• Главная
  •  > 
  • Мультимедиа
  •  > 
  • Что такое подстанция электрическая? Электрические подстанции и распределительные устройства. Узнаем подробно о электрической подстанции

Что такое подстанция электрическая? Электрические подстанции и распределительные устройства. Узнаем подробно о электрической подстанции

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.

Трансформаторы напряжения характеризуются первичным и вторичным напряжением, классом точности, мощностью. Они бывают однофазные и трехфазные, двух-обмоточные и трехобмоточные с эпоксидной и масляной изоляцией. Несмотря на то что эпоксидные трансформаторы напряжения не имеют недостатков, свойственных масляным, они встречаются в схемах подстанций городского типа еще очень редко. Трансформаторы напряжения подсоединяют к точкам электрической цепи, между которыми хотят измерить напряжение. Включение трансформаторов напряжения 6-10 кВ производят разъединителями, а защиту электроустановок от их повреждения - предохранителями.

Трансформатор напряжения типа НОЛ (однофазный с литой изоляцией) представляет собой магнитопровод броневого типа из холоднокатаной стали, на среднем стержне которого расположены обмотки (рис. 1). Вторичная обмотка трансформатора является внутренней, первичная - внешней. Изоляция первичной и вторичной обмоток пропитана эпоксидным компаундом, обладающим хорошей адгезией с компаундом, которым заливают магнитопровод и обмотки, образуя литой блок 1.
Трансформатор может крепиться на конструкциях в любом положении с помощью двух металлический кронштейнов 2. На одном кронштейне есть болт заземления 3.


Рис. 1. Трансформатор напряжения типа НОЛ-10-06

Трансформатор напряжения НОМ (рис. 2) (однофазный, масляный) представляет собой сердечник из листовой стали, на котором расположены первичная и вторичная обмотки. Сердечник помещен в стальной бак 1 со съемной крышкой 2. В нее вмонтированы проходные изоляторы 3 а 4, через которые первичная обмотка (Выводы 5) соединяется с сетью высокого напряжения, а вторичная (выводы 6) - с различными приборами.


Рис. 2. Трансформатор напряжения типа НОМ

Для изоляции обмоток от стенок бака и создания лучших условий охлаждения бак заполняют трансформаторным маслом через отверстие в крышке, нормально закрытое винтовой пробкой 7. Для заземления на стенке бака трансформатора установлен болт 8.

В процессе ремонта почти любого РУ приходится сталкиваться с ремонтом измерительных трансформаторов напряжения, которые служат для преобразования напряжения любой величины в напряжение, удобное для измерения стандартными приборами (100 В), питания обмоток реле, отключающих устройств, а также для изолирования приборов и обслуживающего их персонала от высокого напряжения.

В ходе проведения ремонта подстанции трансформатор напряжения очищается от пыли и грязи и затем внимательно осматривается. Проверяются исправность эпоксидной и фарфоровой изоляции, надежность крепления трансформатора к конструкциям, количество масла в баке и отсутствие течи в его сварных швах и уплотнениях. Для исключения течи масла через уплотнения подтягивают скрепляющие болты. Если это не поможет, заменяют прокладку новой из пробки или маслостойкой резины. Для временного уплотнения пробку и маслостойкую резину можно заменить склеенным картоном толщиной 1,5 мм, промазанным бакелитовым лаком, или асбестовым шнуром диаметром 10-15 мм, пропитанным в течение 24 ч бакелитовым лаком при 25-30 °С, или пеньковым канатом диаметром 10-15 мм, пропитанным в течение 6-8 ч натуральной олифой при 50-60 °С.
Если течь масла обнаружена в сварном шве, то трансформатор заменяют. После устранения течи трансформатор заливают маслом. Как и у трансформаторов тока, у трансформаторов напряжения проверяют надежность контактных соединений трансформатора с внешними цепями, соединение вторичных обмоток с «землей».
Трансформаторы тока и напряжения, которые должны заменить поврежденный, подлежат испытанию, проверке на целость обмоток и проверке полярности обмоток (для трехфазных трансформаторов напряжения). Целость обмоток проверяется мегаомметром. Полярность проверяется по схеме, изображенной на рис. 3.


Рис. 3. :
1 - аккумулятор 1-2 В; 2 - рубильник; 3 - гальванометр; 4 - вторичная обмотка; 5 - первичная обмотка

При правильном обозначении выводов стрелка гальванометра в момент замыкания рубильника должна отклоняться вправо. Трансформатор с неправильно обозначенными выводами отправляют для пересоединения или перемаркировки. При проверке целости вторичной обмотки необходимо закоротить первичную обмотку.

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.

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.