кВ замыкающие контакты выключателя блокировки SQ, шунтирующие обмотку промежуточного реле K.L, размыкаются и реле KL срабатывает, отключая автоматические включатели линий № 1 и 3. Одновременно снимается напряжение с обмотки магнитного пускателя КМ и отключается линия уличного освещения.
Размыкающие контакты выключателя блокировки SQ при этом размыкаются и отключают автоматический выключатель линии № 2 (положение контактов выключателя SQ на рисунке 3 показано при открытой панели, закрывающей РУ 0,38 кВ). Предусмотрены также механические блокировки, не допускающие открывания двери вводного устройства высшего напряжении при отключенных заземляющих ножах разъединителя, а также отключения заземляющих ножей разъединителя при открытой двери вводного устройства 10 кВ. Блок-замок двери вводного устройства 10 кВ и блок-замок привода заземляющих ножей имеют одинаковый секрет. К ним имеется один ключ. Во включенном положении разъединителя ключ с привода заземляющих ножей снять невозможно. После отключения главных и включения заземляющих ножей разъединителя ключ свободно снимается с привода заземляющих ножей и им можно открыть дверь устройства ввода 10 кВ.
Для электроснабжения в первую очередь мощных производственных потребителей применяется также серия КТП 10/0,38 кВ с одним и двумя трансформаторами проходного типа КТПП и тупикового типа КТПТ мощностью 250... 630 и 2 (250... 630) кВ-А с воздушными вводами наружной установки. Конструктивно однотрансформаторные КТПП и КТПТ выполняют в виде одного блока, в котором в соответствующих отсеках размещены РУ 10 и 0,38 кВ, а также силовой трансформатор. Оболочка блока (шкаф) изготовлена из листовой стали и имеет двери для обслуживания РУ 10 кВ и 0,38 кВ. Предусмотрены блокировки для безопасного обслуживания.
Рисунок 3.4. Общий вид мачтовой трансформаторной подстанции 10/0,38 кВ: 1 - разрядник, 2 - предохранитель, 3 - трансформатор, 4 - площадка для обслуживания, 5 - шкаф РУ 0,38 кВ, 6 - выводы линии 0,38 кВ, 7 - лестница.
Рисунок 3.5. Общий вид разъединительного пункта на напряжение 10 кВ: 1 - опора, 2 - разъединитель, 3 - привод разъединителя
Двухтрансформаторный КТП состоит из двух однотрансформаторных блоков, соединенных между собой. РУ 10 кВ КТПП и КТПТ выполняют по схемам а, б и г (рис. 1). В частности, распределительное устройство 10 кВ КТПП мощностью 250... 630 кВ-А с одним трансформатором выполнено по схеме б (рис. 3.1). Схема распределительного устройства 0,38 кВ в основном аналогична схеме на рисунке 3, однако предусматривается также вариант с установкой блоков предохранитель-выключатель вместо автоматов на отходящих линиях, число которых увеличено до четырех. Мачтовые подстанции мощностью 25... 100 кВ-А монтируют на П-образной опоре, а 160... 250 кВ-А -- на АП-образной опоре. Подстанции в большинстве случаев выполняют тупиковыми. На рисунке 3.4 показан общий вид мачтовой трансформаторной подстанции 10/0,38 кВ. Все оборудование размещено на П-образной опоре.
Трансформатор 3 установлен на огражденной площадке 4 на высоте 3... 3,5 м. Напряжение к трансформатору подается через линейный разъединительный пункт и предохранители 2. Линейный разъединительный пункт включает разъединитель с приводом, установленный на концевой опоре. Распределительное устройство 0,38 кВ представляет собой металлический шкаф 5 брызгозащищенного исполнения с установленной внутри аппаратурой. Ввод в шкаф от трансформатора и выводы 6 к линиям 380/220 В выполнены в трубах. Для подъема на площадку 4 служит складная металлическая лестница 7, которая (в сложенном виде) так же, как дверцы шкафа и привод разъединителя, запирается на замок. Для защиты трансформаторной подстанции от перенапряжений установлены вентильные разрядники 1.
Специалисты по электротехнике знают, что собой представляют электрические станции и подстанции, для чего они предназначены и как устроены. Им известно, как рассчитать их мощность и все необходимые параметры, такие как число витков, сечение провода и размеры магнитопровода. Этому учат студентов в технических вузах и техникумах. Люди с гуманитарным образованием догадываются, что сооружения, часто стоящие особняком в виде домиков без окон (их любят раскрашивать любители граффити), нужны для энергоснабжения домов и предприятий, и проникать в них не следует, об этом красноречиво говорят устрашающие эмблемы в виде черепов и молний, прикрепленные к опасным объектам. Возможно, многим и не нужно больше знать, но информация лишней не бывает.
Немного физики
Электроэнергия - это товар, за который надо платить, и очень обидно, если она расходуется напрасно. А это, как при любом производстве, неизбежно, задача состоит лишь в том, чтобы напрасные потери уменьшить. Энергия равна мощности, умноженной на время, поэтому в дальнейших рассуждениях можно оперировать этим понятием, так как время течет постоянно, и повернуть его назад, как поется в песне, невозможно. Электрическая мощность же, в грубом приближении, без учета реактивных нагрузок, равна произведению напряжения на ток. Если рассматривать ее подробнее, в формулу попадет косинус фи, определяющий соотношение потребленной энергии с полезной ее составляющей, называемой активной. Но этот важный показатель не имеет прямого отношения к вопросу о том, зачем нужна подстанция. Электрическая мощность, таким образом, зависит от двух главных участников законов Ома и Джоуля-Ленца, напряжения и тока. Малый ток и высокое напряжение могут образовывать такую же мощность, как и наоборот, большой ток и низкое напряжение. Казалось бы, какая разница? А она есть, и очень большая.
Нагревать воздух? Увольте!
Итак, если воспользоваться формулой активной мощности, то получится следующее:
- P = U x I, где:
U - напряжение, измеряемое в Вольтах;
I - ток, измеряемый в Амперах;
P - мощность, измеряемая в Ваттах или Вольт-амперах.
Но есть и еще одна формула, описывающая упоминавшийся уже закон Джоуля-Ленца, согласно которой выделяемая при прохождении тока, равна квадрату его величины, умноженной на сопротивление проводника. Нагревать окружающий линию электропередачи воздух - значит, зря расходовать энергию. А уменьшить эти потери можно теоретически двумя способами. Первый из них предполагает уменьшение сопротивления, то есть утолщение проводов. Чем больше сечение, тем меньше сопротивление, и наоборот. Но расходовать металл зря тоже не хочется, он дорогой, медь все-таки. К тому же двойной расход материала проводника приведет не только к удорожанию, но и к утяжелению, что, в свою очередь, повлечет увеличение трудоемкости монтажа высотных линий. И опоры потребуются более мощные. А потери снизятся только вдвое.
Решение
Чтобы уменьшить нагрев проводов при передаче энергии, нужно снизить величину проходящего тока. Это совершенно ясно, ведь его снижение вдвое приведет к уменьшению потерь вчетверо. А если в десять раз? Зависимость квадратичная, значит, убытки станут в сто раз меньше! Но мощность должна «качаться» та же, которая нужна совокупности потребителей, ожидающих ее на другом конце ЛЭП, идущей от электростанции иногда за сотни километров. Напрашивается вывод о том, что необходимо увеличить напряжение во столько же раз, во сколько уменьшен ток. в начале линии передачи как раз для этого и предназначена. Из нее выходят провода под очень большим напряжением, измеряемым десятками киловольт. На протяжении всего расстояния, отделяющего ТЭС, ГЭС или АЭС от того населенного пункта, куда она адресована, энергия путешествует с малым (относительно) током. Потребителю же нужно получить мощность с заданными стандартными параметрами, которые в нашей стране соответствуют 220 вольтам (или 380 V межфазным). Теперь нужна не повышающая, как на входе ЛЭП, а понижающая подстанция. поступает на распределительные устройства для того, чтобы в домах горел свет, а на заводах крутились роторы станков.
Что в будке?
Из вышесказанного ясно, что самая главная деталь в подстанции - это трансформатор, причем обычно трехфазный. Их может быть несколько. Например, можно заменить тремя однофазными. Большее количество может быть обусловлено высокой мощностью потребления. Конструкция этого устройства бывает различной, но в любом случае она имеет внушительные размеры. Чем большая мощность отводится потребителю, тем серьезнее выглядит сооружение. Устройство электрической подстанции, тем не менее, сложнее, и включает в себя не только трансформатор. Здесь же находится оборудование, предназначенное для коммутации и защиты дорогостоящего агрегата, а также чаще всего и для его охлаждения. Еще электрическая часть станций и подстанций содержит распределительные щиты, снабженные контрольно-измерительной аппаратурой.
Трансформатор
Главная задача этого сооружения - донести энергию до потребителя. Перед отправкой напряжение нужно повысить, а после ее получения понизить до стандартного уровня.
При всем том, что схема электрической подстанции включает множество элементов, главным из них является все же трансформатор. Принципиальной разницы между устройством этого изделия в обычном блоке питания бытового прибора и промышленными образцами высокой мощности нет. Трансформатор состоит из обмоток (первичной и вторичной) и магнитопровода, сделанного из ферромагнетика, то есть материала (металла), усиливающего магнитное поле. Расчет этого устройства - вполне стандартная учебная задача для студента технического вуза. Главное отличие трансформатора подстанции от его менее мощных аналогов, бросающееся в глаза, помимо размеров, состоит в наличии системы охлаждения, представляющей собой совокупность масляных трубопроводов, опоясывающих греющиеся обмотки. Проектирование электрических подстанций, однако, задача непростая, так как необходим учет многих факторов, начиная от климатических условий и заканчивая характером нагрузки.
Тяговые мощности
Не только жилые дома и предприятия потребляют электроэнергию. Здесь все ясно, нужно подать 220 Вольт переменного тока относительно нейтральной шины или 380 В между фазами с частотой 50 Герц. Но есть еще и городской электротранспорт. Трамваям и троллейбусам требуется напряжение не переменное, а постоянное. Причем разное. На контактном проводе трамвая должно быть 750 Вольт (относительно земли, то есть рельсов), а троллейбусу требуется на одном проводнике ноль и 600 Вольт постоянного тока на другом, резиновые протекторы колес являются изоляторами. Значит, нужна отдельная очень мощная подстанция. на ней преобразуется, то есть выпрямляется. Мощность ее очень большая, ток в цепи измеряется тысячами Ампер. Такое устройство называется тягловым.
Защита подстанции
И трансформатор, и мощное выпрямительное устройство (в случае с тягловыми источниками электропитания) стоит дорого. Если возникнет аварийная ситуация, а именно в цепи вторичной обмотки (а следовательно, и первичной) появится ток. Значит, сечение проводников не рассчитано. Электрическая трансформаторная подстанция начнет нагреваться за счет резистивного тепловыделения. Если не предусмотреть такой сценарий развития событий, то в результате короткого замыкания в любой из периферийных линий провод обмоток расплавится или сгорит. Чтобы этого не произошло, применяются различные методы. Это дифференциальная, газовая и максимальная токовая защиты.
Дифференциальная производит сравнение величин тока в цепи и вторичной обмотке. Газовая защита срабатывает при появлении в воздушной среде продуктов горения изоляции, масла и проч. Токовая защита отключает трансформатор при превышении током максимально установленного значения.
Трансформаторная подстанция автоматически должна отключиться также в случае удара молнии.
Виды подстанций
Они бывают разными по мощности, по назначению и устройству. Те из них, которые служат только для повышения или понижения напряжения, называются трансформаторными. Если требуется также изменение других параметров (выпрямление или частотная стабилизация), то подстанция называется преобразующей.
По своему архитектурному исполнению ПС бывают пристроенными, встроенными (примыкающими к основному объекту), внутрицеховыми (находящимися внутри производственного помещения) или представлять собой отдельно стоящее вспомогательное здание. В некоторых случаях, когда не требуется высокая мощность (при организации энергоснабжения небольших населенных пунктов), применяется мачтовая конструкция подстанций. Иногда для размещения трансформатора используются опоры ЛЭП, на которых монтируется все необходимое оборудование (предохранители, разрядники, разъединители и проч.).
Электрические сети и подстанции классифицируются по напряжению (до 1000 кВ или более, то есть высоковольтные) и мощности (например, от 150 ВА до 16 тыс. кВА).
По схематическому признаку наружного подключения подстанции бывают узловыми, тупиковыми, проходными и ответвительными.
Внутри камеры
Пространство внутри подстанции, в котором расположены трансформаторы, шины и аппаратура, обеспечивающая работу всего устройства, называется камерой. Она может быть огражденной или закрытой. Разница между способами отчуждения ее от окружающего пространства невелика. Закрытая камера представляет собой полностью изолированное помещение, а огражденная находится за несплошными (сетчатыми или решетчатыми) стенами. Изготавливаются они, как правило, промышленными предприятиями по типовым проектам. Обслуживание систем энергоснабжения производит обученный персонал, имеющий допуск и необходимую квалификацию, подтвержденную официальным документом о разрешении работать на высоковольтных линиях. Оперативное наблюдение за работой подстанции осуществляет дежурный электрик или энергетик, находящийся возле главного распределительного щита, который может располагаться удаленно от ПС.
Распределение
Есть еще одна важная функция, которую выполняет силовая подстанция. Электрическая энергия распределяется между потребителями согласно их нормам, а кроме этого, загруженность трех фаз должна быть как можно более равномерной. Для того чтобы эта задача успешно решалась, существуют распределительные устройства. РУ работают на одном напряжении и содержат аппараты, осуществляющие коммутацию и защиту линий от перенагрузки. С трансформатором РУ соединены предохранителями и прерывателями (однополюсными, по одному на каждую фазу). Распределительные устройства по месту размещения подразделяются на открытые (расположенные на открытом воздухе) и закрытые (находящиеся внутри помещения).
Безопасность
Все работы, производимые в электрической подстанции, относятся к разряду особо рискованных, поэтому требуют чрезвычайных мер по обеспечению безопасности труда. В основном ремонт и обслуживание производятся при полном или частичном обесточивании. После того как напряжение будет отключено (электрики говорят «снято»), при условии наличия всех необходимых допусков, токоведущие шины заземляются во избежание случайного включения. Для этого же предназначены и предупредительные таблички «Работают люди» и «Не включать!». Персонал, обслуживающий высоковольтные подстанции, систематически проходит обучение, а навыки и полученные знания периодически контролируются. Допуск № 4 дает право выполнять работы на электроустановках свыше 1 кВ.