Структура и основное оборудование распределительных сетей

Общие сведения. Чертеж, на котором показано соединение всехэлементов установки, составляющих цепь передачи ЭЭ от источника к потребителю, называется схемой электрических соединений.

По исполнению различают схемы полнолинейные (многолинейные) и однолинейные, а по назначению – принципиальные и монтажные. На многолинейных схемах все три фазы электроустановки показаны отдельно, на однолинейных схемах – одной линией. Однолинейные схемы составляют обычно для отдельных частей электроустановки (например, распределительного устройства ПС). Принципиальные однолинейные схемы содержат все элементы первичных цепей, включая генераторы, трансформаторы, выключатели, разъединители и другую аппаратуру. На полных однолинейных схемах указаны также контрольно-измерительные приборы, устройства защиты и автоматики. На монтажных схемах показывают все основное оборудование и приборы с учетом их взаимного топографического расположения, вида применяемой проводки, сечения и марки соединительных проводов, номеров зажимов и клемм. Монтажные схемы составляют для выполнения монтажных и ремонтных работ, проверки устройств автоматики и защиты.

При выполнении электрических схем применяют условные графические обозначения, которые должны строго соответствовать ГОСТам.

Схемы трансформаторных подстанций (ТП) и распределительных сетей. ТП, как правило, размещаются вблизи центров нагрузки, причем на ПС всех категорий обычно устанавливают два трансформатора. Установка одного трансформатора допускается, если обеспечиваются требуемая надежность электроснабжения потребителей и другие условия. По способу подсоединения ПС к питающей линии различают: тупиковые (блочные), ответвительные, проходные и узловые ПС.

Однотрансформаторные тупиковые ПС выполняются по блочной схеме «линия- трансформатор» на стороне высшего напряжения с разъединителем и предохранителем; с разъединителем, отделителем и ко-роткозамыкателем или выключателем и разъединителями.

Ответвительные ПС устанавливают на ответвлении от проходящей в районе ЛЭП. В их схемах предусмотрено сохранение питания транзитной линии при повреждениях на ответвлении. К проходной ПС непосредственно подходят транзитные ЛЭП 35–220 кВ.

В распределительных сетях основным оборудованием являются трансформатор, высоковольтный выключатель, короткозамыкатель, отделитель, разъединитель и др.

Трансформатор – статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования напряжения в сетях переменного тока.

Высоковольтный выключатель – электрический аппарат, предназначенный для отключения и включения цепей высокого напряжения более 1000 В под нагрузкой (в рабочем режиме) и при коротких замыканиях (КЗ). Он приводится в действие от релейной защиты или вручную. Головной высоковольтный выключатель устанавливается на питающей ПС в начале отходящей от нее линии.

Короткозамыкатель – электрический аппарат, предназначенныйдля создания искусственного КЗ на питающей линии при повреждениях на подстанции с целью отключения головного выключателя в начале питающей линии.

Отделитель – электрический аппарат, предназначенный для отделения поврежденной ПС, когда головной выключатель сработал при КЗ и находится некоторое время в отключенном состоянии при бестоковой паузе автоматического повторного включения. После повторного срабатывания головной выключатель снова включает всю линию, а поврежденная ПС остается отключенной отделителем. Схему подстанции с отделителем и короткозамыкателем можно использовать на ответви-тельной ПС.

Разъединитель – электрический аппарат, предназначенный длясоздания видимого разрыва в цепях при выводе оборудования в ремонт, а также для снятия напряжения с обесточенных частей электроустановок. Запрещается разъединителями отключать цепи под рабочим током и включать их под нагрузку.

Плавкий предохранитель – электрический аппарат, предназначенный для защиты цепей от токов КЗ. Он является аппаратом одноразово-го действия с пофазным отключением защищаемой линии и не требует внешних измерительных и управляющих цепей.

Выключатель нагрузки – электрический аппарат, предназначенный для включения и отключения нагрузочных токов цепей. Он не способен отключать токи КЗ.

К электрическим аппаратам до 1000 В относят автоматические выключатели, магнитные пускатели, контакторы, рубильники. Их функции аналогичны функциям аппаратов выше 1000 В (выключатели, выключатели нагрузки, предохранители, разъединители).

Область применения различных схем ПС определяется схемой электроснабжения и требованиями к ее надежности. Наиболее надежна схема ПС с выключателем и разъединителями на стороне высокого напряжения. Схемы ПС с предохранителями и отделителями с короткозамыкателями являются упрощенными, но менее надежными. Однако затраты на сооружение этих ПС значительно снижаются, так как короткозамыкатели и предохранители гораздо дешевле, чем высоковольт-ные выключатели.

По месту в системе электроснабжения различают трансформаторные подстанции районные (РТП) и потребительские (ПТП). Каждая ПС оборудована рассмотренными устройствами и аппаратами для приема ЭЭ, трансформации напряжения и распределения ЭЭ потребителям через отходящие линии. В зависимости от назначения ПС напряжение и мощность трансформаторов, а также их число могут быть различными. Так, на РТП устанавливают двух (трехобмоточные) трансформаторы 110/35/6(10) кВ, причем на крупных ПС при повышенных требованиях надежности электроснабжения их может быть несколько (мощность та-ких трансформаторов может быть от 630 до 10000 кВА). На ТП, подключенных к линиям 6(10) кВ, как правило, используют двухобмоточные трансформаторы напряжением 6(10)/0,38 По конструктивному исполнению ТП разделяют на открытые, закрытые и комплектные. На открытых подстанциях станционарного типа всё электрооборудование устанавливают вне помещений (его монтируют на месте установки при сооружении подстанции), на закрытых – внутри помещений (его монтируют на месте установки), а на комплектных подстанциях – в металлических шкафах. Шкафы изготовляются полностью на заводах как для открытой, так и для закрытой установки. Открытые подстанции в основном применяют для электроснабжения сельского хозяйства. До последнего времени ТП потребителей выпускались мачтовой конструкции с установкой трансформаторов на сложных деревянных и железобетонных опорах. На РТП открытыми выполняют РУ 35–110 кВ и трансформаторы; часть подстанции, предназначенную для распределения ЭЭ напряжением 10 кВ, изготовляют в комплектных металлических шкафах.

Секционирующие и распределительные пункты. Секционированную линию разбивают на участки, в начале которых устанавливают аппараты, отключающие их при авариях. При этом неповрежденная часть линии продолжает нормально работать. Секционирование линий в одной точке позволяет при авариях запитывать потребителей, расположенных между этой точкой и источником.

Действия всех секционирующих аппаратов согласовываются между собой и с действием головного выключателя. В качестве секционирующих аппаратов используют предохранители одно- или многократного действия, сетевые выключатели различных конструкций и автоматические отделители. В современных конструкциях секционирующих пунктов, особенно магистральных, применяют выключатели.

Распределительные устройства. Электроустановка, предназначенная для приема ЭЭ от генераторов, трансформаторов или ЛЭП, и ее распределения между потребителями называется распределительным устройством (РУ). Оно состоит из коммутационных аппаратов, сборных и соединительных шин, измерительных приборов и защиты. РУ электрических станций и подстанций выполняют закрытыми (ЗРУ) с расположением оборудования в зданиях и открытыми (ОРУ) с расположением всего или основного оборудования на открытом воздухе. Широко применяют комплектные РУ для внутренней (КРУ) и наружной (КРУН) установки. ОРУ обычно используют на напряжениях 35–750 кВ, а ЗРУ – на напряжениях 3–20 кВ, а также 35–220 кВ в случаях ограниченности площадей под РУ, повышенной загрязненности атмосферы и в тяжелых климатических условиях (Крайний Север). Все РУ выполняют, в соответствии с требованиями Правил устройства электроустановок (ПУЭ), Норм технологического проектирования электростанций и подстанций НТП) и другими нормативными материалами так, чтобы при нормальных условиях работы исключалась опасность для обслуживающего персонала, а при аварийных условиях не распространялось повреждение и исключались КЗ.

Линии электропередач. ЛЭП выполняют воздушными и кабель-ными, а также в виде специальных токопроводов различных конструкций. ВЛ сооружают на деревянных (при напряжении до 35 кВ), металлических или железобетонных опорах. Расстояния между проводами, проводами и заземленными частями зависят от уровня напряжения электрической сети, а между опорами и от климатических условий (гололед, ветер). КЛ выполняют как из одиночных кабелей, так и из их пучков. Кабель – это провод, заключенный в герметическую (например, свинцовую) оболочку, который можно прокладывать в воде, земле и на воздухе. Наиболее распространенный способ прокладки кабеля – непосредственно в земле, траншеях. В нашей стране обычно используют КЛ 6(10) реже 35 кВ. КЛ 110 и 220 кВ также редко применяют поскольку, по сравнению с воздушны-ми, они дороже (в 5–8 раз) и в них сложнее находить и устранять повреждения. Кроме того, для обслуживания КЛ требуется более квалифицированный персонал.

КЛ, по сравнению с воздушными, имеют следующие преимущества: более длительный срок службы, отсутствие потребности в материалах для опор; большую надежность эксплуатации из-за отсутствия внешних атмосферных воздействий (ветер, гололед, грозовые перенапряжения); отсутствие опор и проводов, загромождающих поля и улицы; значительное снижение опасности для людей и животных в случае аварий.

Основные параметры ЛЭП – пропускная способность, номинальное напряжение, число цепей, сечение проводов в фазе и конструктивное выполнение. Выбор этих параметров является сложной технико-экономической задачей.

Пропускная способность ЛЭП – наибольшая мощность, которую с учетом всех ограничивающих факторов целесообразно передавать по линии. Номинальное напряжение должно соответствовать ГОСТу, оно зависит от длины линии, места ее в энергосистеме и пропускной способности. Выбор суммарного сечения проводов в фазе осуществляется по специальной методике.

Режимы работы нейтралей. Общие точки обмоток генераторов

или трансформаторов, соединенных в звезду, называют нейтралями установок. От вида связи нейтралей машин и трансформаторов с землей в значительной степени зависит уровень изоляции электроустановок и выбор аппаратуры, перенапряжения и способы их ограничения, требования к защитам от КЗ, безопасность работы в электрических сетях, капиталовложения, надежность работы и т. п.

Заземление нейтралей, обусловленное режимом работы электрической сети, называется рабочим (защитное заземление, в отличие от рабочего, обеспечивает безопасность работы персонала, а грозозащитное – необходимые условия для функционирования систем защиты от перенапряжений). В зависимости от режима нейтрали электрические сети разделяют на четыре группы: с незаземленными, резонансно-заземленными, эффективно заземленными и глухозаземленными нейтралями.

В нашей стране к первой и второй группам относят сети напряжением 3–35 кВ, в которых нейтрали трансформаторов или генераторов изолированы от земли или заземлены через дугогасящие реакторы, к третьей группе – сети высокого и сверхвысокого напряжений (110 кВ и выше), нейтрали которых соединены с землей непосредственно или че-рез небольшое активное сопротивление, к четвертой – сети 220 и 380 В. Режим работы нейтрали определяет значение тока замыкания на землю, который протекает через нейтраль в результате аварийного режима (об-рыв провода, пробой изоляции), когда одна или несколько фаз имеют электрический контакт с землей.

Сети, в которых токи однофазного замыкания на землю составляют менее 500 А, называют сетями с малыми токами замыкания на землю (сети с незаземленными и резонансно-заземленными нейтралями), где более 500 А – сетями с большими токами замыкания на землю (сети с эффективно и глухозаземленными нейтралями). В сетях с незаземленными нейтралями возможны однофазные замыкания на землю, которые опасны для людей и животных и, кроме того, могут переходить в междуфазные КЗ. Поэтому в этих сетях предусмотрены специальные сигнальные устройства, извещающие персонал о возникновении однофазных замыканий на землю. Отыскание места повреждения должно начинаться немедленно и устраняться в кратчайший срок. В сетях 3–35 кВ для уменьшения тока замыкания на землю заземляют нейтрали через дугогасящие реакторы (вторая группа электрических сетей). Этот ток, компенсируемый индуктивным током катушки (реактора), не будет протекать через место замыкания на землю, благодаря чему дуга в месте повреждения не появляется и опасные последствия, связанные с ней, устраняются.