Конструктивное исполнение электрических сетей, трансформаторных подстанций и распределительных устройств напряжением выше 1 кВ

Электрические сети промышленных предприятий напряжением выше 1 кВ могут иметь следующие номинальные напряжения:6,10,20,35,110 и 220 кВ. По назначению различают сети питающие, распределительные, местные и районные.

Питающими называют сети, передающие электроэнергию от энергосистемы предприятиям.

Распределительными называют сети, к которым непосредственно присоединяют электроприемники (6,10,20 и 35 кВ).

Распределительными также называют и сети более высокого напряжения (110, 220 кВ), если они питают подстанции глубокого ввода (ПГВ), расположенные на территории промышленного предприятия.

Местные электрические сети – это сети напряжением до 35 кВ обслуживающие небольшие районы с относительно малой плотностью нагрузки.

Районные электрические сети – это сети напряжением 110 кВ и выше, охватывающие большие районы и связывающие электростанции системы между собой и с центрами нагрузок.

По конструктивному исполнению электрические сети подразделяются на воздушные и кабельные линии.

Воздушной линией (ВЛ) называют устройство для передачи и распределения электроэнергии по проводам, проложенным открыто и прикрепленным изоляторами и арматурой к опорам.

К главным конструктивным элементам ВЛ относятся: опоры, провода, изоляторы, линейную арматуру, защитный грозотрос.

ВЛ в зависимости от напряжения подразделяют на три класса: I- выше 35 кВ; II- до 35 кВ; III – до 1 кВ.

Согласно ПУЭ, наименьшие значения площади сечения проводов ограничиваются по условиям механической прочности и снижения потерь на коронирование. ВЛ 6 кВ – 25 мм²; 35 кВ- 35мм²; 110 кВ – 70 мм²; 220 кВ – 240 мм².

Кабельной линией называют устройство для передачи электроэнергии, состоящее из одного или нескольких кабелей с соединительными, стопорными и концевыми муфтами (заделками) и крепежными деталями. Стоимость кабельных линий в 2-3 раза выше, чем ВЛ на напряжение 6÷35 кВ и в 5-8 раз – при напряжении 110 кВ.

При числе кабелей до 18 в одном направлении прокладывают в траншеях (по 6 кабелей в одной траншее). При числе кабелей 24 и более экономичнее эстакадный способ прокладки. При числе кабелей 30 и более возможна их прокладка в туннелях и коллекторах.

Сечение проводов ВЛ и КЛ должно быть таким, чтобы провода не перегревались при любой нагрузке в нормальном рабочем режиме, потеря напряжения не превышала установленные пределы, а плотность тока в проводах соответствовала экономической.

I_р = S_р/√3U_н, (3.1)

I_р≤ I_доп, (3.2)

где I_доп – длительно допустимый ток провода или кабеля по справочнику.

Потеря напряжения зависит от активного и индуктивного сопротивления линии.

ΔU = √3 I_р (Rcosφ + Хsinφ), (3.3)

∆U = (РR + QX)/U_н (3.4)

Допустимые потери напряжения на участках электросети:

- для ВЛ 6-10 кВ – 5%; для ВЛ 10-110 кВ, питающих ГПП предприятия – 10%.

Для сетей напряжением выше 1000В сечение провода определяется по экономической плотности тока и проверяется по нагреву длительно допустимым током.

F = I_р/j_э, (3.5)

где F – расчетное сечение (мм²), далее выбирается ближайшее стандартное; j_э – экономическая плотность тока, А/мм² в зависимости от материала проводника, места расположения линии и продолжительности использования максимума нагрузки.

Подстанцией называется электроустановка, служащая для преобразования и распределения электроэнергии и состоящая из трансформаторов, распределительных устройств, устройств управления, защиты и измерения.

В зависимости от потребляемой мощности и удаленности от источника питания различают следующие виды подстанций: узловая распределительная, главная понизительная, глубокого ввода, трансформаторный пункт.

Подстанции, целиком состоящие из комплектных узлов, называют комплектными подстанциями (КТП).

Схемы и основное электрооборудование главных понизительных подстанций (ГПП) включают в себя ОРУ (ЗРУ) на напряжение 6÷220 кВ и 6÷10 кВ, главные трансформаторы 35÷220/6÷10 кВ. трансформаторы собственных нужд (ТСН) 6-10/0,4 кВ, трансформаторы напряжения (ТН), конденсаторные батареи напряжением 6÷10 кВ, щиты управления электроснабжением и т.д.

На ГПП, как правило, устанавливаются два одинаковых по мощности трансформаторов на напряжение 35÷220/6÷10 кВ.

Компенсация емкостного тока замыкания на землю дугогасящими реакторами должна применяться при емкостных токах, превышающих значение 6 кВ-30А; 10 кВ-20А; 35кВ-10А.

В сетях 6-35 кВ с ВЛ на железобетонных и металлических опорах должны использоваться дугогасящие реакторы при емкостном токе замыкания на землю более 10А.

Для компенсации емкостных токов замыкания на землю в сетях должны применяться заземляющий дугогасящий реактор (ДГР) с ручным и автоматическим регулированием.

ДГР должны быть установлены на подстанциях, связанных с компенсируемой сетью не менее чем двумя ВЛ. Установка ДГР на тупиковых подстанциях не допускается.

ДГР должны быть подключены к нейтралям трансформаторов, генераторов или синхронных компенсаторов через разъединители.

Для подключения ДГР, как правило, должны использоваться трансформаторы со схемой соединения обмоток звезда-треугольник.

Подключение ДГР к трансформаторам, защищенным плавкими предохранителями не допускается

Подстанции 6-10/0,4 кВ по месту нахождения на территории предприятия классифицируются следующим образом:

- внутрицеховые, встроенные, пристроенные, отдельно стоящие.

На промышленных предприятиях применяют комплектные трансформаторные подстанции (КТП) для внутренней и наружной остановки (КТПН).

По роду установки КТП могут быть:

- внутренней установки с масляными, сухими или заполненными негорючей жидкостью трансформаторами;

- наружной установки (только с масляными трансформаторами);

- смешанной установки с расположением РУ высшего напряжения и трансформатора снаружи, а РУ низшего напряжения внутри помещения.

КТП можно разделить на четыре основные группы:

1. КТП наружной установки мощностью 25÷400 кВА напряжением 6-35/0,4 кВ, в основном мачтовые. КТП состоит из шкафа ввода ВН, трансформатора, шкафа НН, укомплектованного на отходящих линиях автоматическими выключателями.
2. КТП внутренней и наружной установки 160÷2500 кВА напряжением 10/0,4 кВ для электроснабжения промышленных предприятий.
3. КТП 35÷110/6÷10кВ, со стороны высокого напряжения ОРУ, сторона 6÷10 кВ – КРУН.

4. КТП специального назначения, перевозимые на салазках мощностью 160-630 кВА для электроснабжения стройплощадок, карьеров, рудников, шахт и т.д.

КТП комплектуется трансформаторами марки ТМФ, ТМЗ, ТСЗ, ТНЗ. Блок высоковольтного ввода выполняется трех типов: ВВ-1 – с глухим присоединением кабеля; ВВ-2- с присоединением кабеля через разъединитель; ВВ-3- с присоединением кабеля через разъединитель и предохранитель. Шкаф на стороне низкого напряжения выполняется по назначению: для ввода, секционный и линейный.

Для питания нагрузки до 1 кВ применяются трёхфазные трансформаторы с первичным напряжением 6-10 кВ, реже 35 кВ, вторичным – 380 или 660 В. Трансформаторы выпускаются с естественным охлаждением (заполненные маслом или негорючей жидкостью – совтолом) и естественным охлаждением и сухой изоляцией.

Трансформаторы выпускаются двух типов:

- открытого – с открытыми изоляторами и расширительным бачком для масла, для установки снаружи зданий или в специальных камерах;

- закрытого – изоляторы закрыты кожухом, с азотной подушкой для масла под небольшим избыточным давлением внутри трансформатора. Установка возможна внутри и вне зданий, применяются в основном для комплектных трансформаторных подстанций (КТП).

ТМ-100/10-97У1 – трёхфазный двухобмоточный трансформатор с естественным масляным охлаждением, номинальная мощность 100 кВА, класс напряжения 10 кВ, конструкция 1997 г., для районов с умеренным климатом, для установки на открытом воздухе.

ТСЗ-100/10-95У3 – трёхфазный сухой (С) трансформатор защищённого (З) исполнения, номинальная мощность 100 кВА, класс напряжения 10 кВ, конструкция 1995 г., для районов с умеренным климатом, для установки в закрытых помещениях с естественной вентиляцией.

С 1992 г. выпускаются масляные трансформаторы I и II габаритов (мощность до 630 кВА, класс напряжения до 35 кВ) типов ТМГ и ТМВГ новой серии. Отличительной особенностью этих трансформаторов является разъёмная герметизированная конструкция бака, позволяющая исключить контакт внутреннего объёма трансформатора с окружающей средой. Эти трансформаторы полностью, до крышки, заполнены трансформаторным маслом, и температурные колебания его объёма компенсируются за счёт изменения объёма бака с гофрированными стенками. Трансформаторы заполняют дегазированным маслом под глубоким вакуумом.

В зависимости от типа трансформатора бак изготовляют овальной или треугольной формы. Он состоит из верхней уголковой рамы, гофрированной стенки из тонкой листовой стали и нижней обечайки с приваренным дном. Из конструкции бака исключены маслорасширитель, термосифонный и воздушный фильтры и радиаторы охлаждения. Герметичное исполнение и применение гофрированных стенок бака позволяют существенно снизить массу и габариты трансформатора. Срок службы трансформаторов составляет 25 лет при сокращении объёма текущего ремонта и без проведения капитальных ремонтов.

Важным параметром подключения трансформатора к сети является группа и схема соединений его обмоток. Группой соединений называют угловое (кратное 30⁰) смещение векторов между одноимёнными вторичными и первичными линейными напряжениями холостого хода трансформатора. Возможны четыре схемы соединения силовых трансформаторов: звезда Y, звезда с выведенной нейтралью Y_н, треугольник ∆, зигзаг Z. Группа соединений указывается числами от 0 до 12. Например, 11 соответствует углу 330⁰.

На электрических станциях и подстанциях наибольшее распространение получили следующие схемы и группы соединений двухобмоточных трансформаторов:

- звезда-звезда с выведенной нейтралью Y/Y_н – 12;

- звезда-треугольник Y/∆ - 11;

- звезда с выведенной нейтралью – треугольник Y_н/∆ - 11.

В трёхобмоточных трансформаторах наиболее часто применяются соединения: звезда – звезда с выведенными нейтралями – треугольник Y/Y_н/∆ - 11,12.

Кроме вышеуказанных в цеховых ТП применяются следующие марки трансформаторов: ТМЗ – трёхфазный масляный закрытого типа, т.е. бак трансформатора повышенной прочности, нет расширителя для масла, не устанавливается газовое реле. Функции расширителя выполняет инертный газ (азот), находящийся под небольшим избыточным давлением, он же предохраняет масло от окисления; ТНЗ – то же самое только с негорючей жидкостью вместо масла (совтол); ТМФ – то же самое, только Ф – фланцевые соединения выполнены с повышенной прочностью.

Однофазные трансформаторы выпускаются только на напряжение 110 кВ и выше мощностью 10 МВА и выше (для соединения в трёхфазную группу). Для питания однофазных нагрузок на напряжение 380 и 660 В применяются стандартные трёхфазные трансформаторы. При этом необходимо учитывать, что при однофазной нагрузке величина тока в любой фазе не должна превышать номинальное значение, а нейтраль трансформатора не должна нагружаться более:

- 25% при схеме соединений Y/Y_н;

- 40% при схеме соединений Y/Z_н;

- 75% при схеме соединений ∆/Y_н.

Например, трансформатор 1000 кВА при схеме соединений Y/Y_н может быть загружен однофазной нагрузкой 220 В на мощность не более 1000/3*0,25 = 83 кВА. Такая пониженная пропускная способность нулевой точки создаёт затруднения при питании осветительной нагрузки с ЛЛ, в сетях которых сечение нулевого провода должно быть равно сечению фазного вследствие прохождения через него высших гармоник кратным трём.

НТД рекомендует в качестве основной схему соединений ∆/Y_н взамен широко применявшейся ранее Y/Y_н, поскольку она даёт меньшие сопротивления нулевой последовательности и улучшает условия защиты от однофазных КЗ.

Кроме пониженной пропускной способности при однофазной нагрузке трансформаторы со схемой соединения Y/Y_н имеют повышенное по сравнению с другими схемами значение сопротивления нулевой последовательности, что приводит к занижению уровня однофазных токов КЗ. Причиной является то, при замыканиях между фазой и нулевым проводом схема Y/Y_н создаёт неблагоприятные условия прохождения токов нулевой последовательности (т.н.п.). В первичной обмотке трансформатора т.н.п. отсутствуют (т.к. «звезда»), а во вторичной обмотке они создают магнитные потоки Ф₀, которые в каждое мгновение во всех трёх стержнях направлены в одну сторону, вследствие чего вынуждены замыкаться через изолирующую среду – слой масла, стенки бака, стяжные болты. В результате такого пути магнитного потока сопротивление нулевой последовательности такого трансформатора резко возрастает (приблизительно в десятикратном размере).

В трансформаторах со схемой соединения ∆/Y_н – т.н.п. циркулируют в первичной обмотке внутри треугольника и не выходят из него в линию. Они находятся в противофазе с т.н.п. вторичной обмотки, благодаря чему соответственно магнитные потоки в стержнях не возникают и сопротивление нулевой последовательности такого трансформатора получается небольшим, что важно для улучшения работы защиты от однофазных КЗ на землю. Кроме того, при схеме соединения ∆/Y_н трансформатор может нагружаться однофазной нагрузкой в три раза больше, чем при схеме соединения Y/Y_н.

По условиям надёжности действия защиты от однофазных замыканий следует применять трансформаторы со схемой соединения обмоток Y/Z_н при мощности до 250 кВА включительно и со схемой соединения ∆/Y_н при мощности 400 кВА и выше.

Дата добавления: 2014-01-14