Как устроена трансформаторная подстанция 10 на 0,4 кВ

Энергетическая система состоит из множества структурных элементов, каждый из которых выполняют свою функцию в процессе передачи электроэнергии от электростанций до конечного потребителя. Подстанции 10 на 0,4 кВ осуществляют последний этап преобразования электроэнергии: от данных подстанций электроэнергия поступает напрямую к потребителю — в населенные пункты и на производственные предприятия. Рассмотрим, как устроена трансформаторная подстанция 10 на 0,4 кВ.

Существует несколько типов подстанций 10/0,4 кВ, устройство которых зависит от их мощности, назначения и условий работы.

Мачтовые и столбовые подстанции

На территории небольших населенных пунктов, дачных кооперативов для электроснабжения потребителей используются мачтовые и столбовые трансформаторные подстанции.

Основное преимущество данных подстанций — простота конструкции и удобство в обслуживании.

Столбовая трансформаторная подстанция устанавливается непосредственно на линейной опоре ВЛ-10 кВ (ВЛ-6 кВ) либо на отдельной стойке (опоре) типа СВ-105, СВ-110 и т.п. Отличие мачтовой подстанции в том, что она устанавливается между двух стоек (опор).

Устроена столбовая (мачтовая) подстанция следующим образом.

Непосредственно на опоре (стойке) монтируется рама крепления и силовой трансформатор небольшой мощности, обычно в диапазоне 16-160 кВА.

Над трансформатором монтируется рама с креплениями для высоковольтных предохранителей типа ПКТ, которые служат для защиты трансформатора от сверхтоков. От предохранителей вниз идут провода к вводам высокого напряжения силового трансформатора, а вверх идут проводники к питающей линии электропередач.

Для предотвращения схлестывания проводники от предохранителей к ВЛ дополнительно крепятся на опорных изоляторах, которые устанавливаются на специальной траверсе. На траверсе изоляторов также устанавливают разрядники или ограничители перенапряжения (ОПН), осуществляющие защиту от атмосферных и коммутационных перенапряжений в электрической сети.

Для возможности снятия напряжения и создания видимого разрыва электрической цепи на опоре может дополнительно устанавливаться высоковольтный разъединитель. Разъединитель устанавливается в разрыв питающего провода от ВЛ на отдельной раме. Привод разъединителя находится внизу опоры и соединяется валом с разъединителем. Рукоятка привода выполняется съемной, а сам привод фиксируется замком для предотвращения проведения операций посторонними лицами.

Под силовым трансформатором устанавливается шкаф низкого напряжения 0,4кВ. Данный шкаф подключается к вводам низкого напряжения трансформатора, в нем устанавливаются коммутационные и защитные аппараты – рубильники и предохранители либо автоматические выключатели, а также подключается кабель потребителей.

В зависимости от количества потребителей и величины нагрузки, может быть несколько отходящих линий, каждая из которых защищается отдельным автоматическим выключателем. Если электроснабжение потребителей осуществляется воздушной линией электропередач, то для защиты от перенапряжений могут устанавливаться ОПН.

Комплектные трансформаторные подстанции (КТП)

Следующий тип — комплектные трансформаторные подстанции. Это готовые решения, которые поставляются заводами-изготовителями в собранном виде либо отдельными блоками для дальнейшей сборки на месте установки.

В зависимости от мощности, КТП могут быть изготовлены в металлическом или в бетонном корпусе, либо в корпусе из сэндвич-панелей. В металлическом корпусе изготавливаются маломощные подстанции, такие КТП устанавливаются, как правило, в сельской местности. Также КТП данного типа могут применяться для питания потребителей на временных объектах (строительная площадка, пост охраны и др.).

Конструктивно металлические КТП имеют то же оборудование, что и мачтовые (столбовые) подстанции, только все эти элементы монтированы внутри металлического корпуса КТП. Само КТП устанавливается на предварительно монтированный фундамент или опоры.

Для удобства и безопасности при эксплуатации и обслуживании КТП, коммутационные и защитные аппараты разного напряжения монтируются в отдельных отсеках, имеющих запирающие устройства. В зависимости от конструкции КТП, силовой трансформатор может быть установлен в отдельном отсеке либо открытым способом – в этом случае над вводами трансформатора монтируется специальный металлический защитный кожух.

Корпус и металлические части оборудования КТП подлежат заземлению. Заземление необходимо для обеспечения безопасности при обслуживании КТП, а также для обеспечения работы системы заземления электрической сети.

Более мощные комплектные трансформаторные подстанции в бетонном корпусе или сэндвич-панелях устанавливают, как правило, в жилых кварталах для питания нескольких многоквартирных домов либо в зоне сосредоточения большой нагрузки.

Трансформаторная подстанция 10/0,4 кВ в специальной постройке

Помимо КТП для питания многоквартирных домов и других групп потребителей часто применяются подстанции, расположенные в специальных постройках. Здание для подстанции 10/0,4 кВ строятся по однотипным проектам с учетом местных условий и величины нагрузки потребителей.

В такой подстанции может быть установлен как один, так и несколько понижающих силовых трансформаторов мощностью, как правило, до 1000 кВА.

Для безопасности и удобства обслуживания распределительные устройства высокого и низкого напряжения находятся в разных помещениях. Силовой трансформатор также устанавливается в отдельной камере.

В распределительном устройстве 10 кВ устанавливаются высоковольтные выключатели или предохранители, а также разъединители либо выкатная тележка КРУ, которые обеспечивают видимый разрыв для безопасности обслуживания трансформатора и выключателя.

По стороне низкого напряжения устанавливается вводной автоматический выключатель, а также автоматические выключатели отходящих линий потребителей. Для безопасности работ по обслуживанию линий 0,4 кВ также необходимо обеспечить видимый разрыв – для этого в цепи устанавливают рубильники.

Для защиты электрической сети от перенапряжений по стороне ВН и НН устанавливаются разрядники или ОПН.

При необходимости контроля напряжения и нагрузки по стороне высокого напряжения устанавливаются трансформаторы тока и напряжения, а по стороне 0,4 кВ трансформаторы тока.

Трансформаторные подстанции на предприятиях

На промышленных предприятиях, где сосредоточено большое количество потребителей 0,4 кВ, для распределения электроэнергии монтируются распределительные устройства 0,4 кВ в отдельных зданиях или непосредственно в производственных помещениях. Распредустройство 0,4 кВ может быть выполнено на одном или нескольких щитах (панелях), которые получают питание от одного или двух трансформаторов 10/0,4 кВ.

Два источника питания (трансформатора) устанавливаются в том случае, если требуется обеспечить надежное и бесперебойное электроснабжение потребителя. В данном случае распределительное устройство разделяется на две секции шин, каждая из которых питается от отдельного трансформатора. Между секциями устанавливается автоматический выключатель с моторным приводом или контактор, посредством включения которого осуществляется подача напряжения на одну из секций в случае обесточивания одного из трансформаторов.

В данном распределительном устройстве помимо автоматов могут устанавливаться групповые рубильники, предназначенные для удобства обслуживания отдельных участков распределительного устройства. Для контроля режима работы оборудования на щитах устанавливаются сигнальные лампы, вольтметры, амперметры, приборы учета и, при необходимости, измерительные трансформаторы тока.

Также в щитах 0,4 кВ могут дополнительно монтироваться различные системы защиты и автоматики, например, защита от замыкания на землю, автоматика включения аварийного освещения и др.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Оборудование трансформаторных подстанций, как устроены подстанции

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Состав оборудования трансформаторной подстанции

Условия работы

Каждая ПС создается под конкретные условия эксплуатации с расположением:

на открытом воздухе — открытые распределительные устройства (ОРУ);

внутри закрытых помещений — ЗРУ;

в металлических шкафах, встроенных в специальные комплекты — КРУ.

По типу конфигурации электрической сети трансформаторные ПС могут выполняться:

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

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

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

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

Основные элементы ПС

В состав оборудования любой подстанции входят:

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

шины, обеспечивающие подвод приходящего напряжения и отвод нагрузок;

силовые коммутационные аппараты с тоководами, позволяющие перераспределять электроэнергию;

системы защит, автоматики, управления, сигнализации, измерения;

вводные и вспомогательные устройства.

Силовой трансформатор

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

корпус, выполненный в форме герметичного бака, заполненного маслом;

обмотки стороны низкого напряжения (НН);

обмотки вводов высокого напряжения (ВН);

переключатель регулировочных отводов у обмоток;

вспомогательные устройства и системы.

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

Шины подстанции

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

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

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

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

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

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

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

Для расположения шин применяется определенная конфигурация, которая может использовать:

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

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

Силовые коммутационные аппараты

Трансформаторные подстанции при эксплуатации необходимо подключать под напряжение или выводить из работы для профилактического обслуживания или в случае возникновения аварийных ситуаций и неисправностей. С этой целью используются коммутационные аппараты, которые создаются различными конструкциями и могут:

1. отключать аварийные токи максимально возможных величин;

2. коммутировать только рабочие нагрузки;

3. обеспечивать разрыв видимого участка электрической схемы за счет переключения только при снятом с оборудования напряжении.

Коммутационные аппараты, способные отключать аварийные ситуации, работают в автоматическом режиме и называются «автоматическими выключателями». Они создаются с различными возможностями коммутации нагрузок за счет конструктивных особенностей.

По принципу использования запасенной энергии, заложенной в работу исполнительного механизма, их подразделяют на:

По способам гашения электрической дуги, возникающей при отключениях, они классифицируются на:

Для управления исключительно рабочими режимами, характеризующимися только номинальными параметрами сети, создаются «выключатели нагрузки». Мощность их контактной системы и скорость работы позволяют успешно переключаться при обычном состоянии схемы. Но, ими нельзя оперировать для ликвидации коротких замыканий.

При разрыве электрической цепи под нагрузкой создается электрическая дуга, которая ликвидируется конструкцией выключателя. В обесточенной схеме для отделения определенного участка от напряжения используют более простые устройства:

Разъединителями оперируют, как правило, вручную при снятом напряжении. На подстанциях 330 кВ и выше управление разъединителями осуществляется электродвигателями. Это объясняется большими габаритами и механическими усилиями, которые сложно преодолеть вручную.

При включении разъединителя участок его цепи собирается в электрическую схему, а при отключении — выводится.

Отделители создаются для автоматического разделения напряжения с защищаемого участка при создании на нем бестоковой паузы удаленным выключателем.

Взаимное расположение коммутационных аппаратов и шин

Любая трансформаторная подстанция создается по определенной электрической схеме, предполагающей обеспечение надежной работы, простоты управления в сочетании с минимумом затрат на ввод и эксплуатацию. С этой целью к трансформаторному устройству разными способами подключаются отходящие ЛЭП.

Наиболее простая схема предполагает подключение к ТП посредством силового выключателя Q одной секции шин, от которой отходят все присоединения. Для обеспечения условий безопасного ремонта оборудования выключатели со всех сторон отделяются разъединителями.

Если на ПС много присоединений, когда в схеме используются 2 силовых трансформатора, то может применяться секционирование за счет использования дополнительного выключателя, который постоянно находится в работе, а при возникновении неисправности на одной из секций разрывает цепь, оставляя в работе ту секцию, где нет поломки.

Использование в такой схеме обходной системы шин, образованной за счет подключения дополнительных выключателей и небольшой корректировки электрических цепей, позволяет переводить любое присоединение на питание от обходного выключателя, безопасно выполнять ремонт и обслуживание собственного.

Бо́льшими удобствами обслуживания и повышенной надежностью обладают распределительные устройства, собранные на основе двух рабочих систем шин с обходной, когда они дополнительно разделены на секции.

В исходном состоянии все отходящие ЛЭП получают электроэнергию от обоих трансформаторов. Для этого шинные и секционные выключатели питают секции шин, а присоединения равномерно распределены по ним через свои коммутационные устройства.

Обходная СШ каждой секции вводится под напряжение только для случая перевода через нее питания присоединения, выключатель которого выведен в ремонт.

При возникновении короткого замыкания на одной из секций она отключается защитами со всех сторон, а все остальные с подключенными к ним ЛЭП остаются в работе. За счет такой схемы при КЗ на ОРУ обесточивается минимальное количество потребителей — ¼ от всех работающих.

Приведенные схемы показаны для примера. Их существует большое разнообразие, которое позволяет наиболее оптимально эксплуатировать оборудование трансформаторной подстанции.

Защиты, автоматика, системы управления

Работа оборудования трансформаторной подстанции происходит в автоматическом режиме под дистанционным наблюдением оперативного персонала. Чтобы предотвратить серьезные повреждения внутри сложной дорогостоящей системы применяются автоматические защитные устройства.

Они имеют чувствительные датчики, которые воспринимают начало возникновения аварийных процессов и, обрабатывая полученную информацию, передают ее на защиты.

Такими датчиками могут работать механические приборы, реагирующие на:

возникновение вспышки света;

резкое возрастание давления внутри закрытой ячейки;

начало газообразования внутри жидкостей или другие признаки.

Однако, основная нагрузка по определению начала аварийных режимов возложена на электрические устройства — измерительные трансформаторы тока и трансформаторы напряжения.

Они с высокой точностью моделируют электрические процессы, происходящие в первичной схеме силового оборудования и передают их в органы сравнения, которые определяют момент возникновения неисправностей.

Полученный сигнал от них воспринимают логические блоки, обрабатывающие поступившую информацию для передачи исполнительной команды на отключающие устройства конкретных автоматических выключателей.

У малогабаритных трансформаторных подстанций, размещенных внутри крытых сооружениях, защиты могут располагаться в отдельной ячейке или шкафу.

На подстанциях, преобразующих напряжение 110 кВ и выше, для размещения релейных вторичных цепей требуется отдельное здание с большим количеством панелей. На них монтируют системы управления, автоматики и защиты:

К этим устройствам подключаются системы сигнализации, работающие в местном и дистанционном режиме для передачи оперативному персоналу достоверных сведений о происходящих коммутациях в электрической сети. Наиболее важная информация о положении ответственных элементов оборудования передаются по каналам телесигнализации.

Используемые многие десятилетия релейные защиты постепенно вытесняются микропроцессорными малогабаритными модулями, облегчающими эксплуатацию.

Однако, их массовое использование сдерживается высокой стоимостью и отсутствием точных международных стандартов для всех производителей. Ведь при поломке отдельного специфичного блока пользователю приходится обращаться к конкретному заводу для замены возникшей неисправности.

Источник