Системы электроснабжения

Многоконтурные сложнозамкнутые схемы распределительных электрических сетей в отечественных СЭС не находят применения.

На рисунках 4—6 приведены принципиальные схемы электрических сетей трех охарактеризованных выше основных типов.

Рисунок 4.- Принципиальная схема распределительных электрических сетей 6-10 кВ и 380 В без резервирования линий и трансформаторов:

а- схема сети в целом; б- трансформаторная подстанция; в- вводное распределительное устройство в здание , ВРУ; ВЛ- воздушные линии; ИП- источник питания; РЗ- разъединитель; РБ- рубильник; ПВ, ПН- соответственно плавкие предохранители 6-10 кВ и 380 В; ТП- трансформаторная подстанция; Р- разрядник; В-выключатель.

Рисунок 5. - Принципиальная схема петлевых распределительных электрических сетей 6-10 кВ и 380 В:

              а- схема сети в целом, варианты; б- трансформаторная подстанция; в- вводное распределительное устройство в здание , ВРУ; АВР- устройство автоматического включения резервного питания; ВН- выключатель нагрузки; КТ- контакторы; АВ- автоматические выключатели; ИП- источник питания; РЗ- разъединитель; РБ- рубильник; ПВ, ПН- соответственно плавкие предохранители 6-10 кВ и 380В;

Рисунок 6.-Принципиальная схема двух магистральных автоматизированных распределительных электрических сетей 6-10 кВ и

380 В:

              а- схема сети в целом , варианты; б- трансформаторная подстанция; в- вводное распределительное устройство в здание , ВРУ; АВР- устройство автоматического включения резервного питания; ВН- выключатель нагрузки; КТ- контакторы; АВ- автоматические выключатели; ИП- источник питания; РЗ- разъединитель; РБ- рубильник; ПВ, ПН- соответственно плавкие предохранители 6-10 кВ и 380В; С1,С2- секции шин

Радиальные и магистральные схемы сетей 6—10 кВ и 380 В без резервирования воздушных линий при однотрансформаторных подстанциях 6—10 кВ и односекционных щитах вводных устройств 380 В представлены на рисунке 4. Данный тип схемы широко применяется в электроснабжении сельскохозяйственных населенных и производственных пунктов, относящихся к III категории по требованиям надежности электроснабжения. К ним не относятся крупные животноводческие и птицеводческие производственные комплексы, крупные зернохранилища, насосные установки систем орошения и т.п. Характерными номинальными мощностями трансформаторов 6—10/0,38 кВ являются 100—250 кВ · А, реже 60 и 400 кВ · А.

Петлевые схемы распределительных сетей 6—10 кВ и 380 В представлены на рисунке 5. Следует подчеркнуть необходимость подключения двух головных участков 6—10 кВ к разным секциям шин ИП. Это позволяет удовлетворить требования надежности питания ПЭ II категории при аварийных или плановых отключениях одной из секций шин ИП. Возможности в эксплуатационных режимах некоторых различий рабочих напряжений на двух секциях шин ИП, секционный выключатель отключен в нормальных режимах сети, также влияют на необходимость описанного выше отключения одной из линий кольцевой сети. При повреждении одной из линий рассматриваемой сети и отключении на ИП выключателя соответствующего головного участка теряет питание примерно половина ПЭ. После выявления поврежденной линии и необходимых оперативных переключений, эксплуатационным персоналом, восстанавливается питание всех ПЭ. Перерыв питания ПЭ должен составлять не более 1—2 часа..

Радиальные схемы и варианты магистральных схем распределительных сетей 6—10 кВ и 380 В с резервированием линий и трансформаторов ПС приведены на рисунке 6. Данные схемы при кабельных линиях, редко — при воздушных линиях, широко применяются в промышленности, а также в электроснабжении жилых районов городов при зданиях 12—25 этажей. В данных схемах головные линии 6—10 кВ должны подключаться , с помощью выключателей, к разным секциям шин одного ИП или к разным ИП. На напряжении 380 В трансформаторных ПС следует осуществлять автоматическое включение резервного питания, АВР, с применением контакторов или автоматических выключателей — в зависимости от номинальной мощности устанавливаемых трансформаторов, что обеспечивает надежное электроснабжение ЭП I категории, время срабатывания АВР — доли секунд. Характерными номинальными мощностями трансформаторов двухтрансформаторных ТП 6—10/0,38—0,66 кВ являются: в городском электроснабжении 400—1000 кВ · А; в промышленном — 400—2500 кВ · А.

1.2.6. Режим нейтрали электрических сетей

Электрические сети 380/220 В выполняются четырехпроводными, так как большая часть ЭП, все бытовые приборы, включая электрическое освещение — однофазные и включаются между фазным и нулевым проводниками. Поэтому в режиме однофазного короткого замыкания, на землю, при изолированном от земли нейтральном проводе человек, коснувшийся проводника одной из неповрежденных фаз, попал бы под междуфазное напряжение 380 В, которое больше условно принятого допустимым 250 В. В связи с указанным данные сети осуществляются с глухим заземлением нейтрали трансформаторов на стороне 380/220 В, в ТП 6—10/0,38 кВ. Это мероприятие исключает в описанном выше режиме попадание человека под напряжение более фазного 220 В. При таком решении образуются значительные токи однофазных замыканий на землю, что обеспечивает быстродействующее отключение проводника поврежденной фазы перегоранием плавкой вставки предохранителя или автоматическим выключателем, АВ, имеющимся на распределительном щите 380/220 В ТП и включенным в цепи отходящих линий.

Следует иметь в виду, что электрические сети 660/380 В часто выполняются трехпроводными, так как к ним подключаются только крупные трехфазные ЭП, двигатели, термические установки.

Электрические сети 6—10 кВ выполняются трехпроводными, так как к ним подключаются в основном трехфазные трансформаторы данных напряжений, ТП 6—10/0,38 кВ, а также весьма крупные трехфазные двигатели. Фазные проводники данных сетей, особенно при кабельном исполнении, обладают значительной емкостью по отношению к земле. Последнее приводит к тому, что при коротком замыкании одной из фаз на землю образуются контуры протекания токов короткого замыкания через индуктивности обмоток трансформаторов и линий, а также через емкостные проводимости всех фаз и землю, рисунок 7. Значения этих токов могут достигать десятков ампер и быть опасными для нагрева изоляции токоведущих проводников. Помимо этого при последовательно «включенных» индуктивностях и емкостях в рассматриваемом контуре протекания тока может образовываться резонанс напряжений с последующими пробоями изоляции в иных точках данной сети. Считается необходимым ограничивать токи данных замыканий значениями 30 А при номинальном напряжении 6 кВ, 25 А — при 10 кВ, 20 А — при 20 кВ и 15 А — при 35 кВ. Ограничение токов однофазных замыканий достигается включением в нейтраль сети 6—10 кВ дугогасящего реактора ДР, индуктивность которого равна или несколько больше емкости фаз сети, подключенной к шинам указанных напряжений ИП. На рисунке 7 представлена принципиальная схема включения такого реактора.

Рисунок 7.- Однофазное короткое замыкание на землю в сети 6-10 кВ с компенсированной нейтралью:

а- протекание тока однофазного замыкания; б- принципиальная схема включения дугогасящего реактора; Хфл и Хтр- соответственно реактивные сопротивления фазы линии и трансформатора 6-10/0,38 кВ; Lдр- индуктивность дугогасящего реактора ДР; Сфл- емкость фазы линии; Iк- ток замыкания на землю; ТТо- трансформатор тока нулевой последовательности; Т- токовое реле сигнализирующее о наличии замыкания на землю; А, В- амперметр и вольтметр.

В зависимости от схемы и от конкретных условий эксплуатации допускается кратковременная работа сети, 2—4 ч, при токах однофазных замыканий на землю, меньших указанных выше. При петлевых схемах сетей 6—10 кВ это время может быть использовано для оперативной работы с целью уменьшения времени перерыва электроснабжения ПЭ, смотри рисунок 5.

1.2.7. Конструкции линий, подстанций и их основного электрооборудования

Линии СЭС. Внешнее электроснабжение ПС 35—220 кВ в большинстве случаев осуществляется по воздушным линиям. Такие решения не противоречат современным тенденциям при расположении промышленных предприятий в периферийных районах городов и пригородных зонах. Однако линии глубоких вводов 110—220 кВ, передающие десятки и сотни мегаватт в центральные районы крупных городов, следует осуществлять подземными кабельными линиями. Такая конструкция этих линий экономически оправдана в связи с высокой стоимостью отчуждаемой территории жилых районов с учетом стоимости инженерного оборудования, транспорт, водопроводы и газопроводы и другие, безопасностью для населения, а также по архитектурным технико-эстетическим соображениям. Аналогичное применение кабелей 110—220 кВ наблюдается и при электроснабжении крупных промышленных предприятий, по историческим причинам оказавшихся в глубине территории города; известны такие решения при питании крупных подземных подстанций метрополитена и прилегающих к ним районов. До последнего времени описываемые линии выполнялись маслонаполненными кабелями низкого давления. В современный и перспективный периоды следует применять кабели с синтетической изоляцией.

Линии 6—10 кВ в сельских районах и населенных пунктах городского и коттеджного типа с застройкой зданиями до трех этажей обычно воздушные. Это связано со значительно меньшей стоимостью ВЛ по сравнению с кабельными. В настоящее время имеется возможность существенного повышения надежности воздушных линий данных напряжений и удешевления прокладки их трасс при применении так называемых самонесущих изолированных проводов, СИП.

На территориях промышленных предприятий и городов линии 6—10 кВ следует выполнять кабелями.

В жилых районах городов обычно применяется прокладка кабелей в траншеях, в грунте, а также в асбоцементных трубах или железобетонных блоках при пересечениях с улицами, бульварами и тому подобное. При прокладке 15—20 кабелей и более применяются специальные туннели, рисунок 8.

Рисунок 8-Прокладка кабелей до 10 кВ в городских и промышленных электрических сетях:

а- в траншее в земле; б- в туннеле; 1- кабели силовые; 2- контрольные кабели, кабели связи; 3- соединительная кабельная муфта; 4- электрическое освещение туннеля.

На промышленных предприятиях, где наблюдается значительная плотность использования территории, а также возможны химическое загрязнение грунта, попадание на грунт расплавленных металлов, применяются конструктивные замены подземных кабельных линий надземными их прокладками в галереях, рисунок 9.

Рисунок 9.- Прокладка кабелей до 10 кВ в цехах и по территории промышленных предприятий:

а- в каналах под полом цеха;   б- на внешних эстакадах;

1- кабели; 2- защитные ограждения; 3- солнцезащитный козырек;

Внутрицеховая прокладка кабеля выполняется в каналах, рисунок 9, полов цехов, а также магистральными распределительными шинопроводами. Последние представляют собой алюминиевые шины, изолированные от металлических коробов, прикрепляемых к строительным конструкциям цеха , рисунок 10. Данный тип внутрицеховой распределительной сети заслуженно получил широкое распространение как дающий широкие возможности различного расположения ЭП и его подключений, а также обеспечивающий высокую надежность внутрицеховых электросетей.

Рисунок 10.-  Внутрицеховая распределительная сеть 380В, выполненная шинопроводом:

а- поперечный разрез секции магистрального шинопровода;

б- шинопроводы цеха; 1- фаза шинопровода; 2- изоляторы; 3- кожух шинопровода; 4- комплектная трансформаторная подстанция цеха; 5- магистральный шинопровод; 6- распределительный шинопровод;

Понижающие подстанции СЭС. Значительное количество объектов СЭС получает электроэнергию с шин 6—10 кВ ПС 35—220 кВ ЭЭС. Так, практически все ПС железнодорожного транспорта, сельскохозяйственных районов, около 70—75 % предприятий черной металлургии, многие потребители жилых районов питаются от таких ИП.

Вместе с тем, для электроснабжения промышленных предприятий со средними и значительными установленными мощностями ЭП, 30 МВт и более, а также для питания электроэнергией центральных районов крупных городов экономически обосновано сооружать специальные главные понижающие ПС промышленных объектов, ГПП, и подстанции глубоких вводов, ПГВ, в городах.

Подстанции 35—220/6—10 кВ могут выполняться как с открытыми распределительными устройствами, РУ, высшего напряжения, располагающимися на территории, прилегающей к зданию, в котором размещаются РУ 6—10 кВ, диспетчерский пункт и другое, так и с закрытыми РУ всех номинальных напряжений. В связи с этим особо актуальной является всемерная экономия площадей, занимаемых ГПП и ПГВ. Данное условие наиболее полно реализуется при осуществлении указанных ПС с РУ 35—220 кВ из герметичных комплектных ячеек с элегазовой изоляцией, КРУЭ, и с закрытой установкой трансформаторов 35—220/6—10 кВ с принудительным охлаждением.

Подстанция 110 кВ указанного конструктивного выполнения с трансформаторами мощностью 2x63 MB · А занимает площадь не более 0,5—0,6 га, а ПС 220/110/10 кВ с автотрансформаторами мощностью 2x250 MB · А — в пределах 0,8—1 га. Аналогичные по установленной мощности трансформаторов ПС с открытыми распределительными устройствами высших напряжений и открытой установкой трансформаторов потребовали бы в 3—4 раза большей территории. Помимо указанного, при применении КРУЭ, обеспечивается экологическая безопасность для эксплуатационного персонала ввиду экранирования электрических и магнитных полей металлическими кожухами КРУЭ.

Сооружение закрытых ПС 35—220 кВ с электрооборудованием в виде воздушных или масляных выключателей, опорных разъединителей, открытых шин и тому подобное, приводит к увеличению объемов здания — сравнительно с применением КРУЭ — в 3,5—4 раза.

Современной и перспективной тенденцией является осуществление распределительных устройств 6—10 кВ ГПП и ПГВ с применением вакуумных или элегазовых выключателей, обладающих меньшими габаритами по сравнению с малообъемными масляными выключателями, а также имеющих большие предельные токи отключаемых коротких замыканий , до 40—50 кА.

Трансформаторные подстанции 6—10/0,38—0,66 кВ любой технологической области электроснабжения содержат вводное устройство 6—10 кВ, один или два трансформатора, распределительный щит 380/220—660/380В, аппараты защиты трансформаторов и линий вторичного напряжения от токов коротких замыканий, а также АВР в тех случаях, когда это требуется.

Трансформаторные подстанции выполняются как отдельно стоящими от производственных и жилых зданий, так и встроенными в здания.

В СЭС промышленных предприятий расположение ТП вне зданий достаточно часто применялось в прошедший период, но и в настоящее время это необходимо по условиям охраны труда в цехах, где продукты производства и выбросы в воздух взрывоопасны и пожароопасны.

В настоящее время в большинстве случаев применяются внутрицеховые ТП 6—10 кВ индустриального изготовления, представляющие собой комплекс конструктивных элементов и всего необходимого электрооборудования; комплектные трансформаторные пункты, КТП, выпускаются с трансформаторами типа ТМ мощностью от 250 до 2500 кВ · А, рисунок 11.