Закрытые распределительные устройства. Распределительные устройства

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

Электрические машины и трансформаторы, установленные на электростанциях и подстанциях, линии электрических сетей нуждаются в управлении и защите от повреждений и анормальных режимов. Для этого необходимы коммутационные аппараты, измерительные трансформаторы, токоограничивающие реакторы, разрядники и другое электрическое оборудование первичных (силовых) цепей. Необходимы также аппараты управления, контроля, измерений, релейной защиты и автоматики, образующие вторичные цепи электрической установки. Перечисленные элементы электрического оборудования первичных и вторичных цепей вместе с вспомогательными устройствами и строительной частью образуют распределительное устройство (РУ) станции или подстанции.

Различают внутренние и наружные РУ с электрическим оборудованием, размещенным в зданиях и вне зданий. В последнем случае оно должно быть приспособлено для работы при температуре воздуха, изменяющейся в широких пределах, под дождем и снегом, при ветре и гололеде.

На станциях имеются РУ нескольких ступеней номинального напряжения, связанные через силовые трансформаторы или автотрансформаторы. Каждое РУ. как правило, содержит сборные шины (трехфазную систему проводников) и ряд присоединений или ответвлений от сборных шин с соответствующим оборудованием. В зависимости от назначения электроустановки, номинального напряжения, числа и мощности присоединений РУ может быть выполнено с одной или двумя системами сборных шин; с одним или двумя выключателями в каждом присоединении и другими особенностями, определяющими эксплуатационные свойства РУ и его стоимость.

Наглядное представление о РУ или установке в целом дает электрическая схема - графическое изображение электроустановки с помощью условных символов в соответствии с действительным составом электрического оборудования и порядком электрических соединений. Степень детализации схемы может быть различной. В дальнейшем широко используются однолинейные схемы, в которых указаны элементы оборудования и проводники одной фазы. Приборы, аппараты управления и релейной защиты, а в ряде случаев измерительные трансформаторы в таких схемах опускают.

Рис.1. Однолинейная схема электростанции средней мощности с РУ 10 и 110 кВ:
G - генератор; Т - трансформатор; Q - выключатель;
QB - выключатель секционный; QS - разъединитель;
LR - токоограничивающий реактор; F - разрядник;
W - линия электропередачи

В качестве примера на рис.1 приведена однолинейная схема станции средней мощности с РУ 10 и 110 кВ. Чтобы не усложнять схемы, для обоих РУ условно приняты одиночные системы сборных шин. К сборным шинам 10 кВ присоединены два генератора G1 и G2, два главных трансформатора Т1 и Т2, два понижающих трансформатора собственных нужд станции Т3 и Т4 и четыре линии местной распределительной сети с токоограничивающими реакторами LR. К сборным шинам 110 кВ присоединены два главных трансформатора и две линии W, связывающие станцию с системой.

Вспомогательные устройства РЗиА и средства учёта и измерения.

Классификация

По месту расположения

• Открытые распределительные устройства (ОРУ) - распределительные устройства, у которых силовые проводники располагаются на открытом воздухе без защиты от воздействия окружающей среды. Обычно в виде ОРУ выполняются распределительные устройства на напряжение от 27,5 кB.
• Закрытые распределительные устройства (ЗРУ) - распределительные устройства, оборудование которых устанавливается в закрытых помещениях, либо защищено от контакта с окружающей средой специальными кожухами (в том числе в шкафах наружного исполнения КРУН). Обычно такие распределительные устройства применяют на напряжения до 35 кB. В ряде случаев необходимо применение ЗРУ и на более высоких напряжениях (серийно выпускается оборудование на напряжение до 800 кВ). Применение ЗРУ высоких напряжений обосновано: в местности с агрессивной средой (морской воздух, повышенное запыление), холодным климатом, при строительстве в стеснённых условиях, в городских условиях для снижения уровня шума и для архитектурной эстетичности.

По выполнению секционирования

РУ с одной секцией сборных шин (без секционирования)

К преимуществам такого РУ можно отнести простоту и низкую себестоимость.

К основным недостаткам относятся неудобства в эксплуатации, из-за которых такая система не получила широкого применения:

• Профилактический ремонт любого элемента РУ должен сопровождаться отключением всего РУ - а значит лишением всех питающихся от РУ потребителей электроэнергии.
• Авария на сборных шинах так же выводит из строя всё РУ.

РУ с двумя и более секциями

Такие РУ выполняются в виде нескольких секций, каждая из которых имеет своё питание и свою нагрузку, соединённых между собой секционными выключателями . На станциях секционный выключатель обычно включен, из-за необходимости параллельной работы генераторов. В случае повреждения на одной из секций секционный выключатель отключается, отсекая повреждённую секцию от РУ. В случае аварии на самом секционном выключателе из строя выходят обе секции, но вероятность такого повреждения относительно мала. На низковольтных РУ (6-10кВ) секционный выключатель обычно оставляют отключённым, так что связанные между собой секции работают независимо друг от друга. В случае если по каким-либо причинам питание одной из секций пропадёт, сработает устройство АВР , которое отключит вводной выключатель секции и включит секционный выключатель. Потребители секции с отключённым питанием будут получать электроэнергию от питания смежной секции через секционный выключатель. Подобная система используется в РУ 6 - 35 кВ подстанций и 6 - 10 кВ станций типа ТЭЦ .

РУ с секционированием сборных шин и обходным устройством

Простое секционирование не решает проблемы планового ремонта отдельных выключателей секции. В случае если необходимо провести ремонт или замену выключателя любого отходящего присоединения, приходится отключать всю секцию, что в некоторых случаях недопустимо. Для решения проблемы используется обходное устройство. Обходное устройство представляет собой один или два обходных выключателя на две секции, обходные разъединители и обходную систему шин. Обходную систему шин подключают через обходные разъединители к разъединителям выключателей присоединений с противоположной от основной системы шин стороны. В случае, когда необходимо провести плановый ремонт или замену какого-либо выключателя, включают обходной выключатель, включают соответствующий нужному выключателю обходной разъединитель , затем ремонтируемый выключатель вместе с его разъединителями отключают. Теперь питание отходящего присоединения осуществляется через обходной выключатель. Подобные системы получили распространение в РУ на напряжении 110-220 кВ.

По числу систем сборных шин

С одной системой сборных шин

К этим РУ относятся описанные выше.

С двумя системами сборных шин

Подобное РУ похоже по устройству на РУ с секционированием сборных шин и обходным устройством, но, в отличие от него, обходная система шин используется как рабочая, нагрузки на систему распределяют между обеими системами шин. Это делается для повышения надёжности электроснабжения. Отсутствие питания на одной из систем шин допускается только временно, пока ведутся ремонтные работы на этой системе шин.

К достоинствам этой системы относятся:

• Возможность планового ремонта любой системы шин, без вывода из эксплуатации всего РУ.
• Возможность разделения системы на две части, для повышения надёжности электроснабжения.
• Возможность ограничения тока короткого замыкания

К основным недостаткам следует отнести:

• Сложность схемы
• Увеличение вероятности повреждений на сборных шинах из-за частых переключений разъединителей.

Наибольшее распространение система получила в РУ на напряжение 110-220 кВ

По структуре схемы

Радиального типа

Этому типу присущи следующие признаки:

• Источники энергии и присоединения сходятся на сборных шинах, поэтому авария на шинах приводит к выводу всей секции (или всей системы)
• Вывод из эксплуатации одного выключателя из присоединения приводит к отключению соответствующего присоединения.
• Разъединители кроме своей основной функции (изоляция отключенных элементов от РУ), участвуют в изменениях схемы (например, ввод обходных выключателей), что снижает надёжность системы.

Кольцевого типа

Кольцевой тип схемы отличается следующими признаками:

• Схема выполнена в виде кольца с ответвлениями присоединений и подводов питания
• Отключение каждого присоединения осуществляется двумя или тремя выключателями.
• Отключение одного выключателя никак не отражается на питании присоединений
• При повреждениях (КЗ или отключениях) на РУ, выходит из строя лишь незначительная часть системы.
• Разъединители выполняют только основную функцию - изолируют выведенный из эксплуатации элемент.
• Кольцевые схемы удобнее радиальных в плане развития системы и добавления новых элементов в систему.

Открытое распределительное устройство (ОРУ)

Конструктивные особенности

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 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 климатических условиях, кроме того, окружающая среда сильнее воздействует на элементы ОРУ, что приводит к их раннему износу.
• ОРУ занимают намного больше места, чем ЗРУ.

Закрытое распределительное устройство (ЗРУ)

В некоторых случаях для ЗРУ используется то же оборудование, что и для ОРУ, но с размещением внутри закрытого помещения. Типичный класс напряжения: 35…110 кВ, реже 220 кВ. ЗРУ такого типа имеют мало преимуществ по сравнению с ОРУ, поэтому используются редко. Более практично применение для ЗРУ специального оборудования.

Комплектное распределительное устройство (КРУ)

Распределительное устройство, собранное из типовых унифицированных блоков (т. н. ячеек) высокой степени готовности, собранных в заводских условиях, называется комплектным распределительным устройством. 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 (цепи учёта, релейной защиты, автоматики и управления) выполняют проводами в твердой изоляции, а элементы от 1 до 35 кВ - проводниками с воздушной изоляцией (шины с изоляторами).

Для напряжений выше 35 кВ воздушная изоляция не применима, поэтому элементы, находящиеся под высоким напряжением помещают в герметичные камеры. В устаревшей технологии используется элегаз , в то время как в Европе элегаз постепенно заменяется вакуумными дугогасительными камерами, имеющими относительно простую конструкцию. Ячейки с элегазовыми камерами имеют сложную конструкцию, внешне похожую на сеть трубопроводов. КРУ с элегазовой изоляцией сокращённо обозначают КРУЭ, сокращения для КРУ с вакуумными дугогасительными камерами пока не введено в оборот.

Вакуумные устройства имеют более высокий ресурс коммутации и подходят для частых коммутаций, в то время как элегазовые установки применяются для работы в цепях электродвигателей с ограниченной мощностью. При этом накопленная статистика по эксплуатации демонстрирует бесспорные преимущества вакуумных выключателей - известен случай блокировки цепей управления 59 элегазовых баковых выключателей 110-500 кВ производства ряда европейских компаний при температуре окружающего воздуха −41°С в Тюменской области в 2006 году из-за несовершенства конструкции, недостаточной мощности, низкой надежности обогревающих устройств баков и недостатков системы контроля давления (плотности) элегаза . Несмотря на преимущества новой технологии в российской энергетике доля вакуумных выключателей составляет только 10-15 %. . В 2007 году в Российской Федерации на АО "НПП «Контакт» в рамках программы технического перевооружения распределительного электросетевого комплекса начата разработка вакуумных выключателей 110-220кВ

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.

Среди шкафов КРУ, отдельно выделяют камеры сборные одностороннего обслуживания (КСО). Одностороннее обслуживание позволяет ставить КСО непосредственно к стене или задними стенками друг к другу, что позволяет экономить место (важно в условиях высокой плотности городской застройки).

Устройство КРУ

Как правило, шкаф (ячейка) 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 .

Заводами изготавливаются ячейки комплектных распределительных устройств разного назначения, которые подразделяются:

• по функциональному назначению - вводные, линейные, собственных нужд, трансформаторов напряжения и проч.;
• по типу вводных и отходящих линий - для воздушного ввода или вывода, для кабельного ввода или вывода;
• по назначению - общего назначения, для питания экскаваторов, для электротранспорта и т. д.
• по типоисполнению - для одиночного применения и для встраивания в сборку КРУ;
• по типу установки - для применения внутри помещений и для наружного применения (КРУН);
• по величине номинального тока;
• по конструктивному исполнению видимого разрыва (в целях безопасности работы на линиях) - с разъединителями и коммутационного аппарата в выдвижном исполнении (на тележке).

Для различия ячеек одного типа и марки, но имеющие разное функциональное назначение (иногда и разный тип ввода или вывода), завод-изготовитель присваивает им каталожные номера.

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

Конструктивные особенности

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.

Автотрансформаторы отличаются от трансформаторов наличием электрической связи между двумя обмотками. Выполняются автотрансформаторы, как правило, трехобмоточными, с электрической связью между обмотками высшего и среднего напряжений. Связь обмоток высшего и среднего напряжений с обмоткой низшего напряжения электромагнитная.

Применение автотрансформаторов оказывается экономически целесообразным в сетях 220 кВ и выше для связи двух систем близких номинальных напряжений, например 220 и 110 кВ. Электрически связанные обмотки высшего и среднего напряжения соединяются в звезду с выведенной нейтралью. Обмотка низшего напряжения соединяется в треугольник. Схема и группа соединений обмоток автотрансформаторов Yн/Yн/∆ -12, 11.

5.2. Общие сведения о распределительных устройствах

Распределительные устройства (РУ) трансформаторных подстанций - это электроустановки, предназначенные для приема и распределения электроэнергии. На трансформаторных подстанциях количество РУ определяется количеством номинальных напряжений обмоток трансформаторов. В конструкцию РУ входят различные электрические аппараты, шины и вспомогательные устройства.

Распределительные устройства напряжением 35 кВ и выше выполняются открытыми, закрытыми и элегазовыми . Открытые РУ располагаются под открытым воздухом. Все аппараты открытого РУ располагаются на невысоких металлических или железобетонных основаниях. Территория открытых РУ ограждается.

К достоинствам открытых РУ относятся: относительно невысокая стоимость,

хорошая доступность для наблюдения за всеми аппаратами, простота расширения и реконструкции.

К недостаткам открытых РУ можно отнести:

большую занимаемую площадь,

неудобство обслуживания оборудования при низких температурах и в ненастье,

подверженность оборудования загрязнению.

Распределительное устройство, расположенное внутри специального здания, называется закрытым. Распределительные устройства выполняются закрытыми при повышенной загрязненности

и химической активности окружающей среды, а также в районах Крайнего Севера.

Закрытые РУ дороже открытых, так как требуют специального здания. Для уменьшения стоимости таких РУ здание сооружается из сборных железобетонных конструкций. К основному достоинству закрытых РУ следует отнести меньшую занимаемую площадь, чем открытыми РУ, поскольку расстояния между токоведущими частями в закрытых РУ меньше, чем в открытых. В этом смысле проще размещение РУ в центрах электрических нагрузок промышленных предприятий и в городских районах с интенсивной застройкой.

В элегазовых РУ в качестве изоляции между токоведущими частями используется элегаз (шестифтористая сера SF6). Элегаз обладает высокими электроизоляционными и дугогасительными свойствами, не токсичен, не горит, не образует взрывоопасных смесей. Вся аппаратура РУ с элегазовой изоляцией имеет меньшие габариты, чем с обычной воздушной изоляцией. Поэтому конструкция элегазовых РУ получается еще более компактной, чем закрытых РУ.

Токоведущие элементы элегазового РУ заключены в герметичный металлический заземленный кожух, заполненный элегазом под избыточным давлением. Отдельные элементы соединяются с помощью газоплотных фланцев. Электрические соединения выполняются стержневыми шинами, заключенными в металлических корпусах с элегазом, и втычными контактами. Деление таких РУ на отдельные блоки позволяет заменять любой из них, сохраняя элегазовое заполнение в остальных блоках.

Блоки элегазовых РУ на напряжения 110...220 кВ изготовляются на заводах и поставляются на место монтажа в готовом виде, где из отдельных блоков собирается весь комплект элегазового РУ.

Распределительные устройства на напряжения 6…10 кВ, как правило, собираются из отдельных комплектных ячеек. Такими ячейками являются шкафы КРУ с выкатными тележками или камеры сборные одностороннего обслуживания КСО. Ячейки изготавливаются с встроенными коммутационными аппаратами, измерительными и защитными приборами.

Заводское изготовление ячеек позволяет обеспечить тщательность сборки всех узлов и высокую надежность работы. Полностью собранные и готовые к работе ячейки поставляются на место монтажа, где их соединяют шинами, подводят силовые и контрольные кабели.

Общий вид шкафа КРУ с выкатной тележкой показан на рис. 5.2,а. На тележке могут устанавливаться: силовой выключатель, трансформатор напряжения или другое оборудование. Ремонт и

обслуживание этого оборудования выполняются после выкатывания тележки из шкафа. Общий вид камеры КСО приведен на рис. 5.2,б.

Шкафы КРУ изготавливаются для внутренней (КРУ) и наружной (КРУН) установки. Эти шкафы выполняются одностороннего и двухстороннего обслуживания.

Ячейки КСО изготовляются только для внутренней установки и имеют одностороннее обслуживание.

Рис. 5.2. Общий вид комплектных ячеек распределительных устройств

5.3. Основное оборудование распределительных устройств

Распределительные устройства подстанций включают в себя большое количество различного оборудования. Это коммутационная, измерительная и защитная аппаратура, шины, источники реактивной мощности, токоограничивающие реакторы, разрядники и т. д. Большинство из этих элементов подробно рассматривается в специальных дисциплинах. Ниже кратко рассмотрены шины и основные коммутационные аппараты, устанавливаемые в распределительных устройствах.

Шины предназначены для соединения между собой отдельных элементов РУ, а также для подключения к РУ подходящих и отходящих воздушных и кабельных линий электропередачи.

Шины РУ изготавливаются из алюминия или его сплавов и выполняются гибкими из многопроволочных сталеалюминиевых проводов и жесткими различных профилей. Гибкие шины открытых РУ крепятся с помощью подвесных гирлянд изоляторов на порталах. Жесткие шины крепятся на опорных изоляторах, устанавливаемых на железобетонных или металлических стойках.

Применение в открытых РУ жесткой ошиновки позволяет отказаться от порталов и уменьшить площадь РУ. Жесткие шины окрашиваются в желтый (фаза А), зеленый (фаза В) и красный (фаза С) цвета.

В распределительных устройствах напряжением 6...10 кВ наружной и внутренней установки используются только жесткие шины. Такие же шины используются в закрытых РУ более высоких напряжений.

Коммутационная аппаратура предназначена для проведения включений и отключений (коммутаций) в схеме РУ. В качестве основных элементов коммутационной аппаратуры можно выделить выключатели и разъединители. К этой же аппаратуре относятся выключатели нагрузки и плавкие предохранители.

Выключатели являются основными коммутационными аппаратами для включения и отключения электрической цепи в любых ее режимах: токовой нагрузки, перегрузки, короткого замыкания, холостого хода, несинхронной работы. Наиболее тяжелой и ответственной операцией является отключение тока короткого замыкания. При разрыве токовой цепи между контактами выключателя возникает электрическая дуга. Гашение дуги осуществляется в специальных дугогасительных устройствах.

По способу гашения дуги выключатели делятся на масляные, воздушные, вакуумные и элегазовые. В масляных выключателях дугогасительной средой является трансформаторное масло. Ввоздушных выключателях гашение дуги осуществляется сжатым воздухом. Высокая электрическая прочность вакуума и элегаза используется в дугогасительных устройствахвакуумных и элегазовых выключателей.

Масляные и воздушные выключатели имеют ряд недостатков, а именно: низкую надежность, небольшой коммутационный ресурс, пожароопасность, высокие эксплуатационные затраты. Вакуумные и элегазовые выключатели обладают более высокими техническими характеристиками. Поэтому в настоящее время при проектировании новых и реконструкции существующих объектов отдают предпочтение вакуумным и элегазовым выключателям.

Разъединителем называется электрический аппарат для выполнения оперативных переключений в схеме РУ и для созданиявидимого разрыва электрической цепи при выполнении обслуживания и ремонта оборудования РУ. Конструктивно разъединитель представляет собой систему подвижных и неподвижных контактов, установленных на изоляторах.

В распределительных устройствах напряжением 6…10 кВ, выполненных из шкафов КРУ с силовым выключателем на выкатной тележке, роль разъединителей выполняют втычные контакты, размыкаемые при выкатывании тележки из шкафа и замыкаемые при вкатывании тележки в шкаф.

Поскольку разъединители не снабжены дугогасящими устройствами, операции отключения и включения могут выполняться в цепи, отключенной выключателем. Разъединителем можно включать и отключать цепи, находящиеся под напряжением, но без тока или с небольшим током, когда нет опасности возникновения электрической дуги. В частности, разъединителем можно включать и отключать трансформаторы на холостом ходу.

Разъединители устанавливаются, как правило, по обе стороны от выключателя. Если необходимо отключить нагруженную током цепь, то сначала отключают выключатель, а затем разъединители. Включение цепи производится в обратном порядке: сначала включают разъединители, а затем - выключатель.

Выключатели нагрузки широко применяются на подстанциях с высшим напряжением 6...10 кВ. Эти выключатели имеют дугогасительное устройство, с помощью которого можно отключать рабочие токи, но не токи короткого замыкания. При разомкнутых контактах этот выключатель, как и разъединитель, создает видимый разрыв.

Плавкие предохранители выполняют операцию автоматического отключения цепи при превышении током определенного значения. Отключение тока обеспечивается за счет перегорания плавкой вставки предохранителя. Поэтому после срабатывания предохранителя его плавкая вставка заменяется. Предохранители часто применяются в сочетании с выключателями нагрузки. При этом рабочие токи отключаются выключателем нагрузки, а токи короткого замыкания – плавкими предохранителями.

Выключатели автоматические (автоматы) применяются в системах электроснабжения напряжением до 1 кВ и выполняют операцию автоматического отключения цепи при превышении током определенного значения.

Для выполнения защитных функций автоматы снабжаются тепловым и электромагнитным расцепителями. С помощью теплового расцепителя осуществляется отключение защищаемого оборудования при перегрузке, с помощью электромагнитного расцепителя – при коротких замыканиях.

5.4. Основные типы и схемы подстанций

По способу присоединения к электрической сети подстанции (ПС) делятся на тупиковые, промежуточные и узловые. Промежуточные подстанции, в свою очередь, делятся на ответвительные и проходные. По назначению различают системные и потребительские подстанции.

На рис. 5.3 приведены основные способы присоединения ПС к электрической сети. Все ПС условно показаны только шинами высшего напряжения. Под центром питания (ЦП) электрической сети понимаются шины соответствующего напряжения электростанции или шины подстанции более высокой ступени напряжения. Так, например, шины 110 кВ подстанции 220/110 кВ являются ЦП для электрической сети 110 кВ.

Тупиковая подстанция получает питание с одной стороны по одной или двум параллельным линиям (ПС1 на рис. 5.3,а,б). Мощность, текущая от ЦП к тупиковой ПС, поступает только к потребителю этой ПС и не течет дальше.

Рис. 5.3. Основные типы подстанций

Промежуточная ответвительная подстанция присоединяется глухой (без коммутационных аппаратов) отпайкой к одной или двум

проходящим линиям (ПС2 на рис. 5.3,а,б). Присоединение подстанций к проходящим линиям с помощью глухих отпаек не требует больших затрат, однако эксплуатация линий с отпайками не удобна, поскольку при ремонте одного участка необходимо отключать всю линию.

Промежуточная проходная подстанция включается в рассечку одной или двух линий с односторонним или двухсторонним питанием (ПС3 на рис. 5.3,а,б и ПС1 на рис. 5.3,в). Такие ПС более дорогие, чем ответвительные, так как требуют большего количества коммутационных аппаратов. Эксплуатация линий с такими ПС более удобна.

К узловым подстанциям присоединяются не менее трех линий электрической сети, связанных с разными ЦП (ПС1 на рис. 5.3,г). Такие ПС применяются в сложнозамкнутых (многоконтурных) электрических сетях.

Через шины системных подстанций осуществляется связь между отдельными районами одной энергосистемы или между различными энергосистемами. Как правило, это ПС с высшим напряжением

Потребительские подстанции предназначены только для питания потребителей.

Проходные и узловые подстанции, через шины которых осуществляются перетоки мощности из одной части электрической системы в другую, называются еще транзитными подстанциями .

Схемы подстанций тесно увязываются с их назначением и способом присоединения к энергосистеме. Схема подстанции должна отвечать следующим требованиям:

надежного электроснабжения потребителей в нормальных и послеаварийных режимах;

надежного транзита мощности через подстанцию в нормальных и послеаварийных режимах;

возможности расширения РУ всех напряжений; возможности проведения ремонтных работ на отдельных

элементах схемы без отключения соседних присоединений.

В соответствии с этими требованиями разработаны типовые схемы подстанций различных напряжений и назначений. Принятие при проектировании системы электроснабжения схемы подстанции, отличающейся от типовой, должно быть обосновано техникоэкономическими расчетами.

На рис. 5.4 приведены некоторые типовые схемы распределительных устройств 35...750 кВ высшего и среднего напряжения подстанций.

Блочные схемы , выполненные блоком линия-трансформатор (рис. 5.4,а), применяются для тупиковых и ответвительных подстанций, питающих неответственных потребителей, или являются первым этапом развития двухтрансформаторных подстанций.

е)ж)

Рис. 5.4. Типовые схемы РУ высшего и среднего напряжения

Мостиковые схемы с перемычкой на высшем напряжении (рис. 5.4,б) широко применяются для двухтрансформаторных подстанций 110...220 кВ с трансформаторами мощностью до 125 МВ. А. Перемычка из двух разъединителей служит для выполнения ремонтных работ и называетсяремонтной . При транзите мощности через подстанцию устанавливается вторая перемычка с силовым выключателем.

Схема четырехугольника (рис.5.4,в) применяется на подстанциях 220 кВ при мощности трансформаторов более 125 МВ. А и на подстанциях 330 кВ при их присоединении к электрической сети по двум линиям.

Схема с одной рабочей секционированной системой шин

(рис.5.4,г) используется, как правило, на стороне среднего напряжения (35...110 кВ) подстанций 110...330 кВ. На стороне высшего напряжения такая схема используется для напряжения 110 кВ.

Схема с одной рабочей и обходной системами шин (рис.5.4,д)

рекомендуется для подстанций с высшим напряжением 110 кВ при числе присоединений (линий и трансформаторов) до шести включительно. Такая схема позволяет выполнять ревизию и ремонт выключателей без отключения линий. При ремонте линейного выключателя соответствующая линия подключается через обходной выключатель Q к обходной системе шин ОСШ.

Схема с двумя выключателями на присоединение (рис.5.4,е)

применяется при 3…4 линиях на подстанциях 330…500 кВ.

Полуторные схемы (полтора выключателя на присоединение) применяются на высшем напряжении подстанций 330...750 кВ и среднем напряжении (330...500 кВ) подстанций 750...1150 кВ

(рис.5.4,ж).

На рис. 5.5 приведены типовые схемы распределительных устройств напряжением 6...10 кВ, выполненных на базе шкафов КРУ. С каждой стороны выключателя имеются втычные контакты, выполняющие роль разъединителей. Схема с одной секционированной системой шин (рис.5,5,а) применяется на подстанциях с трансформаторами без расщепления обмотки низшего напряжения. Схемы с двумя секционированными системами шин (рис.5.5,б) применяются, как правило, при расщепленных обмотках трансформаторов.

Рис. 5.5. Типовые схемы РУ 6...10 кВ подстанций

Рис. 5.6. Типовые схемы потребительских подстанций 6...10/0,4 кВ

Наиболее простые схемы имеют подстанции напряжением 6...10/0,4 кВ, осуществляющие непосредственное питание городских, сельских и промышленных потребителей. На рис. 5.6 приведены типовые схемы таких подстанций.

В зависимости от требуемой надежности электроснабжения потребителей на этих подстанциях устанавливают один (рис.5.6,а,б) или два трансформатора (рис. 5.6,в). Ввод к подстанции выполняется кабелем или кабельной вставкой W. На первичной стороне подстанций устанавливают, как правило, разъединитель QS или выключатель нагрузки QW в комплекте с плавким предохранителем F.

Рис. 5.7. Конструктивное выполнение (план и разрез А-А) подстанции напряжением 110/10 кВ:

1 - провода ВЛ; 2 - молниеотвод на портале; 3 - приемный портал; 4 - аппаратура высокочастотной связи; 5, 8, 10 – линейные разъединители; 6, 9 - разъединители в перемычках; 7, 15 - алюминиевые шины; 11 - выключатель; 12 - разрядник; 13 - разрядник и заземляющий нож в нейтрали трансформатора; 14 - силовой трансформатор; 16 - блок трансформатора собственных нужд; 17 - закрытое распределительное устройство 10 кВ; 18 - отдельно стоящий молниеотвод; 19 - трансформатор напряжения; 20 – разрядник; 21 - выключатель в перемычке; 22 - ограждение подстанции.

На стороне низшего напряжения устанавливаются, как правило, автоматические выключатели QF как на вводе к шинам 0,4 кВ, так и на отходящих от этих шин линиях. Двухтрансформаторные подстанции выполняются с двумя секциями шин 1 и 2, соединенных секционным автоматическим выключателем QFВ.

В настоящее время самое широкое распространение получили комплектные трансформаторные подстанции КТП с высшим напряжением до 110 кВ включительно. Применение КТП, укрупненные блоки которых полностью изготовлены в заводских условиях, позволяет уменьшить объем строительно-монтажных работ, увеличить надежность электроснабжения, повысить безопасность обслуживания, уменьшить габариты подстанций.

В зависимости от назначения комплектация таких подстанций может быть самой разнообразной. На рис. 5.7 в качестве примера приведено конструктивное выполнение комплектной двухтрансформаторной подстанции напряжением 110/6…10 кВ. Распределительное устройство высшего напряжения выполнено открытым в соответствии со схемой рис. 5.4,б. Распределительное устройство низшего напряжения выполнено закрытым.

Контрольные вопросы к разделу 5

1. Назвать основные конструктивные элементы трансформатора.

2. Назвать шкалу номинальных мощностей трансформаторов?

3. Перечислить виды систем охлаждения трансформаторов.

4. Пояснить буквенно-цифровое обозначение трансформатора.

5. Что такое схема и группа соединений обмоток трансформатора?

6. Каковы конструктивные особенности автотрансформаторов по сравнению с трансформаторами?

7. Охарактеризовать основные конструкции РУ напряжением 35 кВ и выше.

8. Какие достоинства и недостатки имеют открытые и закрытые РУ?

9. Как выполняются элегазовые РУ?

10. Как выполняются РУ напряжением 6…10 кВ?

11. Назвать основную аппаратуру РУ.

12. Каково назначение силовых выключателей?

13. Назвать основные типы силовых выключателей.

14. Каково назначение разъединителей?

15. Какова область применения выключателей нагрузки и плавких предохранителей?

16. Назвать недостатки масляных и воздушных выключателей.

17. Назвать преимущества вакуумных и элегазовых выключателей.

18. Охарактеризовать назначение и область применения автоматических выключателей.

19. Дать классификацию подстанций по способу присоединения к электрической сети.

20. Назвать основные требования, предъявляемые к схемам подстанций.

21. Привести типовые схемы РУ напряжением 35 кВ и выше.

22. Привести типовые схемы РУ напряжением 6…10 кВ.

23. Привести типовые схемы потребительских подстанций

6…10/0,4 кВ.

24. Назвать основные преимущества комплектных трансформаторных подстанций.

6. Расчет конструктивной части воздушных линий

6.1. Общие сведения

ВЛ работает в естественных климатических условиях и подвергается ветровым и гололедным нагрузкам, изменениям температуры окружающего воздуха, воздействию грозы. Все климатические условия фиксируются на метеостанциях. На основании статистических данных метеостанций вся территория страны разделена на районы:

по толщине стенки гололеда (пять районов); скоростным напорам ветра (семь районов); среднегодовой продолжительности гроз;

пляске проводов - колебаниям проводов с большой амплитудой и малой частотой под воздействием ветровых и гололедных нагрузок (три района).

Карты районирования территории страны приводятся в ПУЭ.

В каждом районе фиксируются значения низшей и высшей температур воздуха, значения температур при максимальной скорости ветра, интенсивном гололедообразовании, грозе, рассчитывается среднегодовая температура.

При проектировании ВЛ необходимо учитывать климатические условия района, где будет сооружаться линия.

Одним из важных моментов проектирования ВЛ является расчет проводов и тросов на механическую прочность. Расчет опор и других элементов ВЛ (изоляторов, арматуры), как правило, не производится. Эти элементы, в частности опоры, выбираются из унифицированного ряда с учетом климатических условий района сооружения ВЛ. Для каждой унифицированной опоры в справочных материалах указываются ее размеры и область применения (см. приложения 3 и 4).

Под расчетом проводов и тросов ВЛ на механическую прочность понимается определение механического напряжения в проводах и тросах при различных сочетаниях климатических условий и сопоставление этих напряжений с допустимыми значениями. Расчеты проводов и тросов имеют много общего, поэтому ниже под термином "провод" будет подразумеваться и трос, а отличительные особенности расчета троса будут рассмотрены в п. 6.5.

Основными факторами, влияющими на механическое напряжение в проводе, являются:

температура окружающего воздуха;

гололедные нагрузки; ветровые нагрузки.

При изменении температуры воздуха меняется внутреннее механическое напряжение в проводе за счет изменения длины провода в пролете. Гололед и ветер влияют на механическое напряжение в проводе за счет внешнего механического воздействия.

Как отмечалось в п. 1.2, для ВЛ применяются, главным образом, сталеалюминиевые провода. Физико-механические характеристики алюминия и стали существенно отличаются. В практических инженерных расчетах сталеалюминиевых проводов используются эквивалентные физико-механические характеристики, приведенные к проводу в целом:

модуль упругости Е ; температурный коэффициент линейного удлиненияα ; механическое напряжениеσ .

Характеристики сталеалюминиевых проводов различного сечения приведены в приложении 1.

ПУЭ устанавливают допустимые механические напряжения в проводе для трех режимов:

режима низшей температуры [σ tmin ]; режима среднегодовой температуры [σ tср ];

режима наибольшей внешней нагрузки [σ pmax ].

Основной задачей механического расчета провода является определение таких условий его монтажа, чтобы в процессе эксплуатации линии механические напряжения в проводе в режимах

низшей температуры σ tmin , среднегодовой температурыσ tср и наибольшей внешней нагрузкиσ рmax не превышали допустимых значений.

Таким образом, условия проверки провода на механическую прочность имеют следующий вид:

σ tmin< [ σ tmin]; σ t ср< [ σ tср]; σ рmax< [ σ рmax].

Кроме указанных трех режимов, ПУЭ устанавливают и расчетные режимы, которые по мере необходимости рассмотрены ниже.

6.2. Удельные нагрузки на провод

При выполнении механического расчета проводов различных сечений F при различной длине пролетаl удобно пользоваться удельными механическими нагрузками на провод, т.е. нагрузками, приведенными к 1 м длины пролета и 1 мм2 сечения провода. Размерность удельной нагрузки - даН/м. мм2 .

Удельная нагрузка от собственного веса провода определяется через вес Р одного км провода и его сечение, как

где g 0 = 0,9. 103 даН/м3 = 0,9. 10-3 даН/м. мм2 - плотность льда;

С max - максимальная толщина стенки гололеда в соответствии с районом страны по гололеду, мм;

d - диаметр провода, мм.

Суммарная удельная нагрузка от веса провода и гололеда определяется суммированием нагрузок р 1 ир 2 , поскольку обе эти нагрузки имеют одинаковое вертикальное направление. Таким образом,

Удельная нагрузка от давления ветра, действующего перпендикулярно проводу при отсутствии гололеда, составляет

При определении удельной нагрузки р 5 считается невозможным одновременное воздействие на провод и максимального напора ветра и максимального гололеда. Поэтому при расчете этой удельной нагрузки принимается, что напор ветра составляет 0,25Q max .

Удельная нагрузка от веса провода без гололеда и ветра составляет

Удельные нагрузки р 6 ир 7 определяются геометрическим сложением составляющих, поскольку эти составляющие направлены

вертикально (р1 и р3 ) и горизонтально (р4 и р5 ).

Для расчета проводов на механическую прочность ПУЭ регламентируют следующие сочетания климатических условий (режимы):

1. Режим низшей температуры при отсутствии ветра и гололеда, характеризуемый удельной нагрузкой р 1 и температуройt min ;

2. Режим среднегодовой температуры при отсутствии ветра и гололеда, характеризуемый удельной нагрузкой р 1 и температуройt ср ; 3. Режим наибольшей внешней нагрузки, характеризуемый

удельной нагрузкой р max и температуройt г = -5о С;

Температура t г = - 5о С, при которой имеют место интенсивное гололедообразование и максимальная ветровая нагрузка установлена по данным метеорологических наблюдений и принимается одинаковой для всех районов страны.

В режиме 3 в качестве наибольшей удельной нагрузки р6 илир 7 . При соотношениир 7 >р 6 принимаетсяр max =р 7 . При соотношениир 6 >р 7 принимаетсяp max =р 6 .

6.3. Уравнение состояния провода. Исходный режим

Механическое напряжение в проводе изменяется в зависимости от удельной нагрузки на провод и температуры окружающего воздуха. Для двух любых режимов, режима "i" и режима "j", характеризующихся удельными нагрузками р i ир j и температурамиt i иt j , механические напряжения в проводеσ i иσ j в этих режимах связаны уравнением состояния провода. Это уравнение имеет следующий вид:

где α - температурный коэффициент линейного удлинения материала провода, 1/о С;

Е – модуль упругости материала провода, даН/мм2 ;

l – расчетная длина пролета, м, зависящая от типа выбранной опоры (см. приложение 4).

По этому уравнению необходимо определить механические напряжения в проводе в режимах низшей температуры (р 1 ,t min ), среднегодовой температуры (р 1 ,t ср ) и наибольшей внешней нагрузки (р max ,t г = -5o C) и проверить условия (6.1).

Прямое решение уравнения (6.10) для двух любых режимов невозможно, поскольку это уравнение содержит два неизвестных

напряжения: σ i иσ j .

Введем понятие исходного режима . Это такой режим, в котором механическое напряжение в проводе равно допустимому значению, при этом во всех других режимах механическое напряжение в проводе меньше допустимого.

Поскольку для расчета механической прочности провода необходимо рассмотреть только три режима, а исходным режимом может быть любой из этих трех режимов, воспользуемся методом перебора возможных вариантов. Таких вариантов три.

1. Исходный режим - режим наибольшей внешней нагрузкис

параметрами р max иt г = -5о С. Напряжение в проводе в этом исходном режиме считается известным и равным допустимому для этого режима, т.е.σ рmax = [σ pmax ]. Подставив параметры исходного режима в левую часть уравнения состояния провода (6.10), вычислим ее значение:

Решив уравнение (6.12), найдем напряжение в проводе в режиме низшей температуры σ tmin . Рекомендации по решению кубического уравнения приведены в приложении 6.

Далее в правую часть уравнения состояния (6.10) подставим параметры режима среднегодовой температуры р 1 иt ср . Уравнение (6.10) сведется к неполному кубическому уравнению

где A =α E t ср -C ;

B = -р 1 2 l 2 E / 24.

Решив уравнение (6.12), найдем напряжение в проводе в режиме среднегодовой температуры σ tср .

Проверим условия (6.1). Если они выполняются, исходный режим выбран верно. В противном случае рассматриваем вариант 2.

2. Исходный режим - режим низшей температуры с

параметрами р 1 иt min . Напряжение в проводе в этом исходном режиме считается известным и равным допустимому для этого режима, т.е.σ tmin = [σ tmin ]. Подставив параметры этого режима в левую часть уравнения состояния провода (6.10), вычислим ее значение:

Решив уравнение (6.15), найдем напряжение в проводе в режиме наибольшей внешней нагрузки σ рmax .

где A =α E t ср –C ;

B = -р 1 2 l 2 E / 24.

Решив уравнение (6.16), найдем напряжение в проводе в режиме среднегодовой температуры σ tср .

Проверим условия (6.1). Если они выполняются, исходный режим выбран верно. В противном случае рассматриваем вариант 3.

3. Исходный режим - режим среднегодовой температурыс

параметрами р 1 иt ср . Напряжение в проводе в этом исходном режиме считается известным и равным допустимому для этого режима, т.е.σ tср = [σ tcp ]. Подставив параметры этого режима в левую часть уравнения состояния провода (6.10), вычислим ее значение:

где A =α E t min –C; B = -р 1 2 l 2 E / 24.

Решив уравнение (6.18), найдем напряжение в проводе в режиме низшей температуры σ tmin .

Далее в правую часть уравнения состояния (6.10) подставим параметры режима наибольшей внешней нагрузки р max иt г = -5о С. Уравнение (6.10) сведется к неполному кубическому уравнению

где A =α E t г -C ;