Проектирование подстанций

Типы трансформаторных подстанций

Существует несколько типов подстанций, различаются они не только по тому, где располагаются. Схема размещения обуславливает и многие другие характеристики, в том числе и количество используемого оборудования, максимальные и минимальные показатели входящего тока, возможность работы на промышленных объектах. Компания ООО ЭПА предлагает качественные услуги проектирования трансформаторных подстанций и пусконаладочных работ трансформаторов.

Отдельно стоящая трансформаторная подстанция

 

Отдельно стоящая трансформаторная кабинка — самый распространенный тип. Представляет собой вариант, когда подстанция располагается отдельно от основного производственного здания. Оснащена собственными входами и выходами в электрической системе. По сути, так как нет ограничений в габаритах, может использоваться внутри любое оборудование

Важно согласовывать показатели с установленными предохранителями

 

Встроенные

Подстанции встроенного типа используются в непосредственной близости к источнику получения электрического тока. Вариация простая — ограждение сеткой и получение доступа специалистами в удобное время.

 

Пристроенные

Пристроенное оборудование выполняет идентичную функцию встроенному. Однако, располагается не на производстве, а за его пределами. Делается это в том случае, если подстанцию невозможно разместить внутри производственного помещения в связи с экологическими или санитарными нормами.

 

 

Обратить внимание следует на то, что не допускается монтировка встроенных и пристроенных подстанций в спальных корпусах школ и детских садов, учебных заведений, где устанавливается определенный порог уровня звука в децибелах

 

Подвального типа

Установка закрытого типа, пригодна, если нет вероятности возгорания и протечки воды. На производстве используется нечасто, так как избежать влияния факторов нельзя.

Комплектная трансформаторная подстанция

Выполняется в виде тупикового или проходного типа (мощность до 1000 кВт, напряжение на входе до 10 кВ). Предназначена для работы с трехфазным токов, пригодна для питания сельскохозяйственных объектов.

Мачтовая подстанция

Состоит из деревянных или железных стоек. Различают по типу А (мощность одной фазы трансформатора от 5 до 10 кВ), П (до 100) и АП (от 100). Площадки для проведения обслуживающих работ нет.

 

Киоскового типа

Есть отсеки для обслуживания, корпус выполнен из железа и бетона. Устанавливают в капитальных сооружения отдельно, при этом могут занимать пространство и в жилых зданиях при разработанной схеме.

Столбового типа

Трансформаторы и оборудование в шкафах из металла. Дополнительных мер безопасности не предусмотрено, так как в сооружения обычные люди попасть не могут.

Конструктивные особенности оборудования

Для того, чтобы правильно выбрать электроустановку необходимо четко представлять ее устройство и принцип работы. При транспортировке электроэнергии на большие расстояния происходит повышение-понижение напряжения, вызванное необходимостью снижения тепловых потерь в линии. Но для потребителя такие значения являются неприемлемыми, поэтому приходится использовать трансформаторные подстанции, которые повышают или понижают напряжение до потребляемого в 380 или 220 В.

В такие установки входят несколько объектов:

• Силовые трансформаторы;
• Распределительное устройство РУ;
• Автоматическая защита и управление;
• Вспомогательные конструкции.

Производится все оборудование на заводах и доставляется в место назначения в собранном или блочном виде.

Схема трансформаторной установки

Схема небольшой и большой мощности

Решения по этому вопросу обычно принимаются с учетом системы электроснабжения объекта и перспектив его развития. Разрабатывая схему трансформаторной подстанции, производитель стремиться сделать ее максимально проще, чтобы количество коммутационных аппаратов было минимально возможным. Для этого применяются устройства автоматики.

Основными положениями для энергоустановок всех напряжений можно считать:

• Использование шин одной системы;
• Применение блочных схем;
• Установка автоматических систем и телемеханики.

В подстанциях, где установлена пара трансформаторов, предусматривается раздельная их работа, что позволяет снизить токи КЗ. Кроме того, у них упрощенная коммутация и эффективная релейная защита на вводах.

Устройства с длительной параллельной работой используются редко. Но все же иногда такой подход является целесообразным. При таком решении понижающие трансформаторы работаю параллельно и при нарушении одной цепи выключатель автоматически отключается.

Выбор мощности

При проектировании электроустановки необходимо подобрать оборудование под расчетную нагрузку. При этом для выбора мощности прибора могут использоваться различные методики. А кроме того, следует опираться на нормативную документацию.

Обычно в подстанциях используются масляные трансформаторы и их количество зависит от категории объекта. Обычно для 1 и 2-ой используют двухтрансформаторные подстанции, а для 3-ей – установки с одним.

Мощность прибора обычно выбирается с учетом его перегрузочной способности в режиме аварии. Для этого сравнивается полная мощность подстанции с допустимой для различных видов потребителей нагрузкой. Расчеты выполняются по специальным формулам. В них используются значения дневной и вечерней нагрузок, а также коэффициент одновременности, зависящий от числа потребителей.

Например, для небольшого населенного пункта можно ограничиться подстанцией с трансформаторами мощностью до 63 кВА. Но только в случае, если в них преобладает коммунально-бытовая нагрузка. В противном случае потребуется более мощная электроустановка.

Особенности и сроки эксплуатации

Требования монтажа молнезащиты

Выбор любой системы электроснабжения должен выполняться в соответствии с планируемыми нагрузками. И в этом случае многие предпочитают перестраховаться, чем выбрать установку впритык.

В действительности возможны ситуации, в которых даже самая экономичная подстанция будет загружаться только частично. Это связано со спецификой изготовления оборудования. Так как трансформаторные электроустановки производятся с учетом неблагоприятных условий эксплуатации.

Например, большинство подстанций рассчитаны на работу при температуре от +40 до -40°C, но такие показатели являются довольно редкими для средней полосы. Да и аварии случаются в электросетях не столь часто. Поэтому срок службы даже самой маломощной трансформаторной подстанции составляет 25 лет, как заявляет производитель, даже если ей иногда придется работать в критических условиях.

Но чтобы оборудование использовалось эффективно его монтаж должны производитель специалисты. При этом на территории, где оно устанавливается должна быть безопасная окружающая среда с отсутствием тряски и вибраций.

Требования к конструкциям при обустройстве подстанции

Взаиморасположение и рабочие характеристики электрооборудования распределительной подстанции должны подбираться таким образом, чтобы:

• В случае нагрева, искрения, возникновения электрических дуг, газообразования не были повреждены базовые структурные элементы электроустановки, а персонал не получил производственные травмы;
• В аварийных ситуациях была возможность локализовать повреждения и нейтрализовать короткие замыкания;
• Иметь возможность производить ремонт одного из модулей без отключения распределительной подстанции в целом и без сбоев в функционировании соседних звеньев электросистемы.

Общие требования к конструкциям и обустройству:

• Каркас и опоры сооружения должны выдерживать вес оборудования, которым оснащен весь трансформаторный узел;
• Конструктив должен быть устойчив к воздействию ветра, гололеда и сейсмоактивности;
• В районах с потенциально высокой сейсмоактивностью должны предприниматься меры, повышающие устойчивость конструкции к колебаниям земной коры;
• В регионах с экстремально низкими температурами воздуха необходимо предусматривать разрешенные системы обогрева.

При планировании распределительного узла, снабжающего потребителей токами от 25 кВ до 1000 кВ, рекомендуется делать выбор в пользу подстанций комплектного типа. Столбовая распределительная подстанция должна быть сконструирована так, чтобы оборудование можно было разместить на опорах.

Основные технические параметры

Основные параметры КТП должны соответствовать указанным в таблице 2.

Наименование параметра	Значение
Мощность силового трансформатора, кВ·А	25; 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2500
Номинальное напряжение на стороне высшего напряжения (ВН), кВ	6; 10
Наибольшее рабочее напряжение на стороне ВН, кВ	7,2; 12
Номинальное линейное напряжение на стороне НН, кВ	0,23; 0,4; 0,69
Номинальный ток сборных шин на стороне ВН, А	6; 10; 16; 25; 40; 63; 100; 160; 250
Номинальный ток сборных шин на стороне НН, А	63; 100; 160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2500; 4000
Ток термической стойкости в течение 3 с на стороне ВН, кА	4; 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40
Ток электродинамической стойкости на стороне ВН, кА	10; 16; 21; 26; 32; 41; 51; 64; 81; 102
Уровень изоляции по ГОСТ 1516.1	Нормальная изоляция; облегченная изоляция.
Частота, Гц	50; 60

Примечания к таблице 2 (согласно ):

• 1) По заказу потребителя допускается исполнение КТП со временем протекания тока термической стойкости со стороны ВН 1 с.
• 2) При частоте 60 Гц параметры КТП уточняются в технических условиях на конкретные типы КТП.
• 3) По заказу потребителя допускаются исполнения КТП с другими значениями номинального напряжения на стороне НН, значения этого напряжения и параметры КТП должны уточняться в технических условиях на конкретные типы КТП.
• 4) Значения токов термической и электродинамической стойкости на стороне НН должны указываться в технических условиях на конкретные типы КТП.

Номинальные токи вводов ВН и НН, а также сборных шин НН КТП, должны быть не менее номинальных токов силового трансформатора.

Сечение нейтральной шины в РУНН должно соответствовать 50 % номинального тока силового трансформатора. По заказу потребителя допускается применять нейтральные шины, соответствующие 70 % номинального тока.

В шкафах РУНН групповые ответвления от сборных шин к нескольким коммутационным аппаратам главной цепи должны выдерживать длительную нагрузку, равную сумме номинальных токов подключенных аппаратов, но не более номинального тока трансформатора. В технически обоснованных случаях допускается указанную нагрузку уменьшать до 70 % номинального тока.

Стойкость к токам короткого замыкания сборных шин РУНН и ответвлений от них в пределах КТП должна соответствовать стойкости к току короткого замыкания вводов со стороны НН трансформатора. Продолжительность тока термической стойкости – 1 с.

При установке на вводе НН КТП автоматического выключателя сборные шины и ответвления от них должны соответствовать термической и динамической стойкости выключателя, но не более стойкости к току короткого замыкания вводов со стороны НН силового трансформатора. Продолжительность действия тока термической стойкости должна быть равна времени верхнего значения срабатывания в зоне токов короткого замыкания выключателя.

Виды подстанций и их особенности

Электрификация населенных пунктов и объектов, находящихся далеко от них является обязательным условием их функционирования. Но поскольку в электросетях очень часто случаются скачки напряжения, то подключенное к ним оборудование может выйти из строя. Избежать этого помогают трансформаторные подстанции – это здание или сооружение внутри которых размещается оборудование. Электроустановки, основным назначением которых является преобразование и распределение энергии между потребителями.

В состав таких подстанций включены следующие элементы:

• Силовые трансформаторы;
• Устройства управления и распределения напряжения;
• Вспомогательные детали и конструкции.

Классификация электроустановок осуществляется с учетом производимой ими работы. Они делятся на два класса:

1. Повышающие;
2. Понижающие.

Первые служат для повышения входного напряжения. Трансформатор такой подстанции имеет первичную обмотку с меньшим количеством витков, чем у вторичной.

Понижающие подстанции используются в случае необходимости уменьшения входного напряжения. В них используются трансформаторы, у которых количество витков первичной обмотки больше, чем у вторичной.

Смотрим видео, устройство и описание характеристики комплексной подстанции: https://www.youtube.com/embed/m9Nh-rkk6uA

Кроме функционального назначения подстанции отличаются и по способу изготовления. Они могут поставляться в виде отдельных блоков, которые затем собираются в единое целое на месте установки. Каждый элемент такой конструкции является полностью подготовленным к сборке. Исходя из этого параметра, трансформаторная подстанция может относиться к движимому или недвижимому имуществу.

Также производятся и комплексные установки. Этот тип оборудования представляет собой металлическую или бетонную конструкцию, внутри которой расположены рабочие узлы. Такие модели поставляются в собранном виде и находят самое широкое применение во всех сферах жизни и деятельности человека. Срок эксплуатации трансформаторной подстанции составляет около 25 лет.

Комплексные электроустановки могут отличаться по следующим критериям:

1. Типу конструкции;
2. Количеству трансформаторов;
3. Способу ввода и вывода;
4. Подсоединению к сети;
5. Месту установки.

В зависимости от первого параметра подстанции бывают мачтовыми, которые устанавливаются на специальных опорах, а также подземными и выполненными в виде шкафов или киосков. В них может находиться один или два трансформатора.

Подключение трансформаторных подстанций осуществляется различными способами:

• Проходным;
• Узловым;
• Ответвительным;
• Тупиковым.

При этом ввод-вывод может быть воздушным или кабельным. В зависимости от места установки комплексные подстанции подразделяются на:

• Внутренние;
• Наружные;
• Смешанные.

В первых применяются трансформаторы, имеющие масляное охлаждение.

Требования к платформам для размещения подстанций

Параметры и особенности площадки для монтажа распределительной подстанции регламентируются ГОСТом № 14695. При обустройстве трансформаторного узла необходимо учитывать расположения объектов капитального строительства и особенности планировки города. Распределительная подстанция не должна портить местную архитектуру, особенно в исторических районах населенного пункта, а расстояние до жилых объектов должно быть таким, чтобы шумы работающих агрегатов не причиняли дискомфорт местным жителям.

Вблизи распределительного узла должны находиться:

• Центр электронагрузок, поставляющих на трансформатор высокое напряжение с параметрами токов от 1000 кВ;
• Автомобильные магистрали, железнодорожные станции и подъездные пути, которые дают возможность транспортировать оборудование для электроустановки, стройматериалы и конструкции.

На этапе проектирования распределительной подстанции учитываются географические и геологические особенности местности – строение должно быть защищено от оползней, затоплений и снежных лавин. В регионах, где часто образуются снежные заносы высотой от 1 метра и выше, трансформаторная подстанция обустраивается на высоком фундаменте или специальных опорах.

Если в районе эксплуатации узла произрастают деревья высотой от 4 метров, площадка выбирается так, чтобы исключить повреждения распределительной подстанции в случае их падения. Электроузлы киоскового типа устанавливают на плотно утрамбованную насыпь из гравия или на бетонные плиты, а для обслуживания высотных электроустановок (от 3 м и выше) обустраиваются платформы с перилами.

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.

Выбор площадки

Площадку под подстанцию выбирают значительного размера, так как для изоляции токопроводящих частей и безопасности необходимо соблюдать между элементами конструкции большое расстояние. На участке не должно быть препятствий:

• антропогенных;
• природных.

Для обеспечения безопасности при строительстве исключают заболоченные местности. Участок должен быть максимально удален от жилых зон, чтобы не причинять вред здоровью людей и окружающей среде.

Определяют подходящую площадку, ориентируясь на акты:

• по охране окружающей среды;
• земельного и водного законодательства;
• по природопользованию.

При выборе участка изучают:

• схему развития сетей района или предприятия;
• картосхемы городской, а также районной планировки;
• методические указания по выбору участка для подстанции до 35 кВт и более.

Также специалисты используют методы технико-экономических сравнений всех вариантов.

При выборе площадки руководствуются обоснованными принципами использования земель, учитывая планируемое развитие объекта в будущем. Размещая подстанцию, оставляют возможность подведения воздушной линии электропередачи по коридорам необходимой ширины.

Для чего нужны?

Проект типовой подстанции необходим для обеспечения безопасной и надежной трансформации энергии, которая проходит к потребительской сети. Без него точно рассчитывать уровень напряжения и частоты невозможно. Вычисления проводятся специалистами. Так как комплектная станция — довольно распространенный вид, то скачать образцы расчетов можно в интернет.

Трансформаторная подстанция выступает своего рода оборудованием, в котором хранятся приборы для преобразования тока

 

 

Важно понимать, что строительная часть занимает огромный фланг работ при разработке схемы. Дело в том, что их тип напрямую обуславливает удобство пользования и эффективность функционирования

 

 

КТП принимают ток с частотой 50 Герц (переменный) и с напряжением 6 либо 10 кВ. На выходе получается из этих характеристик 380 Вольт, что пригодно для пуска в потребительскую сеть. Подобное оборудование устанавливаются в небольших населенных пунктах, где невозможно поставить стандартного вида распределитель.

Мощность прибора составляет около 2500 кВт, но может отличаться от этого показателя. Из-за конструктивных особенностей использоваться может только при температурах от -40 до +40 градусов по Цельсию. Не во всех климатических регионах России применение оправдано и безопасно.

Схема постройки включает в себя данные о размещении компонентов. Указывается, где расположены:

• силовой трансформатор — основное звено, может быть несколько;
• оборудование, необходимое для распределения низкого напряжения;
• приборы, контролирующие вход напряжения;
• оборудование, стабилизирующее систему и отвечающее за защиту от короткого замыкания и других поломок;
• соединительные провода и механизмы;
• приборы для выхода напряжения в потребительскую сеть;
• вспомогательные устройства, в том числе и защитные рубильники, предохранители, автоматические включатели и другое.

Современные трансформаторные подстанции оснащены механизмами, способными при отключении подачи электроэнергии включать систему автоматического освещения. Вариантов для автоматической системы вентиляции не предусмотрено, она сугубо естественная.

Планирование подстанций

В первую очередь подрядчик изучает потребности клиента. В техническом задании прописывают информацию о:

• нагрузке;
• стоимости;
• параметрах ПС;
• требованиях к участку;
• сроках строительства;
• подборе составного оборудования.

 

 

Важное условие проектирования — учет действующих и прогнозируемых параметров электрической сети и нагрузок по потребителям. Это важно, так как электроустановку монтируют не отдельно, а совместно с общей системой снабжения

 

Конфигурации сетей диктуют параметры ПС:

• возможность питания потребителей при отключении отопительных систем в летний период;
• плотность суммарной и удельной нагрузки (учитывая коэффициенты перезагрузки и загрузки станции);
• необходимость в резервировании питания во время предела, когда выходит из строя генератор, присоединенный к ГРУ (главному распределительному устройству);
• собственные необходимости ПС.

После сбора информации инженеры формулируют требования к электрической подстанции и подготавливают технико-экономические обоснования. Итог проектирования — создание проекта по строительству ПС, который сочетает технологичность, экономичность, надежность и современное оборудование.

Требования к электропомещениям подстанций

Помещения, которые определены под монтаж распределительной подстанции закрытого типа, должны соответствовать следующим нормам:

• Ширина коридоров между модулями и узлами должна позволять беспрепятственно обслуживать электрооборудование и выполнять ремонтные работы. Минимальная ширина проходов составляет 80 см, высота – не менее 190 см.
• Неизолированные токопроводящие части, расположенные на расстоянии менее 1 метра до противоположной стены, должны быть защищены спецограждениями.
• В качестве ограждений допускается использование сеток с ячейками не шире 2,5х2,5 см, а также заградительные конструкции сплошного и смешанного типов.
• Допускается размещение распределительных подстанций не только в отдельно возведенных, но и в пристроенных к основному зданию помещениях.
• Пристроенные подстанции должны располагаться так, чтобы не нарушать гидроизоляцию стыков с учетом постепенной усадки пристройки.
• На крыше здания распределительной подстанции необходимо обустраивать козырьки для защиты воздушных вводов от осадков.
• Двери трансформаторной подстанции должны открываться наружу и оснащаться самозапирающимися замками.
• Стены и потолки окрашивают пыленепроницаемой краской.
• Замки от дверей помещений с одинаковыми показателями напряжений должны открываться одним и тем же ключом.
• На объекте предусматривается система вентиляции, которая могла бы поддерживать заданные температурные и влажностные параметры. Теплообмен может быть организован как вентиляцией естественного, так и принудительного типов.
• Необходимо позаботиться об электрическом освещении постройки в целом и отдельных функциональных модулей.

Схемы главных понижающих подстанций и подстанций глубокого ввода.

На предприятии в зависимости от числа и мощности понизительных подстанций, которые в данном случае играют роль источников электроэнергии, различают следующие виды подстанций: главные понизительные подстанции (ГПП), получающие питание от энергосистемы и производящие распределение электроэнергии на более низком напряжении по всему предприятию; подстанции глубокого ввода (ПГВ), получающие электроэнергию от энергосистемы либо ГПП и питающие отдельный объект предприятия, при этом они располагаются вблизи крупных нагрузок на территории предприятия; цеховые трансформаторные подстанции (ТП), питающие потребителей прилегающих цехов.

Питание ГПП осуществляется по двум или более линиям электропередачи на напряжение 35-220 кВ. При питании крупных предприятий большой мощности и территории питание может производиться от нескольких независимых источниках питания на различное напряжение до 330 кВ. При этом, как правило, применяется секционирование шин на первичном напряжении. Типовые схемы электроснабжения предприятия представлены на рис.1. Схема, изображённая на рис. 1 а) применяется, как правило, при радиальной системе электроснабжения, когда от подстанции энергосистемы предприятия питаются по отдельным линиям.

Схема, изображённая на рис. 1 б) применяется при магистральной системе, когда сооружается одна магистраль, к которой присоединяются ряд предприятий. Количество подстанций, подсоединяемых к одной магистрали, может достигать десяти. Имеет место и комбинированная система электроснабжения.

Рис. 1 Типовые схемы ГПП, а – ГПП с несанкционированным вводом на напряжении 110 кВ, б – с секционированным вводом по стороне 110 кВ.

ЛР- линейный разъединитель, ТР – трансформаторный разъединитель, ШР – шинный разъединитель, с.ш. – секция шин.

На схеме 1 а) выключатель между двумя вводами линий служит для обеспечения резервирования оборудования: так, при выходе из строя, например, трансформатора Т1 его нагрузку, полностью или частично, возьмёт на себя трансформатор Т2.

На предприятиях со стороны низшего напряжения (в наших случаях 10 кВ) секции, как правило, выполняют секционированными. Каждая секция питается от отдельного трансформатора. Схема позволяет поочерёдно отключать секции для ремонта. Если же аварийно отключается один из питающих трансформаторов, то питание обесточенной секции восстанавливается включением межсекционного выключателя.

ГПП могут выполняться одно, двух, или много трансформаторными. Линии и трансформаторы рассчитываются на питание всех нагрузок в нормальном режиме и нагрузок первой и второй категории в аварийных условиях, когда выходит из строя одна линия или трансформатор. Обычно, линия и трансформатор рассчитываются на 70% суммарной нагрузки всей подстанции.

Защита от перенапряжений и заземление.

Защита КТПН при воздушном вводе ВН выполняется ограничителями перенапряжения, установленными на конструкции КТПН.

В соответствии с п.2.5.129, 133 ПУЭ проектом предусмотрено заземление опор.

Заземляющие устройства выбраны в зависимости от удельного эквивалентного сопротивления грунтов по типовому проекту № 3.407-150 «Сельэнергопроекта» и техническому циркуляру № 11/2006 от 16.10.2006г. «О заземляющих электродах и заземляющих проводниках» и выполнены из одного вертикального заземлителя диаметром 18мм длиной 5м под опору по черт. ЭМС-11-148-ЭС лист 7.

В качестве заземляющего проводника по ж/б стойке необходимо проложить один специальный проводник (спуск) из круглой стали диаметром 10мм с антикоррозийным покрытием, в качестве второго заземляющего проводника допускается использование арматуры ж/б стойки опоры и ее заземляющий выпуск. Детали крепления гирлянд изоляторов торов к траверсе ж/б опор присоединить к заземляющему спуску.

Заземление КТПН выполнено из вертикальных электродов из стали диаметром 18мм длиной 3м и горизонтальных заземлителей из полосовой стали 40х5мм.

Заземление КТПН выполнено на листах 15,18