16. Закрытые распределительные устройства и подстанции
Открытое распределительное устройство (ОРУ) — это электрическое распределительное устройство, оборудование которого расположено на открытом воздухе (ГОСТ 24291—90).
Закрытое распределительное устройство (ЗРУ) — это электрическое устройство, оборудование которого расположено в помещении (ГОСТ 24291-90).
Закрытые ПС и РУ могут располагаться как в отдельно стоящих зданиях, так и быть встроенными или пристроенными.
В общем случае ПС и РУ являются составной частью электроустановок, которые различаются:
по назначению — генерирующие, преобразовательно-распределительные и потребительские. Генерирующие электроустановки служат для выработки электроэнергии, преобразовательно-распределительные электроустановки преобразуют электроэнергию в удобный для передачи и потребления вид, передают ее и распределяют между потребителями;
по роду тока — постоянного или переменного тока;
по напряжению — до 1000 В или выше 1000 В. Шкала номинальных напряжений ограничена сравнительно небольшим числом стандартных значений, благодаря чему изготавливается небольшое число типоразмеров машин и оборудования, а электросети выполняются более экономичными. В установках трехфазного тока номинальным напряжением принято считать напряжение между фазами (междуфазовое напряжение). Согласно ГОСТ 29322—92 установлена следующая шкала номинальных напряжений:
для электросетей переменного тока частотой 50 Гц междуфазовое напряжение должно быть: 12, 24, 36, 42, 127, 220, 380 В; 3, 6, 10, 20, 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750 и 1150 кВ;
для электросетей постоянного тока: 12, 24, 36, 48, 60, 110, 220, 440, 660, 825, 3000 В и выше.
По способу присоединения к электросети ПС разделяются на тупиковые (блочные), ответвительные (блочные), проходные (транзитные) и узловые.
Тупиковые ПС получают питание по одной или двум тупиковым ВЛ.
Ответвительные ПС присоединяются ответвлением к одной или двум проходящим ВЛ с односторонним или двухсторонним питанием.
Проходные ПС включаются в рассечку одной или двух проходящих ВЛ с односторонним или двухсторонним питанием.
Узловые ПС кроме питающих имеют отходящие радиальные или транзитные ВЛ.
По способу управления ПС могут быть:
только с телесигнализацией;
телеуправляемыми с телесигнализацией;
с телесигнализацией и управлением с общеподстанционного пункта управления (ОПУ).
Подстанции оперативно обслуживаются постоянным дежурным персоналом на щите управления, дежурными на дому или оперативно-выездными бригадами (ОВБ). Ремонт ПС осуществляется специализированными выездными бригадами централизованного ремонта или местным персоналом подстанции.
В РУ напряжением до 1000 В провода, шины, аппараты, приборы и конструкции выбирают как по нормальным условиям работы (напряжению и току), так и по термическим и динамическим воздействиям токов коротких замыканий (КЗ) или предельно допустимой отключаемой мощности.
В РУ и ПС напряжением выше 1000 В расстояния между электрооборудованием, аппаратами, токоведущими частями, изоляторами, ограждениями и конструкциями устанавливаются так, чтобы при нормальном режиме работы электроустановки возникающие физические явления (температура нагрева, электрическая дуга, выброс газов, искрение и др.) не могли привести к повреждению оборудования и КЗ.
В сетях напряжением 6-10 кВ широко используются распределительные пункты (РП), представляющие собой электрическое РУ, не входящее в состав ПС (ГОСТ 242910—90), и предназначенное для распределения электрической энергии внутри распределительной сети. РП представляет собой разделенные на секции сборные шины, определенное количество ячеек (присоединений) и коридор управления. Ячейки служат для размещения в них коммутационной и защитной аппаратуры: выключателей, трансформаторов тока (ТТ) и трансформаторов напряжения (ТН), разъединителей, предохранителей, приборов защиты.
Коридор управления РП представляет собой помещение, в котором установлены приводы выключателей и разъединителей; коридором обслуживания называется коридор вдоль камер или шкафов КРУ, предназначенный для обслуживания аппаратов и шин.
Шинопровод — это токоведущие элементы, расположенные в металлической оболочке, служащие для соединения главных цепей составных частей КТП в соответствии с электрической схемой соединения и конструктивным исполнением КТП (ГОСТ 14695—80).
РУ 6-10 кВ имеют в РП две секции, питающиеся по одиночным или сдвоенным КЛ сечением от 185 до 240 мм2от разных секций РУ 6-10 кВ одного (от ПС 35—110 кВ) или от разных центров питания. На секционном выключателе в РП предусматривается устройство двухстороннего автоматического включения резерва (АВР), которое выполняется на стороне 0,4 кВ на контакторах с номинальным током от 600 до 1000 А. По месту своего расположения устройства АВР могут быть местными (в пределах одной ПС, например, АВР на секционном выключателе), или вблизи нее, или сетевыми (в различных точках сети), обеспечивающими при своем срабатывании восстановление питания участков сети рядом с ПС.
Распределительная трансформаторная подстанция (РТП) — это электроустановка, в которой совмещены РП и ТП. В РТП могут размещаться трансформаторы единичной мощностью до 1000 кВА включительно, РУ 6—10 кВ с определенным количеством ячеек и комплектный распределительный щит 0,4 кВ. Поэтому РТП позволяет осуществить распределение электроэнергии не только на напряжении 0,4 кВ, как обычная ТП, но и на напряжении 6—10 кВ, как в РП. Таким образом, РТП в отличие от РП служит не только для приема и распределения электроэнергии, но и для ее трансформации. Как правило, от РТП осуществляется электропитание нескольких ТП. РТП целесообразно использовать для электроснабжения городов и крупных сельскохозяйственных комплексов (животноводческие фермы, птицефабрики и т. п.). РТП выполняются, как правило, закрытого типа.
Центр питания (ЦП) — это РУ генераторного напряжения электростанций или РУ вторичного напряжения понизительной ПС энергосистемы, к которым присоединены распределительные сети данного района (ГОСТ 13109—97). Это главным образом подстанции 35—220 кВ энергосистем, от которых получают питание распределительные сети 6-10 кВ. От ЦП в распределительную сеть электроэнергия передается непосредственно на шины ТП или через шины РП.
Совокупность указанного выше электрооборудования вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены, определяется общим термином — электроустановка. Электроустановка — это любое сочетание взаимосвязанного электрооборудования в пределах данного пространства или помещения (ГОСТ 30331.1—95, ГОСТ Р 50571.1—93).
Электроустановки и связанные с ними конструкции должны быть стойкими в отношении воздействия окружающей среды или защищенными от этого воздействия.
Открытые или наружные электроустановки — электроустановки, не защищенные зданием от атмосферных воздействий. Электроустановки, защищенные только навесами, сетчатыми ограждениями и т. п., рассматриваются как наружные (ПУЭ).
Закрытые или внутренние электроустановки — электроустановки, размещенные внутри здания, защищающего их от атмосферных воздействий (ПУЭ).
Электропомещения, то есть помещения или отгороженные (например, сетками) части помещения, в которых расположено электрооборудование, доступное только для квалифицированного обслуживающего персонала, по воздействию окружающей среды в соответствии с классификацией по ПУЭ разделяются на следующие виды:сухие — помещения, в которых относительная влажность воздуха не превышает 60 %;
влажные — помещения, в которых относительная влажность воздуха более 60 %, но не превышает 75 %;
сырые — помещения, в которых относительная влажность воздуха превышает 75 %;
особо сырые — помещения, в которых относительная влажность воздуха близка к 100 % (потолок, стены, пол и предметы, находящиеся в помещении, покрыты влагой);
жаркие — помещения, в которых под воздействием различных тепловых излучений температура постоянно или периодически (более 1 суток) превышает +35 °C (например, помещения с сушилками, обжигательными печами, котельные);
пыльные — помещения, в которых по условиям производства выделяется технологическая пыль; она может оседать на токоведущих частях, проникать внутрь машин и аппаратов и т. п. Пыльные помещения разделяются на помещения с токопроводящей пылью и помещения с нетокопроводящей пылью;
помещения с химически активной или органической средой — помещения, в которых постоянно или в течение длительного времени содержатся агрессивные пары, газы, жидкости, образуются отложения или плесень, разрушающие изоляцию и токоведущие части электрооборудования.
В отношении опасности поражения людей электрическим током различаются:
помещения без повышенной опасности — помещения, в которых отсутствуют условия, создающие повышенную или особую опасность;
помещения с повышенной опасностью — помещения, характеризующиеся наличием одного из следующих условий, создающих повышенную опасность:
сырость или токопроводящая пыль;
токопроводящие полы (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные и т. п.); высокая температура;
возможность одновременного прикосновения человека к металлоконструкциям здания, имеющим соединение с землей, технологическим аппаратам, механизмам и т. п., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования (открытым проводящим частям), с другой стороны;
особо опасные помещения — помещения, характеризующиеся наличием одного из следующих условий, создающих особую опасность:
особая сырость;химически активная или органическая среда;
одновременно два или более условий повышенной опасности. Территория открытых электроустановок в отношении опасности поражения людей электрическим током приравнивается к особо опасным помещениям.
Конструкция закрытых распределительных устройств (ЗРУ)
Строительная часть ЗРУ выполняется из стандартных железобетонных элементов. Габариты зданий ЗРУ должны быть кратны: длина — 6 м, ширина — 3 м, высота — 0,6 м.
Электрические аппараты и токоведущие части размещаются так, чтобы выдерживались установленные наименьшие изоляционные расстояния в воздухе между проводниками разных фаз, а также от проводников до заземлённых конструкций и частей здания. Не огражденные токоведущие части должны быть недоступны для случайного прикосновения.
Практически рекомендуемые расстояния между осями фаз составляют: для 6 кВ — 250—500 мм; для 10 кВ — 300—700 мм; для 35 кВ — 500—700 мм; для 110 кВ — 1250—1600 мм; для 220 кВ — 3000 мм. Неизолированные токоведущие части, расположенные над полом на высоте меньше 2,5 м в установках 6—10 кВ и 2,7 м в установках 35 кВ, должны ограждаться сетками, причём высота прохода под сеткой должна быть не менее 1,9 м.
Длина ЗРУ определяется его схемой, принятой конфигурацией сборных шин, количеством и размером ячеек.
Для обслуживания сборных ЗРУ и перемещения оборудования предусматриваются коридоры обслуживания и коридоры управления. Ширина коридоров обслуживания в свету между ограждениями принимается не менее 1 м при одностороннем расположении оборудования и 1,2 м при двухстороннем. В коридорах управления указанные размеры должны быть увеличены соответственно до 1,5 и 2 м. Количество выходов из ЗРУ принимается исходя из его длины: при длине РУ до 7 м допускается один выход, расположенный таким образом, чтобы расстояние от любой точки коридора до выхода было не более 30 м. Отечественные заводы изготавливают КРУ с односторонним и двухсторонним обслуживанием. При двухстороннем обслуживании КРУ ширина прохода с задней стороны КРУ должна быть не менее 0,8 м. Расположение шкафов КРУ в здании РУ может быть однорядным и двухрядным. При однорядном расположении КРУ ширина коридора управления должна быть больше длины выкатной тележки не менее чем на 0,6 м, но не менее 1,5 м, а при двухрядном расположении больше длины тележки на 0,8 м, но не менее 2 м.
Токоограничивающие реакторы располагаются в отдельных камерах ЗРУ. Размещение реакторов в цепях трансформаторов может быть выполнено в пристройках к зданию РУ с горизонтальным расположением фаз в один ряд или по треугольнику. Линейные и групповые реакторы размещаются в ячейках вертикально в виде колонн из трёх фаз. Наличие линейных реакторов, как правило, приводит к необходимости сооружения ЗРУ смешанного типа.
Силовые и контрольные кабели на понижающих подстанциях небольшой и средней мощности могут выводиться из РУ либо через трубы, либо до выхода их наружу могут быть проложены в кабельных каналах, закрытых съёмными плитами. При большом количестве кабелей устраиваются специальные кабельные сооружения: тоннели, кабельные подвалы. Кабели прокладываются вдоль стен на конструкциях, выполненных в виде полок. Высота тоннеля в свету должна быть не менее 1,8 м. Наименьшее расстояние в свету между конструкциями для прокладки кабелей при двухрядном их расположении — 1 м, от конструкций до стены при однорядном расположении конструкций — 0,9 м.
Подводка от трансформатора до ЗРУ выполняется шинами: посредством гибких связей или в виде шинного моста. Вводы в здание РУ осуществляются через проходные изоляторы. Для трансформаторов небольшой мощности может быть выполнен кабельный ввод.
Вводы в шкафы КРУ выполняются по-разному: сверху, сбоку или сзади. Схемы вводов также могут быть весьма разнообразными: глухое присоединение к сборным шинам КРУ, через разъединитель или штепсельные разъединяющие контакты и выключатель. В связи с этим выбор вводов следует производить обязательно по каталогам.
Разработка компоновки и конструкции ЗРУ
Разработка конструкции исследует за выбором типа РУ и сводится, главным образом, к компоновке электрооборудования в распределительных устройствах и в ячейках.
Компоновка электрооборудования в РУ складывается из размещения секций сборных шин в здании РУ, распределения ячеек всех присоединений в пределах каждой секции и в размещении электрооборудования в пределах каждой ячейки (для сборных РУ). При этом не должно быть никаких отступлений от разработанной ранее электрической схемы. Работа по компоновке электрооборудования в РУ оформляется в виде эскизов — разрезов по ячейкам, поэтажных планов и схем заполнения, выполненных карандашом от руки на миллиметровой бумаге.
Приступая к компоновке, нужно сначала определить общее количество всех присоединений и их шинных разъединителей для каждой секции сборных шин, включая межсекционные и междушинные соединения, заземляющие разъединители на сборных шинах, трансформаторы напряжения и все другие присоединения, предусмотренные схемой электрических соединений. Для каждой секции выявляется потребное количество ячеек или камер для размещения шинных разъединителей, выключателей, реакторов (с учетом способа их установки), измерительных трансформаторов напряжения, разрядников и другого оборудования. Составляется схема заполнения ЗРУ.
Схема заполнения наглядно связывает схему электрических соединений с конструкцией РУ. Она выполняется карандашом на миллиметровой бумаге. Все аппараты и соединения между ними показываются в условных обозначениях, принятых для схем, в пределах контуров тех камер РУ, в которых они устанавливаются. Чертеж выполняется не в масштабе. На нем показывают в плане все камеры, а также коридоры и проходы. Стенки и перегородки, отделяющие камеры друг от друга и от проходов и коридоров, и перекрытия между этажами наносятся тонкими сплошными линиями. Все этажи условно объединяются в одном чертеже.
На
рис. 2 показана схема заполнения ЗРУ,
соответствующая упрощённой схеме
электрических соединений подстанции,
изображённой на рис. 1.
Рис.
1. Схема электрических соединений ЗРУ
6—10 кВ комплектных подстанций
Рис.
2. Схема заполнения ЗРУ 6-10 кВ
При определении конфигурации сборных шин и расположения секций следует учитывать удобство эксплуатации и требования надежности. В частности, как при однорядном, так и при двухрядном расположении камер РУ, секции вдоль здания располагаются одна за другой, что позволяет отделить секции одну от другой поперечными перегородками и избежать распространения аварии на другие секции. Вместе с расположением секции следует наметить и расположение шинных перемычек между сборными шинами одной секции, находящимися по разные стороны коридора управления, а также межсекционные связи. Следующей весьма важной частью компоновки является определение местоположения вводов в РУ трансформатора. Расположение камер для этих присоединений должно быть выбрано так, чтобы соединения шинами получились короткими и прямыми. Ячейки для отходящих линий желательно распределить по обе стороны от вводов, чтобы потоки мощности от них распределились в сборных шинах примерно поровну в обе стороны от вводов. Камеры для трансформаторов напряжения, разрядников, трансформаторов с.н. размещают в последнюю очередь, занимая свободные камеры. Заключительным этапом в разработке конструкции является план ЗРУ, выполненный в масштабе на листе № 2 графической части проекта.