Смарт ТВ 

Регулирование напряжения на понижающих подстанциях. Классификация электрических подстанций и распределительных устройств. Основные определения

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.

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.

Трансформаторная подстанция – вид электроустановки, основное назначение которой – получение, преобразование (повышение/понижение напряжения) и дальнейшее распределение по потребителям электрической энергии. Основными элементами электрической системы на трансформаторной подстанции являются силовые трансформаторы, которые и преобразуют электроэнергию.

Как устроена подстанция

Кроме трансформаторов не менее важными элементами являются:

● распределительные устройства высшего и низшего напряжения;

● устройства управления;

● устройства высоковольтной защиты;

● масляные, воздушные и вакуумные высоковольтные выключатели;

● ограничители перенапряжения;

● высоковольтные разрядники;

● трансформаторы тока и трансформаторы напряжения;

● системы и секции шин;

● устройства измерения и учёта электроэнергии;

● устройства телемеханики;

● система питания собственных нужд;

● вспомогательное оборудование и др.

Силовые трансформаторы, которые повышают входное напряжение, называются повышающими, а трансформаторы, понижающие входное напряжение, называются понижающими. В зависимости от вида установленных силовых трансформаторов, подстанции могут быть повышающими и понижающими.

Повышающие трансформаторные подстанции находятся обычно на электростанциях. Значение напряжения, вырабатываемое генератором электростанции, увеличивается при помощи повышающего трансформатора.

Повышение напряжения необходимо для возможности дальнейшей передачи электроэнергии большой мощности на большие расстояния и с наименьшими потерями. Повышенное напряжение позволяет сэкономить на электрических проводниках при монтаже линий электропередач.

Для большинства остальных случаев необходимо понижение входящего напряжения и, соответственно, в таких случаях используются понижающие трансформаторные подстанции.

Виды

Все трансформаторные подстанции делят на четыре основных вида:

● УРП (узловая распределительная подстанция);

● ГПП (главная понижающая/понизительная подстанция);

● ПГВ (подстанция глубокого ввода);

● ТП (трансформаторный пункт).

УРП

Данный вид электроустановки представляет собой центральную подстанцию, получающую электроэнергию от энергосистемы напряжением 110-220кВ. На УРП электроэнергия высокого напряжения распределяется либо с трансформацией при помощи силовых трансформаторов, либо вообще без трансформации.

С узловой подстанции распределение электроэнергии осуществляется на подстанции глубокого ввода, которые располагаются на территории крупных промышленных предприятий.

Узловые подстанции обычно находятся за пределами предприятий, которые они питают электроэнергией. В этом случае обслуживание и эксплуатацию всего электрооборудования УРП осуществляет энергоснабжающая организация.

В случае расположения УРП на территории промышленного предприятия, обязанности по обслуживанию подстанции возлагаются на электротехнический персонал данного предприятия.

ГПП

Главная понижающая подстанция получает электроэнергию напрямую от районной энергосистемы. Значение входного напряжения 35-220кВ. Назначение главной понижающей подстанции – распределение электроэнергии по предприятию при более низких значениях напряжения.

ПГВ

Данная подстанция получает электроэнергию напряжением 35-220кВ или напрямую от энергосистемы, или от центрального распредпункта предприятия, на котором она расположена. Основное назначение ПГВ – электроснабжение отдельного объекта на предприятии или определённой группы электроустановок. Территориально подстанции глубокого ввода располагаются на небольшом расстоянии от наиболее энергозатратных технологических объектов предприятия.

ТП

Трансформаторный пункт представляет собой небольшую подстанцию, на которую подаётся входное напряжение в 6, 10 или 35кВ. При помощи силовых трансформаторов это напряжение понижается до значений 380В (400В).

Одним из видов трансформаторного пункта является комплектная трансформаторная подстанция (КТП). Количество силовых трансформаторов КТП обычно равно одной или двум единицам. Иногда встречаются КТП на три силовых трансформатора. Число трансформаторов зависит от категории надёжности электроснабжения электрических потребителей, которые питает трансформаторная подстанция.

Комплектные трансформаторные подстанции, расположенные на производстве, называют цеховыми, а КТП, питающие городских потребителей, называют городскими.

Другие типы подстанций

Кроме основных видов трансформаторных подстанций, которые осуществляют питание мощных потребителей, в энергосистеме используются и подстанции для узкоспециализированных нужд. К таким подстанциям можно отнести так называемые тяговые подстанции, осуществляющие питание электрических линий общественного транспорта (троллейбусы, трамваи).

В зависимости от вида, назначения и размеров подстанции, могут использоваться как масляные трансформаторы, так и трансформаторы сухого исполнения. К примеру, современные КТП очень часто комплектуются сухими силовыми трансформаторами.

По способу присоединения к линии

В зависимости от варианта или способа подключения к питающей линии электропередач бывают:

● тупиковые подстанции (получают электроснабжение от одной или двух отдельных линий);

● проходные подстанции (транзитные);

● ответвительные подстанции (для подачи электроэнергии используются специальные ответвления (отпайки) от проходящих линий электропередач).

Место расположения

Трансформаторные подстанции по месту расположения делят на два вида:

● открытые;

● закрытые.

Открытые подстанции располагаются на открытой территории. Закрытые трансформаторные подстанции находятся в производственных цехах, в закрытых помещениях.

Иногда трансформаторы находятся на специальных мачтах. Таким расположением трансформаторов характеризуются мачтовые трансформаторные подстанции.

Подстанция электрическая (ПС) представляет собой ключевой узел, позволяющий организовать систему энергоснабжения на объектах разной величины, что определяется уровнем выдерживаемой нагрузки самой установки. В зависимости от исполнения оборудование данного вида может повышать или понижать напряжение, а это напрямую определяет целевое назначение ПС.

Основные направления применения

Подстанция распределительная электрическая ответственна за прием и преобразование электроэнергии. При этом напряжение может понижаться или повышаться, а при необходимости и выпрямляться, что обуславливается нуждами потребителя. На следующем этапе выполняется распределение полученной энергии. В случаях, когда предполагается повышение значения напряжения, электроэнергия принимается, например, от генератора, а передается далее на ЛЭП.

Смотрим видео, откуда берется электричество:

Если электроэнергия подается от линий электропередач, то для дальнейшей ее отправки потребителю необходимо осуществить понижение напряжения. В качестве обслуживаемых объектов выступают производственные цеха, населенные типы поселкового или городского типа, микрорайоны и прочее.

Состав оборудования

Электрические станции и подстанции могут поставляться на участок монтажа в готовом, полностью собранном виде или же отдельными блоками и узлами, при этом оборудование будет носить название комплектное. Основные элементы и узлы:

  1. Камера для установки в ней аппаратуры, включая и трансформатор, а также шинопровод. Встречается два исполнения: полностью закрытое без сетчатых вставок и частично закрытое с ограждением в виде сетки.
  2. Сборные шины. Они в совокупности представляют целую систему. Электрические станции и подстанции могут содержать также отдельные секции, которые представляют собой те же сборные шины, отделенные коммутационным узлом.
  3. Токопроводящая система, включающая в себя шины или кабели, которые соединяются с изоляторами. Располагаются такие конструкции на поддерживающих опорах. Именно с помощью данного узла осуществляется передача электроэнергии.
  4. Трансформатор в количестве от одного до нескольких единиц.
  5. Распределительное устройство обеспечивает прием и дальнейшее распределение энергии. РУ состоит из нескольких узлов: коммутационная аппаратура, сборные шины, элементы управления и защиты.

Конструкция подстанции электрической

Такое электрическое разнотипное оборудование подстанций, как распред. устройства, встречаются в нескольких исполнениях: открытые, закрытые, комплектные. Первые и вторые из названных вариантов предполагают использование на открытом воздухе или в помещении. А комплектные исполнения, как и любая техника с подобным названием, представляют собой сборную установку, состоящую из готовых для подключения узлов.

Обзор существующих видов

Классифицируется оборудование такого рода в первую очередь по назначению.

При этом выделяют:

  • Генерирующие;
  • Потребительские;
  • Преобразовательно-распределительные.

Электрические генерирующие станции и подстанции представляют технику, ответственную выработку энергии, тогда как потребительские исполнения принимают электроэнергию от ЛЭП и обеспечивают потребности объектов разного целевого назначения. Преобразовательно-распределительные аналоги выполняют функцию по преобразованию напряжения с целью дальнейшего распределения.

Различают оборудование данного рода по набору задач, которые с его помощью решаются:

  • Трансформаторные установки;
  • Преобразовательные аналоги.

Электрическая схема трансформаторной распределительной подстанции позволяет понижать или повышать напряжение в соответствии с нуждами потребителя, тогда как преобразовательная техника ответственна за изменение электрических параметров (род тока, значение частоты).

Существует разделение таких установок и по уровню значимости в системе энергоснабжения:

  1. Главные понизительные;
  2. Глубокого ввода;
  3. (питают электротранспорт разного типа, будь то железнодорожные поезда, наземные или подземные средства передвижения);
  4. Комплектные – представляют собой сборную установку, состоящую из полностью готовых к подключению отдельных узлов.

Смотрим видео, что из себя представляет тяговая подстанция:

Другого рода классификация, представляет электрические станции и подстанции, отличные по схеме подключения:

  • Тупиковые – получают питание от одной соседней ПС;
  • Проходные – оборудование, представляющее собой единую линию с двусторонним питанием;
  • Узловые – являются ключевым звеном, так как помимо питающих установок соединяются еще и с транзитными;
  • Ответвительные – представляют собой часть разводки системы энергоснабжения.

Помимо выше перечисленных исполнений существует особый вид такой техники – автономная разнотипная подстанция электрическая. Ее особенность заключается в способности одновременно совмещать две важные функции: выработку электроэнергии, а также ее распределение далее по сети, откуда она поступает к потребителю.

Параметры и схема подключения

Существует несколько основных требований, предъявляемых к составлению схем соединения основных узлов электрооборудования, которые должны выполняться:

  1. Надежность энергоснабжения, безопасность потребителей.
  2. Минимальные затраты при эксплуатации и обслуживании оборудования.
  3. Удобство работы с техникой.
  4. Минимальный риск ошибки в чрезвычайных ситуациях, когда требуется переключение режимов работы оборудования.

Главная схема электрических соединений распределительной подстанции должна изображать основные узлы установки (РУ, силовые трансформаторы, коммутационные аппараты, защитные элементы и системы управления).

Различают два способа составления схем: многолинейные и однолинейные. В первом случае обязательно показываются все фазы установки, тогда как второй вариант предполагает включение изображения лишь одной фазы по причине идентичности.

На рисунке 1 показана однолинейная электрическая схема распределительной подстанции, которая раскрывает принцип работы установки, обеспечивающей нужды потребителей третьей категории. В качестве основных параметров выступает значение напряжения ВН и НН (на высшей и низшей стороне), а также мощность установки и тип трансформатора.

Нормы расположения и требования

Главные понизительные подстанции должны располагаться в непосредственной близости к участкам наибольшей нагрузки, цеховые установки всегда находятся как можно ближе к потребителю. Более предпочтительным вариантом является комплектная подстанция, так как в этом случае нет сильной зависимости от строительной части при ее монтаже.

Отдельно стоящие установки предполагают дополнительные траты на организацию подводящих сетей, а вместе с тем возрастают и потери. Гораздо более предпочтительным является встроенный вариант с вынесенным трансформатором.

Существуют допустимые пределы расположения электрооборудования данного типа относительно взрывоопасных обслуживаемых объектов: от 0,8 до 100 м. Выбор определенного значения из этого диапазона обуславливается степенью опасности, а также вариантом расположения (открытый, закрытый).

С целью обеспечить безопасную эксплуатацию, а также достаточный уровень надежности функционирования электрооборудования Правительством Российской Федерации определяется охранная зона электрической подстанции. Это означает, что на оговоренной территории, прилегающей к такого рода установкам, действуют ограничения на использования земельных участков по прямому назначению.

Таким образом, учитывая широкий выбор исполнений электроподстанций, их выбор должен основываться на соответствии главных параметров оборудования условиям эксплуатации. Только так можно обеспечить безопасность функционирования установки, что является ключевым моментом при составлении схемы подключения такой техники. Сложность проекта по организации системы энергоснабжения заключается в необходимости выбора большого количества оборудования, а также организации его слаженной работы. Поэтому нередко предпочтительным вариантом является именно комплектная подстанция.

Одним из основных средств регулирования напряжения в электриче­ских сетях является изменение коэффициентов трансформации трансформа­торов (автотрансформаторов) на понижающих подстанциях электрических сетей.

Трансформаторы (автотрансформаторы) имеют специальные ответвле­ния от обмоток, позволяющие изменять коэффи­циент трансформации и, следовательно, регули­ровать напряжение. Переключение ответвлений может осуществляться устройством переключе­ния без возбуждения (ПБВ) при отключении трансформатора от сети или устройством регули­рования под нагрузкой (РПН) без отключения трансформатора от сети.

Также, для регулирования напряжения используются специальные ли­нейные регулировочные трансформаторы, устанавливаемые или на подстан­циях, или непосредственно в уходящие от подстанции распределительные линии электропередачи.

Регулировочные ответвления двух и трехобмоточных трансформаторов выполняются в обмотке высшего напряжения. Ток в обмотке высшего на­пряжения меньше, чем в других обмотках, при этом облегчается работа уст­ройства РПН и уменьшаются его массогабаритные показатели.

С целью, упрощения рассмотрения основных принципов регулирования коэффициентов трансформации, будем в дальнейшем рассматривать схемы трансформаторов и устройств регулирования, в однолинейном исполнении, т.е. для одной фазы симметричных трехфазных устройств.

На рис. 8.1 приведена принципиальная схема трансформатора с уст­ройством ПБВ. Первичная обмотка, (обмотка высшего напряжения), имеет нулевое ответвление и четыре регулировочных: 2,5% и 5%. Вторичная обмотка, (обмотка низшего напряжения), имеет неизменное количество витков. Нулевое ответвление ПБВ соответствует но­минальному коэффициенту трансформа­ции . Другие ответвления соответст­вуют изменению коэффициента трансфор­мации в диапазоне 5%, (от 0,95 до 1,05 ). Для переключения регулировочных ответвлений необходимо отключать трансформатор от сети. Эти переключения производятся редко, например при сезон­ном изменении нагрузки. Такие трансфор­маторы не могут использоваться для регу­лирования напряжения при нагрузки в те­чении суток.

Принципиальная схема трансформатора с РПН приведена на рис. 8.2. Первичная обмотка имеет нерегулируемую (а) и регулируемую (b) части.

Количество ответвлений на регулируемой части первичной обмотки таких трансформаторов больше, чем у трансформаторов с ПБВ. Например, для трансформатора с номинальным высшим напряжением 115кВ диапазон регу­лирования напряжения составляет 9 1,78% . Эти трансформаторы имеют, кроме нулевого, еще 18 ответвлений. Из рис. 8.2 видно, что для от­ветвлений +1,+2,…. витки регулируемой обмотки включены согласно с не­регулируемой обмоткой. При работе на этих ответвлениях коэффициент транс­формации увеличивается. Для ответвлений -1, -2,… витки регулируемой об­мотки включены встречно с нерегулируемой обмоткой. При работе на этих ответвлениях коэффициент трансформации уменьшается.

На регулируемой части обмотки имеется переключающее устройство, состоящее из подвижных контактов К3 и К4, контакторов К1 и К2 и токоо­граничивающего реактора LR, в среднюю точку которого включен вывод не­регулируемой обмотки. При работе трансформатора на любом ответвлении ток нагрузки первичной обмотки распределяется поровну между двумя час­тями реактора. Токи в разных частях реактора направлены встречно, по­этому результирующий магнитный поток реактора и его индуктивное сопро­тивление практически равны нулю.

Пусть по условиям регулирования напряжения требуется переклю­читься с ответвления +2 на ответвление +1. Для этого отключается контактор К1, а подвижный контакт К3 переключается на ответвление +1. Контактор К1 включается. Секция обмотки между ответвлениями +1 и +2 оказывается замкнутой на реактор LR. Значительная индуктивность реактора ограничи­вает уравнительный ток, который возникает вследствие наличия напряжении на замкнутой секции. После этого отключают контактор К2, переводят под­вижный контакт К4 на положение +1 и включают контактор К2.

Трансформаторы с устройствами РПН позволяют регулировать напряже­ние при изменении нагрузки в течение суток. Такие трансформаторы снабжаются автоматическими регуляторами напряжения (АРН), которые реа­гируют на изменение напряжения на вторичной обмотки трансформатора, выдавая команду на переключение ответвлений устройства РПН.

Для повышения надежности работы устройства РПН следует исклю­чить его срабатывание при незначительных отклонениях напряжения, а также при значительных, но кратковременных отклонениях напряжения. Для этого АРН имеет зону нечувствительности, несколько большую половины одной ступени регулирования. В этом случае АРН выдает сигнал на пере­ключение ответвлений, если напряжение ближе к следующей ступени регу­лирования, чем к той, на которой в данный момент работает трансформатор.

Для отстройки устройства РПН от срабатывания при кратковременных значительных отклонениях напряжения в АРН предусматривается выдержка по времени от 1 до 3 минут.

Устройства РПН автотрансформаторов работают аналогично.

Линейные регулировочные трансформаторы TLприменяются для регу­лирования напряжения в отдельных линиях или группе линий и применяются в следующих случаях:

При реконструкции уже существующих сетей, в которых использу­ются трансформаторы без регулирования под нагрузкой. В этом случае для регулирования напряжения на шинах подстанции TLвключается последова­тельно с нерегулируемым трансформатором, рис. 8.3а;

Для регулирования напряжения на отходящих линиях. В этом случае TL включаются непосредственно в линии, рис. 8.3б.;

Для регулирования напряжения на подстанциях с трансформаторами с устройствами РПН, от которых питаются потребители с разным характером нагрузки, рис. 8.3в. Характер нагрузки потребителя 3 значительно отличается от характера нагрузки остальных потребителей;

Для регулирования низшего напряжения на подстанции с автотранс­форматорами, снабженными устройствами РПН в обмотке среднего напря­жения, рис. 8.3г.


Линейный регулировочный трансформатор - статиче­ский электриче­ский аппарат, который состоит из последо­вательного 2 и питающего1 транс­форматоров (рис.8.4). Первичная обмотка питающего трансформатора 3 мо­жет получать питание от фазы или от фаз . Вторичная обмотка 4 питаю­щего трансформатора содержит такое же устройство переключения

контактов под нагрузкой 5, как и в устройстве РПН силового трансформа­тора. Один конец первичной обмотки 6 последователь­ного трансформатора 2 подключен к средней точке вторич­ной обмотки 4 питающего трансформа­тора, другой - к пе­реключающему устройству 5. Вторичная обмотка 7 по­следовательного трансформатора соединена последовательно с обмоткой высшего напряжения (ВН) силового трансформатора, и добавочная ЭДС обмотки 7 складывается с ЭДС обмотки ВН.

Если на первичную обмотку3 питающего трансформатора подается на­пряжение фазы , то ЭДС обмотки ВН силового трансформатора с помощью устройства РПН, описанного выше, регулиру­ется по модулю (рис.8.5а).

При этом - модуль ре­зультирующей ЭДС обмотки ВН силового трансформатора и обмотки 7 линейного регулировочного трансформатора (ЛР) равен: ,

где модуль ЭДС в фазе обмотки ВН силового трансформатора.

Если обмотка 3 подключается к двум фазам и , то результирующая ЭДС обмоток ВН и 7 изменяется по фазе (рис. 8.5б): .

Регулирование напряжения по модулю, когда и совпадают по фазе (рис. 8.5а), называется продольным. При таком регулировании коэффи­циент трансформации - действительная величина. Регулирование напряже­ния по фазе, когда и сдвинуты на 90° (рис. 8.5б), называется попереч­ным. Регулирование напряжения по модулю и фазе называется про­дольно-поперечным (рис. 8.5в). В этом случае обмотка 3 подключена к фазам и . При продольно-поперечном регулировании коэффициент трансформа­ции - комплексная величина.

Аналогичны схемы включения и принцип работы линейного регуля­тора включенного в низшую обмотку автотрансформатора или в отходящие из ЦП линии электропередачи.

§6 Регулирование напряжения изменением сопротивления сети. (14В)

Напряжение у потребителя зависит от величины потерь напряжения в сети, которые в свою очередь зависят от сопротивления сетей. Например,

продольная составляющая падения напряжения в линии равна:

где - потоки мощности и напряжение в конце линии; , - ее активное и реактивное сопротивления, рис.8.6.


В распределительных сетях активное сопротивление больше реактив­ного, т. е. . При изменении сечения линии в распределительных сетях существенно меняются , и изменяются и напряжение потреби­теля.

Поэтому в этих сетях сечение часто выбирается по допустимой потере напряжения.

В питающих сетях, наоборот, , поэтому в значительной сте­пени определяется реактивным сопротивлением линий, которое мало за­висит от сечения. Изменение реактивного сопротивления применяют для ре­гулирования напряжения. Чтобы изменить реактивное сопротивление, необ­ходимо включить в линию конденсатор.

Предположим, что напряжение в конце линии до установки конденса­тора ниже допустимого:

Включим последовательно в линию конденсаторы так, чтобы повысить напряжение до допустимого :