Выбор числа трансформаторов
Для трансформаторных подстанций используют схемы с одним или двумя трансформаторами. Распределительные устройства, в состав которых входит более 2 трансформаторов, встречаются только на предприятиях или электрических станциях, где применение небольшого их числа не соответствует условиям бесперебойности электроснабжения, условиям эксплуатации. Там экономически целесообразнее установить несколько трансформаторов сравнительно небольшой мощности, чем один или два мощных. Таким образом, проще проводить ремонт, дешевле обходится замена неисправного аппарата.
Устанавливают однотрансформаторные подстанции в случаях:
- электроснабжения потребителей III категории надежности;
- электроснабжения потребителей любых категорий, имеющих другие независимые линии питания и собственную автоматику резервирования, переключающую их на эти источники.
Но к однотрансформаторным подстанциям есть дополнительное требование. Потребители III категории по надежности электроснабжения, хоть и допускают питание от одного источника, но перерыв его ограничен временем в одни сутки. Это обязывает иметь эксплуатирующую организацию складской резерв трансформаторов для замены в случае аварийной ситуации. Расположение и конструкция подстанции не должны затруднять эту замену. При обслуживании группы однотрансформаторных подстанций мощности их трансформаторов, по возможности, выбираются одинаковыми, либо максимально сокращается количество вариантов мощностей. Это минимизирует количество оборудования, находящегося в резерве.
Киосковая подстанция
К потребителям третьей категории относятся:
- деревни и села;
- гаражные кооперативы;
- небольшие предприятия, остановка которых не приведет к массовому браку выпускаемой продукции, травмам, экологическому и экономическому ущербу, связанному с остановкой технологического процесса.
Схема питания потребителей III категории
Для потребителей, перерывы электроснабжения которых не допускаются или ограничиваются, применяют двухтрансформаторные подстанции.
| Категория электроснабжения | Время возможного перерыва питания | Схема питания |
| I | Невозможно | Два независимых источника с АВР и собственный генератор |
| II | На время оперативного переключения питания | Два независимых источника |
| III | 1 сутки | Один источник питания |
Отличие в питании категорий I и II – в способе переключения питания. В первом случае оно происходит автоматически (схемой автоматического ввода резерва – АВР) и дополнительно имеется собственный независимый источник питания. Во втором – переключение осуществляется вручную. Но минимальное количество трансформаторов для питания таких объектов – не менее двух.
Схема питания потребителей II категории
В нормальном режиме работы каждый из двух трансформаторов питается по своей линии и снабжает электроэнергией половину потребителей подстанции. Эти потребители подключаются к шинам секции, питаемой трансформатором. Второй трансформатор питает вторую секцию шин, соединенную с первой секционным автоматом или рубильником.
В аварийном режиме трансформатор должен взять на себя нагрузку всей подстанции. Для этого включается секционный автоматический выключатель. Для потребителей первой категории его включает АВР, для второй включение производится вручную, для чего вместо автомата устанавливают рубильник
Поэтому мощность трансформаторов выбирается с учетом питания всей подстанции, а в нормальном режиме они недогружены. Экономически это нецелесообразно, поэтому, по возможности, усложняют схему электропитания. Имеющиеся потребители III категории в аварийном режиме отключают, что приводит к снижению требуемой мощности.
Области применения одно- и двухтрансформаторных подстанций
Как правило, в системах электроснабжения применяются одно- и двухтрансформаторные подстанции. Применение трехтрансформаторных подстанций вызывает дополнительные капзатраты и повышает годовые эксплуатационные расходы. Трехтрансформаторные подстанции используются редко, как вынужденное решение, при реконструкции, расширении подстанции, при системе раздельного питания силовой и осветительной нагрузок, при питании резкопеременных нагрузок. Однотрансформаторные ТП 6-10/0,4 кВ применяются при питании нагрузок, допускающих перерыв электроснабжения на время не более 1 суток, необходимый для ремонта или замены поврежденного элемента (питание электроприемников III категории), а также для питания электроприемников II категории, при условии резервирования мощности по перемычкам на вторичном напряжении или при наличии складского резерва трансформаторов.
Однотрансформаторные ТП выгодны еще и в том отношении, что если работа предприятия сопровождается периодами малых нагрузок, то можно за счет наличия перемычек между трансформаторными подстанциями на вторичном напряжении отключать часть трансформаторов, создавая этим экономически целесообразный режим работы трансформаторов.
Под экономическим режимом работы трансформаторов понимается режим, который обеспечивает минимальные потери мощности в трансформаторах. В данном случае решается задача выбора оптимального количества работающих трансформаторов.
Такие трансформаторные подстанции могут быть экономичны и в плане максимального приближения напряжения 6-10 кВ к электроприемникам, уменьшая протяженность сетей до 1 кВ за счет децентрализации трансформирования электрической энергии. В этом случае вопрос решается в пользу применения двух однотрансформаторных по сравнению с одной двухтрансформаторной подстанцией.
Двухтрансформаторные ТП применяются при преобладании электроприемников I и II категорий. При этом мощность трансформаторов выбирается такой, чтобы при выходе из работы одного, другой трансформатор с учетом допустимой перегрузки принял бы на себя нагрузку всех потребителей (в этой ситуации можно временно отключить электроприемники III категории). Такие подстанции желательны и независимо от категории потребителей при наличии неравномерного суточного или годового графика нагрузки. В этих случаях выгодно менять присоединенную мощность трансформаторов, например, при наличии сезонных нагрузок, одно или двухсменной работы со значительной различающейся загрузкой смен.
Электроснабжение населенного пункта, микрорайона города, цеха, группы цехов или всего предприятия может быть обеспечено от одной или нескольких трансформаторных подстанций. Целесообразность сооружения одно- или двухтрансформаторных подстанций определяется в результате технико-экономического сравнения нескольких вариантов системы электроснабжения. Критерием выбора варианта является минимум приведенных затрат на сооружение системы электроснабжения. Сравниваемые варианты должны обеспечивать требуемый уровень надежности электроснабжения.
В системах электроснабжения промышленных предприятий наибольшее применение нашли следующие единичные мощности трансформаторов: 630, 1000, 1600 кВ×А, в электрических сетях городов — 400, 630 кВ×А. Практика проектирования и эксплуатации показала необходимость применения однотипных трансформаторов одинаковой мощности, так как разнообразие их создает неудобства в обслуживании и вызывает дополнительные затраты на ремонт.
Комплектные трансформаторные подстанции
Трансформаторные пункты часто выполняют сегодня из комплектных трансформаторных подстанций. Число трансформаторов может здесь варьироваться. Когда питаются потребители 3 категории, то, как правило, устанавливается один трансформатор. Когда в районе сконцентрирована значительная мощность нагрузки на 380 / 220 вольт, или когда питаются потребители 2 и 1 категорий, то трансформаторов ставится два.
Способы присоединения трансформаторных подстанций к питающим линиям различны, и подразделяются подстанции по этому признаку на:
- Тупиковые трансформаторные подстанции;
- Проходные трансформаторные подстанции;
- Ответвительные трансформаторные подстанции.
На тупиковую подстанцию питание подается отдельной линией. Для питания тупиковых подстанций используются радиальные схемы питания, либо такая подстанция является последней в магистральной схеме с питанием односторонним. Для проходных подстанций характерно включение в рассечку (в проход) магистральной линии питания, когда имеют место как вход, так и выход линии. Ответвительные подстанции подключаются через ответвления от питающих линий.
Будет интересно Что такое импульсный трансформатор и как его рассчитать
Трансформаторные подстанции бывают сборными или комплектными. Комплектные трансформаторные подстанции, сокращенно КТП, состоят полностью из комплектных узлов. Их изготавливают на заводах, затем доставляют этими узлами на место установки, то есть демонтаж оборудования здесь не требуется. На месте уже блоки, узлы и присоединения монтируют, подключают к питающим сетям.
КТП широко применяются на производственных предприятиях, где их устанавливают внутри или снаружи (КТПН). Сборные подстанции изготавливают на заводах отдельными элементами, затем на месте элементы собирают и монтируют. Любая трансформаторная подстанция включает в себя три главных блока:
- Распределительное устройство низшего напряжения;
- Трансформатор;
- Распределительное устройство высшего напряжения.
Зачастую для приема электроэнергии служат распределительные устройства высокого напряжения (РУВН), которые подают ее к трансформаторам. В некоторых случаях РУВН выполняют функции как приема, так и распределения электрической энергии. Распределительные же устройства низкого напряжения (РУНН) всегда и везде осуществляют только прием и распределение электроэнергии.
Трансформаторная подстанция.
Являясь одним из главных составляющих звеньев в системе электрификации любого крупного производственного предприятия, трансформаторная подстанция требует особо тщательного подхода к формированию наиболее рациональным способом схемы распределения электроэнергии. Место установки подстанции подбирается так, чтобы распределительная и трансформаторная подстанции всех необходимых параметров были бы расположены как можно ближе к центру обеспечиваемых ими групп нагрузок. Если от этой стратегии отступить, то возрастут потери, увеличится расход кабелей, проводов и т. д.
Подстанции классифицируются по месту их базирования на территории того или иного объекта на четыре типа:
- Отдельно стоящие подстанции, располагающиеся на каком-то расстоянии от зданий;
- Пристроенные подстанции, примыкающие непосредственно к стенам снаружи здания;
- Встроенные подстанции, располагающиеся в специализированных отдельных помещениях внутри строения или примыкающие изнутри сооружения к его стенам;
- Внутрицеховые подстанции, находящиеся внутри цехов, то есть электрооборудование размещается непосредственно в рабочем помещении, либо в закрытом помещении с выкаткой оборудования подстанции в цеха.
Промышленные сети с напряжением от 6 кВ до 10 кВ, с целью их сближения с электроприемниками, рекомендуется оснащать внутренними, интегрированными в здания или пристроенными к ним подстанциями. Для очень крупных многопролетных цехов значительной ширины наиболее подходящими являются внутрицеховые трансформаторные подстанции, к примеру для производств, связанных с деревообработкой, с металлообработкой, и для иных производств, для установки в котельных, в насосных, в компрессорных станциях.
Трансформаторная подстанция закрытого типа.
Монтаж таких подстанций осуществляют чаще всего возле колонн или возле закрытых помещений внутри цеха, за пределами зоны работы кранов. Эти подстанции подходят только для зданий второй и первой степени по огнестойкости, с производствами категорий Д и Г в соответствии с противопожарными нормами.
Мачтовые трансформаторные подстанции (МТП)
Комплектные трансформаторные подстанции мачтового типа (КТПМ) представляют собой однотрансформаторные подстанции наружной установки. КТП служат для приема электрической энергии переменного тока напряжением 6 (10), преобразования ее в электроэнергию напряжением 0,4 кВ для потребителей в районах с умеренным климатом (от минус 45°С до +40°С).
КТП предназначены для электроснабжения сельскохозяйственных потребителей (в т.ч. фермерских хозяйств, садово-огороднических участков), отдельных населенных пунктов и небольших объектов, относящихся к III категории по надежности электроснабжения.
Высоковольтный ввод в КТП — воздушный. КТП подключается к ЛЭП посредством разъединителя, который поставляется по заказу заказчика (устанавливается на ближайшей опоре). КТП обеспечивают учет активной электрической энергии. По требованию заказчика возможна установка счетчика реактивной энергии, а также счетчика любой модификации. Для создания нормальных условий работы индукционного счетчика предусмотрен обогрев.В КТП имеется фидер уличного освещения, который оснащен устройством ручного (автоматического) включения и отключения. Возможно исполнение КТП без фидера уличного освещения (по требованию заказчика).
В КТПМ предусматриваются следующие виды защит:
- от атмосферных перенапряжений;
- от междуфазных коротких замыканий;
- от перегрузки и коротких замыканий линий 0,4 кВ;
- от коротких замыканий цепей обогрева и цепей освещения ТП.
КонструкцияКТПМ
КТПМ изготавливается в виде конструкции, которая сваривается из листовой стали имеющей толщину два миллиметра. Подстанция состоит из двух шкафов – ВН и НН. Двери оснащены специальными замковыми устройствами под спецключи и петлями под установку обычных навесных замковых устройств. В шкафу низшего напряжения расположена панель управления РУНН, коммутационные устройства низкого напряжения и аппаратура, которая предназначена для обеспечения защиты подстанции и учета электрической энергии.
Шкаф высшего напряжения содержит высоковольтные предохранители и высоковольтные проходные изоляторы. Снаружи смонтированы траверсы для установки изоляторов и крепежные элементы, предназначенные для установки разрядников относящихся к типу РВО, а также крепления для установки ограничителей перенапряжения ОПН. При необходимости, конструкция подстанции комплектуется линейными разъединителями, сконструированными в соответствии с требованиями, предъявляемыми к разъединителям, относящимся к типу РЛНД, также подстанция производителем может комплектоваться разрядными устройствами и ограничителями.
1 – вентильный разрядник РВО (или ограничитель перенапряжений); 2 – шкаф РУВН; 3 – шкаф РУНН; 4 – трансформатор
Структура условного обозначения:
МонтажКТПмачтового типа
КТПМ монтируется на фундаментном основании, имеющем высоту не меньше 1-1,2 м, при этом расстояние при монтаже шкафа от поверхности земли до края токоведущего элемента должно быть в полном соответствии с требованиями предъявляемыми ПУЭ. Монтаж КТП мачтового типа должен проводиться в местах, которые не имеют в окружающем воздухе едких газов, испарений и пыли которые способны осуществлять разрушение металла, изоляции или покрытия шкафов подстанции.
Основные технические характеристики КТПМ
| Наименование параметра | Величина |
| Мощность силового трансформатора, кВА | 25-250 |
| Номинальное напряжение на стороне ВН, кВ | 6; 10 |
| Номинальное напряжение на стороне НН, кВ | 0,4/0,23 |
| Номинальный ток сборных шин ВН, А | 40-400 |
| Номинальный ток сборных шин НН, А | 5-40 |
| Номинальное напряжение, В: вторичных цепей постоянного/переменного тока цепей основного освещения переменного тока, | 220 220 |
| Климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150 | У1, УХЛ1 |
| Степень защиты по ГОСТ 14254 | IP23 |
| Уровень изоляции по ГОСТ 1516.1 с маслонаполненным трансформатором с сухим трансформатором | Нормальная |
| Габариты транспортных модулей КТП, мм: Высота. Ширина. Длина | В зависимости от модели СТП и конкретного заказа |
Преимущества КТПМ:
- безопасны для окружающей среды;
- конструкция способствует быстрому монтажу и пуску на месте эксплуатации, а также быстрому демонтажу при изменении места установки;
- имеют резиновые уплотнения на дверях;
- имеют привлекательный эстетический вид;
- комплектуются современными трансформаторами герметичного исполнения (серии ТМГ).
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:
- системы;
- секции.
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.
