2. Принципы построения электрических сетей
И РЕЖИМЫ НЕЙТРАЛИ
Схема релейной защиты электрической системы выбирается в соответствии с архитектурой и режимами работы системы электроснабжения.
2.1. Принципы построения электрических сетей
Все элементы, составляющие электрическую сеть, могут быть скомпонованы в различные структуры, сложность которых обуславливает эксплуатационную готовность и надежность электроснабжения потребителей. Поэтому для каждого вида применения выбирается схема построения электрической сети с учетом критерия оптимальных технико-экономических условий. Рассматриваемые ниже схемы характерны для электрических сетей напряжением 380 В и 6–10 кВ.
Основные типы архитектуры сетей:
1. Радиальные сети:
1.1. Простая радиальная линия.
1.2. Радиально-ступенчатые схемы.
2. Магистральные схемы:
2.1. Одиночная магистральная схема.
2.2. Двойная сквозная магистральная (двухлучевая) схема с питанием от одного или двух источников питания.
3. Замкнутые петлевые сети:
3.1. С разомкнутой петлей.
3.2. С замкнутой петлей.
4. Сети, включающие источник внутреннего производства энергии:
4.1. С источниками питания для местного производства.
4.2. С резервными источниками питания.
На рис. 2.1 приведена обобщенная схема электрической сети напряжением 380 В, которая питается от трансформаторной подстанции (ТП) напряжением 6–10/0,4 кВ. От силовых понижающих трансформаторов Т1 и Т2 через вводные автоматические выключатели QF1 и QF2 питаются две секции сборных шин 1СШ и 2СШ напряжением 0,4 кВ, которые соединены секционным выключателем QF3. От секций сборных шин отходят питающие потребителей воздушные и кабельные линии. Часть ТП с автоматическими выключателями QF и другими коммутационными аппаратами называют закрытым распределительным устройством ТП (ЗРУ–0,4 кВ).
Электрические сети напряжением 380 В могут быть построены с использованием радиальных, магистральных и петлевых схем.
Примером радиальных схем являются:
– кабельные линии КЛ1 и КЛ2, питающие распределительные шинопроводы ШР1 и ШР2;
Рис. 2.1. Схема электрической сети напряжением 380 В
– кабельные линии КЛ3, КЛ4 и КЛ5, КЛ6, питающие низковольтные распределительные пункты РПН2 и РПН3;
– кабельные линии, питающие отдельные электроприемники (печь сопротивления ПС и индукционная установка ИУ) и др.
Электрические сети, как правило, выполняют двух- или трехступенчатыми. Первой ступенью сети является ЗРУ–0,4 кВ ТП. В качестве 2-й ступени могут быть низковольтные распределительные пункты РПН2 и РПН3 или шинопроводы ШР1 и ШР2. От РПН и ШР питаются как отдельные электроприемники, так и РПН, являющиеся третьей ступенью СЭС – например РПН1.
Шинопроводы ШР1 и ШР2 являются разновидностью магистральных схем напряжением 380 В. В свою очередь шинопроводы делятся на распределительные или магистральные в зависимости от проходящей по ним мощности.
В практике существует большое разнообразие вариантов исполнения электрических сетей напряжением 380 В. Кроме того, от области применения электрических сетей меняются и названия используемых элементов. Например, термин низковольтный распределительный пункт РПН, используемый на промышленных предприятиях, в городских электрических сетях заменяют термином вводное распределительное устройство (ВРУ), которое устанавливается внутри жилых домов.
Отметим особенности указания значений напряжения на электрических схемах. Согласно ГОСТ 721–77 и ГОСТ 21128–83 и рекомендаций Международной электротехнической комиссии (МЭК) следует различать междуфазное номинальное напряжение сети и питаемых электроприемников и междуфазное номинальное напряжение источника питания, которое, как правило, на 5 % выше напряжения сети и электроприемников (табл. 2.1). Источниками питания для электрических сетей, как правило, являются вторичные обмотки понижающих трансформаторов или автотрансформаторов. Значения напряжений источников питания используют, в частности, при расчетах токов короткого замыкания.
Таблица 2.1
Номинальные междуфазные напряжения электрических сетей и электроприемников, кВ |
Номинальные междуфазные напряжение источников питания, кВ |
0,38 |
0,4 |
6 |
6,3 |
10 |
10,5 |
35 |
36,75 |
110 |
115 |
220 |
230 |
С учетом сказанного, на сборных шинах 1СШ и 2СШ трансформаторной подстанции ТП (рис. 2.1) указываем величину напряжения 400 В или 0,4 кВ. А в электрической сети, в частности, на РПН указываем напряжением 380 В или 0,38 кВ.
В электрических сетях напряжением 380 В часто для обеспечения повышенной надежности электроснабжения отдельных потребителей (больницы, банки, и др.) используются резервные источники питания, а для питания некоторых видов производств промышленных предприятий – источники питания местного производства электрической энергии (рис. 2.2).
|
Рис 2.2. Схемы подключения дополнительных источников питания в электрической сети напряжением 380 В: а – резервные; б – местного производства энергии |
На рис. 2.3 приведена обобщенная схема электрической сети напряжением 10 кВ, которая питается от подстанции (ПС) напряжением 35–110–220/10 кВ (на промышленных предприятиях ПС называют главными понизительными подстанциями – ГПП). От силовых понижающих трансформаторов Т1 и Т2 через вводные выключатели Q3 и Q4 питаются две секции сборных шин 1СШ и 2СШ напряжением 10 кВ, которые соединены секционным выключателем Q5 (эту часть ПС с коммутационными аппаратами отходящих линий называют закрытым распределительным устройством – ЗРУ–10 кВ).
Электрические сети напряжением 6–10 кВ промышленных предприятий и городов, как правило, выполняют двухступенчатыми, трехступенчатые применяются очень редко. Первой ступенью сети является ЗРУ–10 кВ ПС, в качестве 2-й ступени – высоковольтные распределительные пункты (РП). РП соединятся со ЗРУ–10 кВ ПС, как правило, радиальными кабельными или воздушными линиями, например, КЛ1, КЛ2.
От ЗРУ-10 кВ ПС и РП получают электроэнергию как отдельные высоковольтные электроприемники по одиночным радиальным линиям (электродвигатели М, электротехнологические установки ЭТУ и VD, силовые резонансные фильтры СРФ, батареи конденсаторов БК и т.д.), так и трансформаторные подстанции напряжением 6–10/0,4 кВ.
Существует много схем питания ТП и их сложность определяется категорией надежности электроснабжения потребителей. Выделим характерные:
– одиночные радиальные линии (КЛ3 и ТП3 – 3-я категория надежности);
– двойные радиальные линии, питающие двухтрансформаторные ТП (КЛ6, КЛ7, питающие ТП6 – 2-я и 3-я категории надежности);
– одиночные и двойные магистральные схемы (ТП4 и ТП5 питаются по двойной магистральной линии) и др.
Рис. 2.3. Схема электрической сети напряжением 10 кВ
Магистральные линии применяются при последовательном расположении электроприемников. Питающие линии последовательно заходят сначала в одну ТП, потом в другую и т.д. Магистральные линии могут быть с односторонним питанием от ПС и РП или двухсторонним питанием. При двухстороннем питании начала двойных магистральных линий подключаются к своим источникам питания (к сборным шинам РП или ПС), а в середине линии соединены нормально отключенными коммутационными аппаратами. Двухстороннее питание магистральных линий позволяет обеспечить надежность электроснабжения, например, при повреждении какого-либо участка линии происходит его отключение с двух сторон, а путем включения нормально отключенного коммутационного аппарата подается напряжение на неповрежденную часть магистральной линии.
На рис 2.4 приведены схемы замкнутых петлевых сетей, получающих питание от двух источников питания, например от разных секций сборных шин ПС или РП. Наиболее часто применяется схема с разомкнутой петлей (рис. 2.4,а), когда в середине схемы один из коммутационных аппаратов нормально отключен (НО), а остальные нормально замкнуты (НЗ). Такая схема позволяет не шунтировать секционные выключатели ПС или РП, разделяющие независимые источники питания. Кроме того, эта схема в случае повреждения питающих линий позволяет запитывать трансформаторные подстанции с одной из секций сборных шин ПС или РП.
|
Рис. 2.4. Замкнутые петлевые схемы с разомкнутой (а) и замкнутой (б) петлей |
Схема с замкнутой петлей (рис. 2.4,б) в России применяется достаточно редко. Она используется в связи с необходимостью увеличения мощности узла нагрузки, например, для повышения качества электрической энергии (при питании мощных электродвигателей или преобразовательных агрегатов). Такая схема должна иметь более сложное построение релейной защиты, обеспечивающее при возникновении короткого замыкания не только отключение поврежденных участков сети, но разделение независимых источников питания для сохранения требуемого уровня надежности.