Открытое распределительное устройство (ОРУ) - распределительное
устройство, оборудование которого располагается на открытом воздухе. Все
элементы ОРУ размещаются на бетонных или металлических основаниях.
Расстояния между элементами выбираются согласно ПУЭ. На напряжении 110 кВ и выше под устройствами, которые используют для работы масло
(масляные трансформаторы, выключатели, реакторы) создаются маслоприемники - заполненные гравием углубления. Эта мера направлена на снижение вероятности возникновения пожара и уменьшение повреждений при
аварии на таких устройствах. Сборные шины ОРУ могут выполняться как в виде жёстких труб, так и в виде гибких проводов. Жёсткие трубы крепятся на стойках с помощью опорных изоляторов, а гибкие подвешиваются на порталы с помощью подвесных изоляторов. Территория, на которой располагается ОРУ, в обязательном порядке огораживается.
Преимущества ОРУ:
ОРУ позволяют использовать сколь угодно большие электрические
устройства, чем, собственно, и обусловлено их применение на высоких классах напряжений.
При производство ОРУ не требуется лишних затрат на строительство
помещений.
Открытые распределительные устройства практичнее, чем ЗРУ в плане модернизации и расширения
Визуальный контроль всех аппаратов ОРУ
Недостатки ОРУ:
Затруднённая работа с ОРУ при неблагоприятных погодных условиях.
ОРУ намного больше, чем ЗРУ.
В качестве проводников для сборных шин ОРУ и ответвлений от них
применяются многопроволочные провода марок А и АС, а также жёсткие
трубчатые шины. При напряжениях 220 кВ и выше необходимо расщепление
проводов, чтобы уменьшить потери на коронирование.
Длинна и Ширина ОРУ зависит от выбранной схемы станции, расположения
выключателей (однорядное, двухрядное и т.д.) и линий электропередачи. Кроме того, должны быть учтены подъездные пути для автомобильного или
железнодорожного транспорта. ОРУ должно иметь ограду высотой не менее 2,4 м. В ОРУ токоведущие части аппаратов, проводники сборных шин и
ответвления от сборных шин во избежание пересечений размещают на
различной высоте в два и три яруса. При гибких проводах сборные шины
размещают во втором ярусе, а провода ответвлений в третьем.
Минимальное расстояние от проводников первого яруса до земли для 110 кВ
3600 мм, 220 кВ - 4500 мм. Минимальное расстояние по вертикали между
проводами первого и второго ярусов с учётом провеса проводов для 110 кВ - 1000 мм, для 220 кВ - 2000 мм. Минимальное расстояние между проводами второго и третьего ярусов для 110 кВ - 1650 мм, для 220 кВ - 3000 мм.
Минимальные допустимые изоляционные расстояния (в сантиметрах) в свету
на воздухе открытых установок между неизолированными проводами разных
фаз, между токоведущими частями или элементами изоляции, находящимися
под напряжением, и заземленными частями конструкций:
Комплектное распределительное устройство с элегазовой изоляцией
(КРУЭ)
Комплектное распределительное устройство с элегазовой изоляцией представляют собой ячейки, чье пространство заполнено элегазом под давлением, соединённые в различные схемы распределительных устройств согласно нормам технического проектирования. Ячейки КРУЭ изготавливают из унифицированных деталей, что делает возможным сборку ячеек различного назначения из одних и тех же элементов. К ним относятся: полюсы выключателей, разъединителей и заземлителей; измерительные
трансформаторы тока и напряжения; соединительные и промежуточные отсеки; секции сборных шин; полюсные и распределительные шкафы, шкафы системы контроля давления и шкафы трансформаторов напряжения. Ячейка каждого типа состоит из трех одинаковых полюсов и шкафов управления. Каждый полюс линейной, секционной или шинной соединительной ячейки имеет выключатель с приводом и элементами его управления, разъединитель с дистанционным электрическим приводом, заземлители с ручным приводом,
трансформаторы тока и полюсные шкафы. Ячейки трансформаторов напряжения не имеют выключателей и трансформаторов тока. Ячейки и их
полюсы соединяются одной или двумя системами однополюсных или трехполюсных шин.
Линейные ячейки имеют выводы для присоединения к токопроводам и
отходящим кабелям. Соединение ячеек с силовыми кабелями производится при помощи кабельных вводов специальной конструкции, а с воздушными линиями с помощью газонаполненных вводов.
Безопасность и надежность электроснабжения зависит от выключателей,
защищающих электрические сети от короткого замыкания. Традиционно на
электростанциях и подстанциях устанавливались выключатели с воздушной
изоляцией. В зависимости от номинального напряжения воздушного
выключателя, расстояние между токоведущими частями и землей может
составлять десятки метров, в результате чего для установки такого аппарата
требуется очень много места. Напротив, элегазовый выключатель очень компактен, и поэтому КРУЭ занимает сравнительно небольшой полезный объем. Площадь подстанции с КРУЭ в десять раз меньше площади подстанции с воздушными выключателями. Токопровод представляет собой алюминиевую трубу, в которой устанавливается токоведущая шина, и предназначен для соединения между собой отдельных ячеек и элегазового оборудования подстанции. Так же в ячейку КРУЭ встраиваются измерительные трансформаторы тока и напряжения, ограничители напряжения (ОПН), заземлители и разъединители.
Таким образом, ячейка содержит в себе все необходимое оборудование и
приборы для передачи и распределения электроэнергии различных напряжений. И все это заключено в компактный надежный корпус. Управление ячейками осуществляется в шкафах установленных на боковой стенки.
Распределительный шкаф вмещает в себя всю аппаратуру цепей дистанционного электрического управления, сигнализации и блокировки
элементами ячеек.
Применение КРУЭ позволяет значительно уменьшить площади и объемы,
занимаемые распределительным устройством и обеспечить возможность более легкого расширения КРУЭ по сравнению с традиционными РУ. К другим важным преимуществам КРУЭ можно отнести:
Многофункциональность - в одном корпусе совмещены сборные шины,
выключатель, разъединители с заземляющими разъединителями, трансформаторы тока, что существенно уменьшает размеры и повышает
надежность ОРУ;
Взрыво - и пожаробезопасность;
Высокая надежность и стойкость к воздействию внешней среды;
Возможность установки в сейсмически активных районах и зонах с повышенной загрязненностью;
Отсутствие электрических и магнитных полей;
Безопасность и удобство эксплуатации, простота монтажа и демонтажа.
Небольшие габариты
Стойкость к загрязнению.
Ячейки, отдельные модули и элементы допускают возможность компоновки КРУЭ по различным электрическим схемам. Ячейки состоят из трех полюсов, шкафов и сборных шин. В шкафах размещена аппаратура цепей сигнализации, блокировки, дистанционного электрического управления, контроля давления элегаза и подачи его в ячейку, питания приводов сжатым воздухом.
Ячейки на номинальное напряжение 110-220 кВ имеют трехполюсное
или пополюсное управление, а ячейки на 500 кВ - только пополюсное
управление.
В полюс ячейки входят:
Коммутационные аппараты: выключатели, разъединители, заземлители;
Измерительные трансформаторы тока и напряжения;
Соединительные элементы: сборные шины, кабельные вводы («масло элегаз»), проходные вводы («воздух-элегаз»), элегазовые токопроводы и
Стоимость КРУЭ достаточно велико перед традиционными видами РУ, поэтому применение нашлось только в случаях, где ее преимущества крайне необходимы- это при строительстве в стесненных условиях, в городских условиях для снижения уровня шума и для архитектурной эстетичности, в местах, где технически не возможно разместить ОРУ или ЗРУ, и на площадях где стоимость земли очень велика, а так же в условиях агрессивной среды для защиты токоведущих частей и увеличению сроку эксплуатации оборудования и в сейсмически активных зонах.
http://smartenergo.net/articles/199.html
Закрытое распределительное устройство (ЗРУ)
Закрытые распределительные устройства и подстанции.
Закрытые РУ наиболее часто сооружают до 10 кВ включительно. При затруднении с получением нужной для размещения ОРУ площадки, при расположении на предприятиях в стесненных условиях, в районах с загрязненным воздухом, разрушающе действующим на открытые токоведущие части и снижающим изоляционные свойства фарфора, а также в северных районах с очень низкой температурой и обильными снегопадами, строят ЗРУ 35 и 110 кВ. При этом ЗРУ 110 кВ сооружают с применением оборудования, предназначенного для ОРУ.
Закрытые РУ размещают в одно-, двух- или трехэтажных зданиях из унифицированных сборных железобетонных конструкций. Закрытые РУ 6 и 10 кВ и подстанции, размещают во встроенных, пристроенных или отдельно стоящих зданиях из кирпича или сборного железобетона, сооружаемых на фундаментах из железобетонных блоков.
Закрытые РУ 35 и 110 кВ размещают в отдельно стоящих зданиях из сборного железобетона. Размеры помещений зависят от типа применяемого электрооборудования, схемы главных цепей, схемы заполнения и допустимых размеров ширины коридоров и проходов в ЗРУ, камерах трансформаторов и помещениях щитов (табл. 4). При компоновке ЗРУ и подстанций учитывают действующие строительные стандарты и размеры типовых элементов из сборного железобетона: железобетонные плиты, балки, кровельные и междуэтажные перекрытия.
При проектировании помещений ЗРУ и подстанций учитывают требования ПУЭ, основные из которых приведены ниже. Помещения РУ отделяют от прочих помещений стенами или перегородками и перекрытиями. Распределительные устройства выше 1 и до 1 кВ, как правило, размещают отдельно. В зависимости от длины в помещении РУ устраивается один (при длине до 7 м) или два выхода (при длине свыше 7 и до 60 м), расположенные по его концам (допускается располагать выходы из РУ на расстоянии до 7 м от его торцов).
Двери из РУ открываются в направлении других помещений, наружу или в сторону РУ с низшим напряжением, и имеют самозапирающиеся замки, открываемые с внутренней стороны помещения без ключа. Устройство порогов в дверях не допускается.
Наибольшее распространение при монтаже современных ЗРУ и подстанций 6 и 10 кВ получили комплектные устройства. Комплектные распределительные устройства компонуются из сборных камер одностороннего обслуживания (КСО-272 и КСО-366) или шкафов КРУ-2-6, КРУ-2-10, КР-Ю/500, K-XII, K-XV. Они поставляются по заказным схемам с установленными в камерах и шкафах аппаратами главной цепи, с приборами защиты, измерения, учета и сигнализации, с полной ошиновкой и проводками вторичной цепи в пределах камер.
Открытое распределительное устройство (ОРУ)
Масляный выключатель в ОРУ
Открытое распределительное устройство (ОРУ) - это такое распределительное устройство, оборудование которого располагается на открытом воздухе. Все элементы ОРУ размещаются на бетонных или металлических основаниях. Расстояния между элементами выбираются согласно ПУЭ. На напряжении 110 кВ и выше под устройствами, которые используют для работы масло (масляные трансформаторы, выключатели,реакторы) создаются маслоприемники - заполненные гравием углубления. Эта мера направлена на снижение вероятности возникновенияпожара и уменьшение повреждений при аварии на таких устройствах.
Сборные шины ОРУ могут выполняться как в виде жёстких труб, так и в виде гибких проводов. Жёсткие трубы крепятся на стойках с помощью опорных изоляторов, а гибкие подвешиваются на порталы с помощью подвесных изоляторов.
Территория, на которой располагается ОРУ, в обязательном порядке огораживается.
Преимущества
§ ОРУ позволяют использовать сколь угодно большие электрические устройства, чем, собственно, и обусловлено их применение на высоких классах напряжений.
§ Изготовление ОРУ не требует дополнительных затрат на строительство помещений.
§ ОРУ удобнее ЗРУ в плане расширения и модернизации
§ Возможно визуальное наблюдение всех аппаратов ОРУ
Недостатки
§ Эксплуатация ОРУ затруднена в неблагоприятных погодных условиях, кроме того, окружающая среда сильнее воздействует на элементы ОРУ, что приводит к их раннему износу.
§ ОРУ занимают намного больше места, чем ЗРУ.
Комплектное распределительное устройство (КРУ) - распределительное устройство, собраное из типовых унифицированых блоков (т. н. ячеек) высокой степени готовности, собранных в заводских условиях. На напряжении до 35 кВ ячейки изготовляют в виде шкафов, соединяемых боковыми стенками в общий ряд. В таких шкафах элементы с напряжением до 1 кВ выполняют проводами в твердой изоляции, а элементы от 1 до 35 кВ - проводниками с воздушной изоляцией.
Для напряжений выше 35 кВ воздушная изоляция не применима, поэтому элементы, находящиеся под высоким напряжением помещают в герметичные камеры, заполненные элегазом. Ячейки с элегазовыми камерами имеют сложную конструкцию, внешне похожую на сеть трубопроводов. КРУ с элегазовой изоляцией сокращённо обозначают КРУЭ.
Область применения
Комплектные распределительные устройства могут использоваться как для внутренней, так и для наружной установки (в этом случае их называют КРУН). КРУ широко применяются в тех случаях, где необходимо компактное размещение распределительного устройства. В частности, КРУ применяют на электрических станциях, городских подстанциях, для питания объектов нефтяной промышленности (нефтепроводы, буровые установки), в схемах энергопотребления судов.
КРУ, у которого все аппараты размещены в одном отсеке, называется камерой сборной одностороннего обслуживания (КСО). Как правило, КСО действительно одностороннего обслуживания, чаще всего имеет открытые сборные шины, задняя стенка отсутствует.
Устройство КРУ 
Как правило, шкаф КРУ разделён на 4 основных отсека: 3 высоковольтных - кабельный отсек (ввода или линии), отсек выключателя и отсек сборных шин и 1 низковольтный - релейный шкаф.
§ В релейном отсеке (3) располагается низковольтное оборудование: устройства РЗиА, переключатели, рубильники. На двери релейного отсека, как правило, располагаются светосигнальная арматура, устройства учёта и измерения электроэнергии, элементы управления ячейкой.
§ В отсеке выключателя (4) располагается силовой выключатель или другое высоковольтное оборудование (разъединительные контакты, предохранители, ТН). Чаще всего в КРУ это оборудование размещается на выкатном или выдвижном элементе.
§ В отсеке сборных шин (6) располагаются силовые шины (8), соединяющие шкафы секции РУ.
§ Отсек ввода (5) служит для размещения кабельной разделки, измерительных трансформаторов тока (7) ,трансформаторов напряжения, ОПН.
РУ до 1000В.
Основным видом распределительных устройств напряжением до 1000 В являются распределительные щиты. С их помощью осуществляют питание внешних нагрузок и собственных нужд подстанций. Распределительные щиты разнообразны по схемам и по установленным в них аппаратам и приборам. Щиты комплектуют из панелей или шкафов, соединенных между собой в количествах и сочетаниях, соответствующих проектной схеме и строительной части щитового помещения. Панель (или шкаф) является полностью законченным элементом щита, а щит в целом - комплектным электротехническим устройством.
Панель представляет собой металлоконструкцию (каркас с лицевой панелью), на которой установлены аппараты и приборы для коммутации, измерения и защиты. Панели щита связаны сборными шинами и проводками вторичных цепей, к которым присоединяют аппаратуру, смонтированную на панелях. Они разделяются на вводные, линейные и секционные в зависимости от назначения установленных на них аппаратов, а также торцовые, назначение которых - защитное и декоративное закрытие боковых сторон крайних панелей щита. Панели всех серий имеют в своей основе единый каркас из гнутых стальных листов толщиной 2-3 мм с деталями из стальных гнутых профилей для креплений аппаратов и одинаковую конструкцию: две фасадные стойки, верхний фасадный лист для измерительных приборов, двери для обслуживания аппаратов, установленных на каркасе внутри, две задние стойки, поперечные и продольные связи. Рукоятки приводов автоматов и рубильников через прямоугольные отверстия выведены на фасад панели.
Монтаж щитов начинается с разметки места установки фундаментной рамы, которая должна быть установлена на первой стадии монтажных работ. Проверяются проходы между стеной и щитом, симметричное расположение продольных и поперечных осей щита к щитовому помещению, сопряжение с кабельными каналами и проемами с учетом отметки чистого пола.
Щиты устанавливают после окончания строительных и отделочных работ на фундаментной раме, выверяют в горизонтальной и вертикальной плоскостях и временно закрепляют. После установки, соединения блоков или панелей между собой и выверки щит окончательно закрепляют болтами или сваркой. Производят монтаж сборных шин и установку приборов, поступивших в отдельной упаковке.
Сложная иерархия современных электрических сетей включает в себя огромное количество различного электротехнического оборудования, среди которого трансформаторные подстанции выполняют роль звена, связующего и перераспределяющего электроэнергию. Они располагаются около или внутри населенных пунктов и обеспечивают комфортные условия для проживания людей.
В сельской местности еще можно встретить конструкции старых столбовых подстанций, работающих на открытом воздухе, которые принимают по высокой стороне воздушной линии 10 или 6 кВ и отдают 0,4 подключенным потребителям.
Внутри населенных пунктах с многоэтажными зданиями в целях безопасности чаще применяются кабельные линии, скрытые в земле, а трансформаторное оборудование располагается внутри специальных построек, закрытых на замки от несанкционированного проникновения.
Здание подобной трансформаторной подстанции, преобразующей напряжение 10 кВ в 0,4 показано на фотографии.
Внешнее отличие габаритов показанных подстанций, преобразующих напряжения одинаковых величин, свидетельствует о том, что они оперируют разными мощностями.
Подобные трансформаторные подстанции (ТП) получают электроэнергию по высоковольтным линиям электропередач 10 кВ (или 6) от удаленных распределительных устройств.
Фотография силового трансформатора, расположенного на ОРУ-110 и осуществляющего преобразование электроэнергии 110 кВ в 10, передаваемое по ЛЭП на ПС-10, показана на очередной фотографии.
Этот трансформатор имеет уже большие габариты и оперирует с мощностями до 10 мегаватт, располагается на открытой, огороженной территории, которая конструкцией оборудования четко разграничена на две стороны:
высшего напряжения 110;
низшего - 10 кВ.
Сторона 110 кВ воздушной ЛЭП соединяется с другой подстанцией, которая имеет еще большие габариты и преобразовывает огромные энергетические потоки.
Размеры только вводной опоры единичной воздушной ЛЭП позволяют визуально оценить значительность потоков электроэнергии, пропускаемых через нее.
Приведенные фотографии свидетельствуют, что трансформаторные подстанции в энергетике перерабатывают энергию электричества различных напряжений и мощностей, монтируются разнообразными конструкциями, но имеют общие черты.
Состав оборудования трансформаторной подстанции
Условия работы
Каждая ПС создается под конкретные условия эксплуатации с расположением:
на открытом воздухе - открытые распределительные устройства (ОРУ);
внутри закрытых помещений - ЗРУ;
в металлических шкафах, встроенных в специальные комплекты - КРУ.
По типу конфигурации электрической сети трансформаторные ПС могут выполняться:
тупиковыми, когда они запитаны по одной либо двум радиально подключенным ЛЭП, которые не питают другие ПС;
ответвительными - присоединяются к одной (иногда двум), проходящим ЛЭП с помощью ответвлений. Проходящие линии питают другие подстанции;
проходными - подключены за счет захода ЛЭП с двухсторонним питанием методом «вреза»;
узловыми - присоединяются по принципу создания узла за счет не менее чем трех линий.
Конфигурация сети электроснабжения накладывает условия на рабочие характеристики подстанции, включая настройку защит для обеспечения безопасной работы.
Основные элементы ПС
В состав оборудования любой подстанции входят:
силовой трансформатор, который непосредственно осуществляет преобразование электроэнергии для ее дальнейшего распределения;
шины, обеспечивающие подвод приходящего напряжения и отвод нагрузок;
силовые коммутационные аппараты с тоководами, позволяющие перераспределять электроэнергию;
системы защит, автоматики, управления, сигнализации, измерения;
вводные и вспомогательные устройства.
Силовой трансформатор
Он является основным преобразующим элементом электроэнергии и выполняется трехфазным исполнением. В его конструкцию входят:
корпус, выполненный в форме герметичного бака, заполненного маслом;
шихтованный магнитопровод;
обмотки стороны низкого напряжения (НН);
обмотки вводов высокого напряжения (ВН);
масляная система;
переключатель регулировочных отводов у обмоток;
вспомогательные устройства и системы.
Более подробно устройство силового трансформатора и автотрансформатора изложено .
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 .
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.
Силовые коммутационные аппараты
Трансформаторные подстанции при эксплуатации необходимо подключать под напряжение или выводить из работы для профилактического обслуживания или в случае возникновения аварийных ситуаций и неисправностей. С этой целью используются коммутационные аппараты, которые создаются различными конструкциями и могут:
1. отключать аварийные токи максимально возможных величин;
2. коммутировать только рабочие нагрузки;
3. обеспечивать разрыв видимого участка электрической схемы за счет переключения только при снятом с оборудования напряжении.
Коммутационные аппараты, способные отключать аварийные ситуации, работают в автоматическом режиме и называются «автоматическими выключателями». Они создаются с различными возможностями коммутации нагрузок за счет конструктивных особенностей.
По принципу использования запасенной энергии, заложенной в работу исполнительного механизма, их подразделяют на:
пружинные;
грузовые;
давления;
электромагнитные.
По способам гашения электрической дуги, возникающей при отключениях, они классифицируются на:
воздушные;
элегазовые;
вакуумные;
масляные;
автогазовые;
электромагнитные;
автопневматические.
Для управления исключительно рабочими режимами, характеризующимися только номинальными параметрами сети, создаются «выключатели нагрузки». Мощность их контактной системы и скорость работы позволяют успешно переключаться при обычном состоянии схемы. Но, ими нельзя оперировать для ликвидации коротких замыканий.
При разрыве электрической цепи под нагрузкой создается электрическая дуга, которая ликвидируется конструкцией выключателя. В обесточенной схеме для отделения определенного участка от напряжения используют более простые устройства:
1. разъединители;
2. отделители.
Взаимное расположение коммутационных аппаратов и шин
Любая трансформаторная подстанция создается по определенной электрической схеме, предполагающей обеспечение надежной работы, простоты управления в сочетании с минимумом затрат на ввод и эксплуатацию. С этой целью к трансформаторному устройству разными способами подключаются отходящие ЛЭП.
Наиболее простая схема предполагает подключение к ТП посредством силового выключателя Q одной секции шин, от которой отходят все присоединения. Для обеспечения условий безопасного ремонта оборудования выключатели со всех сторон отделяются разъединителями.
Если на ПС много присоединений, когда в схеме используются 2 силовых трансформатора, то может применяться секционирование за счет использования дополнительного выключателя, который постоянно находится в работе, а при возникновении неисправности на одной из секций разрывает цепь, оставляя в работе ту секцию, где нет поломки.
Использование в такой схеме обходной системы шин, образованной за счет подключения дополнительных выключателей и небольшой корректировки электрических цепей, позволяет переводить любое присоединение на питание от обходного выключателя, безопасно выполнять ремонт и обслуживание собственного.
В исходном состоянии все отход
ящие ЛЭП получают электроэнергию от обоих трансформаторов. Для этого шинные и секционные выключатели питают секции шин, а присоединения равномерно распределены по ним через свои коммутационные устройства.
Обходная СШ каждой секции вводится под напряжение только для случая перевода через нее питания присоединения, выключатель которого выведен в ремонт.
При возникновении короткого замыкания на одной из секций она отключается защитами со всех сторон, а все остальные с подключенными к ним ЛЭП остаются в работе. За счет такой схемы при КЗ на ОРУ обесточивается минимальное количество потребителей от всех работающих.
Приведенные схемы показаны для примера. Их существует большое разнообразие, которое позволяет наиболее оптимально эксплуатировать оборудование трансформаторной подстанции.
Защиты, автоматика, системы управления
Работа оборудования трансформаторной подстанции происходит в автоматическом режиме под дистанционным наблюдением оперативного персонала. Чтобы предотвратить серьезные повреждения внутри сложной дорогостоящей системы применяются автоматические защитные устройства.
Они имеют чувствительные датчики, которые воспринимают начало возникновения аварийных процессов и, обрабатывая полученную информацию, передают ее на защиты.
Такими датчиками могут работать механические приборы, реагирующие на:
повышение температуры;
возникновение вспышки света;
резкое возрастание давления внутри закрытой ячейки;
образование дыма;
начало газообразования внутри жидкостей или другие признаки.
Однако, основная нагрузка по определению начала аварийных режимов возложена на электрические устройства - измерительные и .
Они с высокой точностью моделируют электрические процессы, происходящие в первичной схеме силового оборудования и передают их в органы сравнения, которые определяют момент возникновения неисправностей.
Полученный сигнал от них воспринимают логические блоки, обрабатывающие поступившую информацию для передачи исполнительной команды на отключающие устройства конкретных автоматических выключателей.
У малогабаритных трансформаторных подстанций, размещенных внутри крытых сооружениях, защиты могут располагаться в отдельной ячейке или шкафу.
На подстанциях, преобразующих напряжение 110 кВ и выше, для размещения релейных вторичных цепей требуется отдельное здание с большим количеством панелей. На них монтируют системы управления, автоматики и защиты:
каждого трансформатора;
ошиновки;
шин;
отходящих линий;
пожаротушения.
К этим устройствам подключаются системы сигнализации, работающие в местном и дистанционном режиме для передачи оперативному персоналу достоверных сведений о происходящих коммутациях в электрической сети. Наиболее важная информация о положении ответственных элементов оборудования передаются по каналам телесигнализации.
Используемые многие десятилетия релейные защиты постепенно вытесняются микропроцессорными малогабаритными модулями, облегчающими эксплуатацию.
Однако, их массовое использование сдерживается высокой стоимостью и отсутствием точных международных стандартов для всех производителей. Ведь при поломке отдельного специфичного блока пользователю приходится обращаться к конкретному заводу для замены возникшей неисправности.
Распределительное устройство (РУ) - это электроустановка, предназначенная для приема и распределения электрической энергии, содержащая электрические аппараты, шины и вспомогательные устройства. Электрические станции, понижающие и повышающие подстанции, обычно имеют, несколько распределительных устройств разных напряжений (РУ ВН, РУ СН, РУ НН).
По существу РУ – это конструктивное выполнение принятой электрической схемы подстанции , т.е. расстановка электрических аппаратов внутри помещений или на открытом воздухе с соединениями между ними голыми (редко изолированными) шинами или проводами строго в соответствии с электрической схемой.
Для энергетической системы РУ является узлом сети, оборудованным электрическими аппаратами и защитными устройствами, служащими для управления распределением потоков энергии, отключения поврежденных участков, обеспечения надежного электроснабжения потребителей.
Каждое РУ состоит из подходящих и отходящих присоединений, которые связаны между собой сборными шинами, перемычками, кольцевыми и многоугольными соединениями, с размещением различного числа выключателей, разъединителей, реакторов, измерительных трансформаторов и прочих электрических аппаратов, обусловленных принятой схемой. Все аналогичные присоединения выполняются одинаково, так что РУ собирается из стандартных, как бы типовых, ячеек.
РУ должны отвечать определенным требованиям, наиболее важными из них являются: надежность работы, удобство и безопасность обслуживания при минимальных затратах на сооружение, пожарная безопасность и экономичность эксплуатации, возможность расширения, максимальное применение крупноблочных узлов заводского изготовления.
Надежность работы РУ обеспечивается правильным выбором и правильной установкой электрооборудования (электрических аппаратов, токоведущих частей и изоляторов), а также хорошей локализацией аварий с электрооборудованием в случае их возникновения. Кроме того, надежность работы РУ в большей степени зависит от качества выполнения строительных и электромонтажных работ.
РУ выполняются для всех применяемых напряжений. По аналогии с аппаратами они делятся на РУ до 1000 кВ, РУ высокого напряжения от 3 до 220 кВ, РУ сверхвысокого напряжения: 330, 500, 750 кВ и перспективные РУ ультравысоких напряжений 1150 кВ и выше.
По конструктивному выполнению подразделяют распределительные устройства на закрытые (внутренние), в которых все электрооборудование размещено внутри здания, и открытые (наружные), в которых все электрооборудование расположено на открытом воздухе.
Рис. 2.1. ГРУ 6 – 10 кВ с одной системой шин и групповыми реакторами (разрез по цепям генератора и группового реактора) 1- трансформатор тока, 2 – проходной изолятор, 3 – камера генераторного выключателя, 4 – привод выключателя, 5 – блок сборных шин, 6 – блок шинных разъединителей, 7 – привод шинных разъединителей, 8 – камера сдвоенного реактора, 9 – шинопровод, 10 – ячейки КРУ
Закрытое распределительное устройство (ЗРУ) - это распределительное устройство, расположенное внутри здания. Обычно их сооружают при напряжении 3 – 20 кВ. В установках больших напряжений, 35 - 220 кВ, закрытые распределительные устройства сооружают только при ограниченной площади под РУ, при расположении их в непосредственной близости от промышленных предприятий, загрязняющих воздух токопроводящей пылью или газами, разрушающими изоляцию и металлические части электрооборудования, а также вблизи морских побережий и в местностях с очень низкими температурами воздуха (районы Крайнего Севера).
Обслуживание ЗРУ должно быть удобным и безопасным. Для безопасности соблюдаются минимально допустимые расстояния от токоведущих частей до различных элементов ЗРУ
Неизолированные токоведущие части во избежание случайных прикосновении к ним должны быть помещены в камеры или ограждены. Ограждение может быть сплошным или сетчатым. Во многих ЗРУ применяется смешанное ограждение – на сплошной части ограждения крепятся привода выключателей и разъединителей, а сетчатая часть ограждения позволяет наблюдать за оборудованием. Высота такого ограждения должна быть не менее 1,9 м, при этом сетки должны иметь отверстия размером не более 25×25 мм, а ограждения запираться на замок.
Из помещений ЗРУ предусматриваются выходы наружу или в помещения с несгораемыми стенами и перекрытиями: один выход при длине РУ до 7 м; два выхода по концам при длине 7÷60 м; при длине более 60 м – два выхода по концам и дополнительные выходы с таким расчетом, чтобы расстояние от любой точки коридора до выхода не превышало 30 м. Двери РУ должны открываться наружу, иметь самозапирающиеся замки и открываться без ключа со стороны РУ.
ЗРУ должно обеспечивать пожарную безопасность. При установке в ЗРУ масляных трансформаторов предусматриваются меры для сбора и отвода масла в маслосборную систему. В ЗРУ предусматривается естественная вентиляция помещений трансформаторов и реакторов, а также аварийна вытяжка коридоров обслуживания открытых камер с маслонаполненным оборудованием.
Сборное распределительное устройство (СБРУ) монтируется из укрупненных узлов (шкафов, панелей и т.п.), изготовленных и укомплектованных на заводах или в мастерских. В СБРУ здание сооружается в виде коробки, без каких-либо перегородок, зального типа. Основу камер составляет стальной каркас, а перегородки между камерами выполняют из асбоцементных или гипсолитовых плит.
Рис. 2.2. ЗРУ 110 кВ зального типа (разрез по ячейке воздушного выключателя) 1- выключатель ВНВ-110 кВ, 2 – первая система шин, 3 – шинные разъединители, 4 –вторая система шин, 5 – обходная система шин, 6 – обходной разъединитель, 7 – конденсатор связи, 8 – линейный разъединитель.
Комплектное распределительное устройство (КРУ) - это распределительное устройство полностью изготовленное на заводах, состоящее из закрытых шкафов со встроенными в них аппаратами, измерительными и защитными приборами и вспомогательными устройствами; на месте все элементу КРУ лишь монтируются. Эти распределительные устройства в наибольшей степени отвечают требованиям индустриализации энергетического строительства, поэтому в настоящее время они становятся наиболее распространенной формой исполнения распределительных устройств. Применение КРУ позволяет ускорить монтаж распределительного устройства. КРУ безопасно в обслуживании, так как все части, находящиеся под напряжением, закрыты металлическим кожухом. В качестве изоляции между токоведущими частями в КРУ могут быть использованы воздух, масло, пирален, твердая изоляция, инертные газы. КРУ с масляной и газовой изоляцией могут изготовляться на высокие напряжения 220 – 500 кВ. Наша промышленность выпускает КРУ 3 – 35 кВ с воздушной изоляцией и 110 – 220 кВ с изоляцией из элегаза (в мировой практике до 800 кВ). Комплектные распределительные устройства наружной установки (КРУН) предназначены для открытой установки внепомещения. КРУН состоят из металлических шкафов со встроенными в них аппаратами, приборами, устройствами защиты и управления. КРУН рассчитаны для работы при температурах окружающего воздуха от -40 до +35 °С и влажностью воздуха не более 80%. КРУН могут иметь стационарную установку выключателя в шкафу или выкатную тележку с выключателем подобно КРУ внутренней установки.
Шкафы КРЗ-10 (рис. 2.3) для наружной установки 6 – 10 кВ предназначены для сетей сельского хозяйства, промышленности и электрификации железнодорожного транспорта. Шкафы КРЗ-10 рассчитаны на температуру окружающей среды от +50 до -45°С.
Вместе с тем в настоящее время широко сооружают также распределительные устройства смешанного типа, выполняемые частично как сборные и частично как комплектные.
Рис. 2. 4. Типовая компоновка ОРУ 110 – 220 кВ для схемы с двумя рабочими и обходной системами шин
1 – обходная СШ, 2 – разъединитель ОСШ, 3 – конденсатор связи, 4 – заградитель, 5 – линейный разъединитель, 6 – трансформатор тока, 7 – воздушный выключатель, 8 – вторая СШ, 9 – шинные разъединители килевого исполнения, 10 – шинные разъединители, 11 – первая СШ.
Открытое распределительное устройство (ОРУ) – это распределительное устройство, расположенное на открытом воздухе. Как правило, РУ в электроустановках напряжением 35 и выше сооружают открытыми. Широко распространены также простейшие открытые подстанции небольшой мощности с первичным напряжением 10(6)-35 кВ для электрификации сельскохозяйственных и загородных районов, промышленных поселков и небольших городов.
Все аппараты в ОРУ выполняются на невысоких основаниях (металлических или железобетонных). По территории ОРУ выполняются проезды для возможности механизации монтажа и ремонта оборудования. Шины могут быть гибкими из многопроволочных проводов или из жестких труб. Гибкие шины крепятся с помощью подвесных изоляторов на порталах, а жесткие – с помощью опорных изоляторов на железобетонных или металлических стойках.
Применение жесткой ошиновки позволяет отказаться от порталов и уменьшить площадь ОРУ.
Под силовым трансформаторами, масляными реакторами и баковыми выключателями 110 кВ и выше предусматривается маслоприемник, укладывается слой гравия толщиной не менее 25 см, и масло стекает в аварийных случаях в подземные маслосборники. Кабели оперативных цепей, цепей управления, релейной защиты, автоматики и воздухопроводы прокладываются в лотках из железобетонных конструкций без заглубления их в почву или в металлических лотках, подвешанных к конструкциям ОРУ.
ОРУ должно быть ограждено.
Преимущества ОРУ по сравнению с ЗРУ
1) меньший объем строительных работ; так кА необходимы лишь подготовка площадки, устройство дорог, сооружение фундаментов и установка опор;
2) существенная экономия строительных материалов (стали, бетона);
3) меньшие капитальные затраты;
4) меньшие сроки сооружения;
5) хорошая обозреваемость;
6) удобство расширения и легкость замены оборудования другим с меньшими или с большими габаритами, а также возможность быстро демонтажа старого и монтажа нового оборудования.
7) меньшая опасность распространения повреждений вследствие больших расстояний между аппаратами смежных цепей;
Недостатки ОРУ по сравнению с ЗРУ
1) менее удобное обслуживание, так как переключение разъединителей и наблюдение за аппаратами производятся на воздухе при любой погоде (низкие температуры, ненастье);
2) большая площадь сооружения;
3) подверженность аппаратов резкому изменению температуры окружающего воздуха, незащищенность их от загрязнения, запыления и т.д., что усложняет их эксплуатацию и принуждает применять аппараты специальной конструкции (для наружной установки), более дорогие.
Стоимость ЗРУ обычно на 10 – 25% выше стоимости соответствующих ОРУ.
В настоящее время в большинстве случаев применяют ОРУ так называемого низкого типа, при котором все аппараты располагаются в одной горизонтальной плоскости и устанавливаются на специальных основаниях сравнительно небольшой высоты; сборные шины укрепляются на опорах также сравнительно небольшой высоты.
Распределительным устройством (РУ)
называют электроустановку, служащую для приема и распределения электроэнергии и содержащую коммутационные аппараты, сборные
и соединительные шины, вспомогательные устройства (компрессорные, аккумуляторные и др.), а также устройства зашиты, автоматики и измерительные приборы.
Распределительные
устройства электроустановок предназначены для приема и распределения
электричества одного напряжения для дальнейшей передачи потребителям, а
также для питания оборудования в пределах электроустановки.
Если все или основное оборудование РУ расположено на открытом воздухе., оно
называется открытым (ОРУ): при его расположении в здании - закрытым (ЗРУ). Распределительное устройство, состоящее из полностью или частично закрытых шкафов
и блоков со встроенными в них аппаратами, устройствами защиты и автоматики, поставляемое в собранном или полностью подготовленном для сборки виде называют комплектным и обозначают для внутренней установки КРУ, для наружной - КРУН.
Центр питания
- распределительное устройство генераторного напряжения или распределительное устройство вторичного напряжения понизительной подстанции, к которые присоединены распределительные сети данного района.
Распределительные устройства (РУ) классифицируют по нескольким критериям, ниже приведем их виды и особенности конструкции.
Распределительные устройства до 1000 В
Распределительные устройства до 1000 В выполняются, как правило, в помещениях в специальных шкафах (щитах). В зависимости от назначения распределительные устройства 220/380 В (класс напряжения 0,4кВ) могут быть выполнены для питания потребителей либо исключительно для собственных нужд электроустановки.
Конструктивно распределительные устройства 0,4 кВ
имеют защитные аппараты (автоматические выключатели, плавкие предохранители), рубильники, выключатели-разъединители и соединяющие их сборные шины, а также клеммные колодки для подключения кабельных линий потребителей.
Помимо силовых цепей в низковольтных щитах может быть установлен ряд дополнительных устройств и вспомогательных цепей, а именно:
приборы учета электроэнергии и трансформаторы тока;
цепи индикации и сигнализации положения коммутационных аппаратов;
измерительные приборы для контроля напряжения и тока в различных точках распределительного устройства;
устройства сигнализации и защиты от замыканий на землю (для сетей конфигурации IT);
устройства автоматического ввода резерва;
цепи дистанционного управления коммутационными аппаратами с моторными приводами.
К низковольтным распределительным устройствам можно также отнести щиты постоянного тока, осуществляющие распределение постоянного тока от преобразователей, аккумуляторных батарей для питания оперативных цепей электрического оборудования и устройств релейной защиты и автоматики.
Высоковольтные распределительные устройства
Распределительные устройства класса напряжения выше 1000 В могут быть выполнены, как вне помещений – открытого типа (ОРУ) , так и внутри помещений – закрытого типа (ЗРУ) .
В закрытых распределительных устройствах оборудование размещается в сборных камерах одностороннего обслуживания КСО либо в комплектных распределительных устройствах типа КРУ .
Камеры типа КСО более предпочтительны для помещений ограниченной площади, так как они могут устанавливаться вплотную к стене либо друг к другу задними стенками. Камеры КСО имеют несколько отсеков, закрытых сетчатыми ограждениями либо сплошными дверцами.
КСО комплектуются различным оборудованием, в зависимости от их назначения. Для питания отходящих линий в камеру устанавливается высоковольтный выключатель, два разъединителя (со стороны шин и со стороны линии), трансформаторы тока, на лицевой стороне размещаются рычаги управления разъединителями, привод выключателя, а также низковольтные цепи и устройства защиты, реализованные для защиты и управления данной линией.
Камеры данного типа могут быть укомплектованы трансформаторами напряжения, разрядниками (ограничителями перенапряжения), предохранителями.
Распределительные устройства типа КРУ представляют собой шкаф, разделенный на несколько отсеков: трансформаторов тока и отходящего кабеля, сборных шин, выкатная часть и отсек вторичных цепей.
Каждый отсек изолирован друг от друга для обеспечения безопасности при обслуживании и эксплуатации оборудования шкафов КРУ. Выкатная часть шкафа, в зависимости от назначения присоединения может быть укомплектована выключателем, трансформатором напряжения, разрядниками (ОПН), трансформатором собственных нужд.
Выдвижной элемент относительно корпуса шкафа может занимать рабочее, контрольное (разобщенное) или ремонтное положение. В рабочем положении главные и вспомогательные цепи замкнуты, в контрольном - главные цепи разомкнуты, а вспомогательные замкнуты (в разобщенном последние разомкнуты), в ремонтном - выдвижной элемент находится вне корпуса шкафа и его главные и вспомогательные цепи разомкнуты. Усилие, необходимое для перемещения выдвижного элемента, не должно превышать 490 Н (50 кГс). При выкатывании выдвижного элемента проемы к неподвижным разъемным контактам главной цепи автоматически закрываются шторками.
Токоведущие части КРУ выполняются, как правило, шинами из алюминия или его сплавов; при больших токах допускается применение медных шин, при номинальных токах до 200 А - стальных. Монтаж вспомогательных цепей производится изолированным медным проводом сечением не менее 1,5 кв. мм, присоединение к счетчикам - проводом сечением 2,5 кв. мм, паяные соединения - не менее 0,5 кв. мм. Соединения, подвергающиеся изгибам и кручению, выполняются, как правило, многожильными проводами.
Гибкая связь вспомогательных цепей стационарной части КРУ с выдвижным элементом осуществляется с помощью штепсельных разъемов.
Шкафы КРУ, а также заземляющие ножи должны удовлетворять требованиям по электродинамической и термической стойкости к сквозным токам короткого замыкания. Для обеспечения требований по механической стойкости регламентировано количество циклов, которые должны выдерживать шкафы КРУ и его элементы: разъемные контакты главных и вспомогательных цепей, выдвижной элемент, двери, заземляющий разъединитель. Количество циклов включения и отключения встроенного комплектующего оборудования (выключатели, разъединители и др.) принимается в соответствии с ПУЭ.
Для обеспечения безопасности шкафы КРУ снабжаются рядом блокировок. После выкатывания выдвижного элемента все токоведущие части главных цепей, которые могут оказаться под напряжением, закрываются защитными шторками. Эти шторки и ограждения не должны сниматься или открываться без помощи ключей или специальных инструментов.
В шкафах КРУ стационарного исполнения предусматривается возможность установки стационарных или инвентарных перегородок для отделения частей оборудования, находящихся под напряжением. Не допускается использовать для заземления болты, винты, шпильки, выполняющие роль крепежных деталей. В местах заземления должны быть надпись «земля» или знак заземления.
Вид шкафа КРУ определяется схемой главной цепи КРУ. Основным электрическим аппаратом, определяющим конструкцию шкафа, является выключатель: применяются маломасляные, электромагнитные, вакуумные и элегазовые выключатели. Схемы вторичных цепей чрезвычайно разнообразны и полностью пока не унифицированы.
Комплектные устройства могут иметь различную конструкцию, например, с элегазовой изоляций – КРУЭ либо предусмотренные для наружной установки – КРУН , которые можно монтировать вне помещений.
Распределительные устройства открытого типа предусматривают установку электрического оборудования на металлических конструкциях, на бетонных фундаментах, без дополнительной защиты от внешних воздействий. Вспомогательные цепи оборудования ОРУ монтируют в специальных шкафах, имеющих защиту от механических воздействий и влаги.
Распределительные устройства, как закрытого, так и открытого типов классифицируются по нескольким критериям, в зависимости от их конструктивного исполнения (схемы).
Первый критерий – способ выполнения секционирования . Различают распределительные устройства с секциями шин и системами шин. Секции шин предусматривают питание каждого отдельного потребителя от одной секции, а системы шин позволяют переключать одного потребителя между несколькими секциями. Секции шин соединяются секционными выключателями, а системы шин – шиносоеденительными. Данные выключатели позволяют запитывать секции (системы) друг от друга в случае потери питания на одной из секций (систем).
Второй критерий – наличие обходных устройств – одной или нескольких обходных систем шин, которые позволяют выводить в ремонт элементы оборудования без необходимости обесточения потребителей.
Третий критерий – схема питания оборудования (для открытых РУ) . В данном случае возможно два варианта схемы – радиальная и кольцевая. Первая схема упрощенная и предусматривает питание потребителей через один выключатель и разъединители от сборных шин. При кольцевой схеме питание каждого потребителя осуществляется от двух-трех выключателей. Кольцевая схема более надежная и практичная в плане обслуживания и эксплуатации оборудования.