Регулирование напряжения на понижающих подстанциях. Что такое подстанция электрическая? Электрические подстанции и распределительные устройства

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.

В целях экономии металла при изготовлении ЛЭП возникает необходимость в значительном повышении передаваемого напряжения и в свою очередь уменьшения потерь на этапе активного сопротивления. Чем выше напряжение, тем больше мощность, а значит, тем больше расстояние, на которое может быть передана электроэнергия. Электрическая подстанция представляет собой установку, используемую для распределения либо преобразования энергии. Электрические подстанции - это, безусловно, один из самых важных конструктивных элементов любой системы передачи и распределения электроэнергии. Наличие в устройстве трансформаторов позволяет осуществлять понижение и повышение величины напряжения.

Устройство электрической подстанции

Любая электрическая подстанция состоит из нескольких элементов, наиболее важным из которых является трансформатор, задача которого состоит в преобразовании электроэнергии, расщеплении, повышении или понижении линии. Работая на высоких мощностях трансформатор выделяет значительное количество тепла, которое отводится и рассевается благодаря конструкции, оснащенной радиатором. Для адекватной работы всех элементов конструкции важно, чтобы и подстанций осуществлялась специалистами. Еще один важный элемент устройства электрической подстанции - вводные конструкции под кабельные линии. Их задача - организовывать прием вводного напряжения, передавая его на вход трансформатора. После преобразования энергия передается на распределительное устройство (РУ), задача которого - принять и распределить электричество.

Кроме основных компонентов оборудование подстанции включает несколько модулей, выполняющих специфическую задачу.

• Разъединители

Осуществляют оперативное переключение в электросхеме РУ и создание видимого разрыва цепи. Разъединители нельзя разъединять под нагрузкой, так как они не имеют дугогасительных элементов. Состоят разъединители из неподвижных (закрепленных на изоляторах) и подвижных контактов.

• Измерительные компоненты

Трансформаторы, измеряющие электрические величины и питающие устройство релейной защиты. При максимальном значении величин, напряжение и выходной ток не превышают 100 В и 5 А.

Соединяют отдельные элементы РУ. Изготавливаются из меди либо алюминия.

• Регулирующие устройства

Реакторы, батареи, фазовращатели ограничивают значения тока.

• Нелинейный ограничитель и разрядники

Осуществляют защиту линий от коммутационных и атмосферных перенапряжений.

• Заземляющие устройства

Соединяют с землей части оборудования, изготовленные из металла.

• Силовые выключатели

Коммутационные компоненты, отвечающие за включение и выключение силовой цепи в режиме токовой нагрузки, перегрузки, холостого хода, короткого замыкания.

• Системы автоматики и защиты

Сюда входит система коммерческого и технического учета электрической энергии, система управления и так далее.

Классификация подстанций

Основные виды электрических подстанций являются распределительные и трансформаторные подстанции. Распределительная подстанция является узловой и осуществляет прием и распределение электрической энергии. Трансформаторная подстанция отвечает за уменьшение либо повышение значения напряжения благодаря наличию встроенного трансформатора.

В зависимости от способа присоединения к сети выделяют несколько видов подстанций:

• Ответвительная

Может быть присоединена к двум или одной линии глухой отпайкой, осуществляется по схеме 2-х блоков с короткозамыкателями и отделителями. Присоединяется к линиям 35-220 кВ.

• Проходная

Входит в рассечку двух или одной линии с одно- или двухсторонним питанием. Применяются подстанцию этого типа в простых замкнутых сетях. Для проходной подстанции может быть предусмотрена отходящая линия с разъединителем. Транзит мощности осуществляется через нормально замкнутую перемычку с выключателем.

• Промежуточная

Подстанция, необходимая для питания потребителей. Промежуточные подстанции могут присоединяться к двум или одной проходящим ВЛ, либо присоединяться путем захода ВЛ с одно/двухсторонним питанием.

• Транзитная

Используется для питания потребителей и передачи потоков мощности в смежные сети соседних энергосистем.

• Преобразовательная

Подстанция, служащая для приема и передачи мощности на постоянном токе. Характеризуется большой мощностью и значительным числом выпрямительных, параллельно работающих, агрегатов.

• Узловая

Тип подстанции, к которой может быть присоединено более 2-х линий, которые приходят от нескольких электроустановок.

• Тупиковая

Данная разновидность подстанции получает электроэнергию от электроустановки по нескольким или одной линии. Выполняются по схеме блока: трансформатор - линия с предохранителем и разъединителем электрическим.

Конструктивно РУ электрической подстанции может быть открытого типа (когда оборудование расположено под открытым небом) и закрытого типа (как правило, в условиях города).

Исходя из назначения подстанции классифицируются на системные и потребительские. На системных подстанциях происходит связь различных энергосистем или отдельных районов энергосистемы. Распределение электрической энергии между потребителями осуществляют потребительские подстанции. Мощность и назначение отдельно взятой подстанции определяется конфигурацией и схемой сети, в рамках которой подстанция подлежит эксплуатации, а также характером нагрузок, полученных от присоединенных потребителей

Наверняка каждый из нас замечал во дворе жилых домов будки, от которых отходит множество электрических проводов. Называется такое небольшое здание сложным на первый взгляд словом - электрическая трансформаторная подстанция.

Многие до сих пор не знают, что это за сооружение и для чего оно используется. Об этом мы и расскажем в этой статье.

Как известно, основным преимуществом электричества перед другими видами энергии является возможность его передачи на огромные расстояние с малыми потерями. Однако, небольшие потери всё равно неизбежны, так как провода обладают собственным сопротивлением и нагреваются в результате передачи по ним электрического тока.

Для того, что бы снизить потери при передаче до минимума необходимо передавать ток высоким напряжением, т.к. силу тока при этом можно снизить, в результате чего нагревание проводов значительно уменьшится, уменьшив в результате и потери тока. Принцип довольно простой - чем длиннее линия электропередачи (ЛЭП), тем большее напряжение на ней используется.

Генераторы электрического тока на электростанциях вырабатывают ток низкого для эффективной передачи на большие расстояния напряжения, поэтому на них используются трансформаторы повышающего типа.

После доставки тока до потребителя по линии электропередачи, для его использования в бытовых целях напряжение снова должно быть понижено до 500, 380 или 220 вольт, которые мы имеем в дома в розетке. Для этого используются трансформаторные подстанции понижающего типа.

Именно понижающими подстанциями и являются те сооружения, которые стоят в большинстве дворов жилых домов. Получая ток высокого напряжения они преобразуют его в 220-вольтный, который и используется для питания большинства бытовых электрических приборов.

Говоря простым языком, трансформаторная подстанция понижающего типа состоит из следующих основных частей.

• Вводная часть - прием тока высокого напряжения.
• Трансформатор - преобразование тока.
• Выводная часть - выход тока низкого напряжения.

Помимо разделения на повышающие и понижающие, трансформаторные подстанции принято разделять и на блочные комплектные и контейнерные комплектные. Первые отличаются от вторых лишь своим корпусом - блочная электроподстанция устанавливается в бетонном помещении и собирается на месте - то есть является стационарной. В подстанциях контейнерного типа в качестве корпуса используется металлическое сооружение, а собираются и укомплектовываются они на заводе-изготовителе. Такие подстанции являются транспортабельными и могут быть без проблем перемещены с одного места в другое.

Если вам интересны цены на эти агрегаты, вы можете ознакомиться с ними, например, в каталоге компаний http://www.ru.all.biz/ . Там представлены различные компании, занимающиеся производством и продажей трансформаторных подстанций.

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 :