35
В зависимости от места в сети энергосистемы и схемы присоединения к
сети различают ПС [8]:
- узловые - присоединены тремя и более линиями;
- проходные - присоединены путем захода и выхода линии с
двусторонним питанием или линии с последующим присоединением других
ИП;
- ответвительные - присоединяются к одной или к двум линиям в
«отпайки»;
- тупиковые - питаются одной или двумя радиальными линиями от ИП.
Согласно новым нормам технологического проектирования, на ПС
переменного тока с высшим напряжением 6-750 кВ в схемах
распределительных устройств 35 кВ и более, на ГПП отделители и
короткозамыкатели вместо выключателей не применяются, так как их
использование требует образования искусственного КЗ для обеспечения
условий отключения выключателя в начале линии, что приводит к таким
обстоятельствам: увеличивается зона аварии, так как при повреждении на
питающем ответвлении к трансформатору или в самом трансформаторе
кратковременно отключаются все остальные трансформаторы,
присоединенные к данной магистрали, что недопустимо для потребителей 1
и 2 категорий надёжности; повышается мощность однофазных КЗ,
значительно усложняются схемы релейной защиты и автоматики (РЗиА) [8].
В наше время применяют блочные схемы с выключателями в цепях ВН
трансформаторов в случае нецелесообразности (по условиям надежности)
или невозможности (по условиям отсутствия электрооборудования
необходимого исполнение) применения более простых схем.
В случае отсутствия транзита мощности применяют перемычки с двумя
разъединителями, что позволяет использовать одну линии и два
трансформатора или две линии и один трансформатор в условиях ремонта,
соответственно, линии и трансформатора (рисунок 1.4, а). Целесообразность
использования блочных схем без перемычек со стороны ВН (рисунок 1.4, б)
36
чаще всего определяется их простотой и надежностью [5,7].
В настоящее время освоен выпуск комплектных трансформаторных
подстанций блочных распределительных (КТПБР) с высшим напряжением 35
и 110 кВ.
Рисунок 1.4 - Варианты типов присоединений подстанций к электрической сети:
а - ответвительная; б - тупиковая
Схемы внешнего электроснабжения напряжением 6 (10) кВ. Внешнее
распределение электрической энергии при напряжении 6 (10) кВ может быть
выполнено по радиальной, магистральной или смешанной схемам. Каждая из
этих схем отличается по степени надежности и технико-экономическими
показателями в зависимости от конкретных требований проектируемого
объекта. В современной практике проектирования и эксплуатации
осуществляется ступенчатый принцип построения схем. Под ступенью
электроснабжения понимают узлы схемы электроснабжения, между
которыми электроэнергия, получаемая от ИП, передается потребителям [1,7].
Схемы бывают одноступенчатые и многоступенчатые. В
многоступенчатых схемах применяются РУ одного напряжения, от которых
питаются отдельные мощные потребители или группа потребителей. Это
позволяет уменьшить количество выключателей в распределительном
37
устройстве 6 (10) кВ ГПП. При выборе схем следует стремиться к снижению
количества ступеней (более двух ступеней, как правило, не рекомендуется),
потому что это упрощает коммутацию, защиту и автоматику, снижает потери
электроэнергии [8].
Радиальные схемы следует применять при нагрузках, расположенных в
разных направлениях от ИП. Наиболее распространены одно- и
двухступенчатые схемы [3,4,8].
Одноступенчатые радиальные схемы (рисунок 1.5) лучше применять
для питания мощных сосредоточенных нагрузок. Преимуществом
радиальных схем является высокая надежность электроснабжения. Так,
выход из строя одной линии не влияет на работу потребителей, питающихся
от других линий. Основным недостатком радиального питания
однотрансформаторных ПС является потеря питания всеми потребителями
при отсутствии резервирования, например, при КЗ в питающей линии ТП1
(точка К2) или в самом трансформаторе ТП1 (точка КЗ). Поэтому радиальное
питание однотрансформаторных ПС в зависимости от конкретных
требований (категории всех потребителей, необходимого процента
резервирования, расположение ПС, схем и выполнение сетей и др.) требует
резервирования, которое осуществляется по следующим схемам [4,8]:
- с резервной перемычкой на стороне ВН между соседними ТП;
- с резервной магистралью ВН;
- с резервным радиусом ВН;
- с резервной кабельной перемычкой на стороне НН между соседними
ТП;
- с резервной шинной перемычкой между концами магистралей НН.
Питание взаимно резервируемых ТП следует осуществлять от разных
секций ГПП, ПГВ, ЦРП, РП. Радиальное питания цеховых
двухтрансформаторных ПС необходимо осуществлять от разных секций РУ,
как правило, отдельными линиями для каждого трансформатора (ТП2,
рисунок 1.5). При этом каждый трансформатор, а также линии, должны быть
38
рассчитаны на покрытие всех нагрузок 1-й и основных нагрузок 2-й
категорий данной ПС в послеаварийном режиме (например, при КЗ в точках
К4 и К5).
Рисунок 1.5 - Одноступенчатая радиальная схема
Двухступенчатые радиальные схемы применяют на крупных объектах,
которые расположены на большой территории [4,8].
Питание расположенных рядом одно- и двухтрансформаторных ПС без
шин ВН и потребителей напряжением свыше 1 кВ осуществляется от
промежуточных РП, питающихся от ГПП радиальными линиями первой
степени (рисунок 1.6).
При этом все коммутационные и защитные аппараты размещаются на
РП (рисунок 1.6).
На цеховых ТП предполагается глухое присоединение
трансформаторов в радиальных линиях второй ступени [4,8].
Это очень упрощает конструкцию и уменьшает габариты ТП, имеет
большое значение при дальнейшем распределении электроэнергии на низком
напряжении.
При использовании радиальных схем осуществляется глубокое
39
секционирования всей СЭС - от ИП к шинам напряжением до 1кВ.
С помощью секционных аппаратов может осуществляться АВР для
питания в послеаварийном режиме работы СЭП.
Вопрос о строительстве ЦРП рассматривают при количестве
радиальных линий от 8 и более [4,8].
Суммарная мощность секций ЦРП должна обеспечивать полное
использование пропускной способности главных выключателей и линий,
питающих эти секции.
Целесообразно радиальное питание двухтрансформаторных
подстанций потребителей от различных секций ЦРП отдельными линиями
для каждого трансформатора [4,8].
Кроме того, радиальное питания ТП потребителей целесообразно от
шин ГПП при нагрузках, расположенных в разных направлениях от нее.
Рисунок 1.6 - Двухступенчатая радиальная схема
В магистральных схемах ТП потребителей присоединяют к магистрали,
обеспечивает кратчайший путь передачи электроэнергии от ИП, благодаря
40
чему уменьшаются потери электроэнергии, а также уменьшается количество
звеньев распределения и коммутации электроэнергии. Это – основное и
существенное преимущество таких схем. Конструктивно магистральные
схемы выполняются кабелями, токопроводами, воздушными ЛЭП.
Магистральные схемы при кабельной прокладке применяют [3,4,8]:
- в случае прямолинейного размещения ТП потребителей на
территории микрорайона;
- в случае необходимости (из требований надежности
электроснабжения) резервирование питания ТП потребителей от другого ИП
при аварии основного;
-для группы потребителей, если магистральные схемы имеют технико-
экономические преимущества по сравнению с другими схемами.
Магистральные схемы можно разделить на одиночные (одинарные)
магистрали, с двумя и более параллельными магистралями, с одним или с
двумя ИП.
Одиночные магистрали без резервирования (рисунок 1.7) применяются
для питания потребителей 3-й категории только в нормальном режиме. В
случае аварии на каждом участке магистрали (точки КЗ К1, К2 или КЗ) под
действием РЗ, выключается выключатель и все ТП прекращают
электроснабжения потребителей [4,8].
Рисунок 1.7 - Одиночные магистрали без резервирования
Количество трансформаторов, присоединяемых к одной магистрали,
41
может быть ориентировочно принято в пределах двух – при номинальной
мощности 2500-1600 кВА, двух-трех – при номинальной мощности 1000
кВА, и четырех-пяти – при номинальной мощности 630-250 кВА [4,8].
Основные схемы присоединения однотрансформаторных ПС в
магистральных схемах приведены на рисунке 1.8. Вариант «б» наиболее
распространен, поскольку в нем применяют КТП, что способствует
максимальному упрощению схемы по сравнению со схемой «а», при
сохранении высокой надежности и удобства эксплуатации. На вводе к
трансформатору устанавливают выключатель нагрузки в комплекте с
высоковольтными предохранителями, что необходимо для селективного
отключения трансформатора при его повреждении. При варианте «в» очень
упрощается конструкция ТП потребителей, хотя отсутствие аппаратов ВН
усложняет условия эксплуатации. Эта схема применяется тогда, когда
установка аппаратов ВН усложняется [4,8].
Рисунок 1.8 - Присоединение однотрансформаторных ТП в магистральных схемах
Для повышения надежности электроснабжения одиночных
магистралей (возможности частичного питания потребителей 2-й категории,
которые допускают перерыв питания на время поиска и отключения
поврежденного звена магистрали и присоединения потребителей к
резервному ИП в послеаварийных режимах) применяют схемы [4]:
- одиночные магистрали с общей резервной магистралью ВН;
42
- одиночные магистрали с частичным резервированием со стороны НН;
- одиночные сквозные («встречные») магистрали с двусторонним
питанием;
- кольцевые магистрали.
При магистральном питании установка коммутационного аппарата на
каждой из ТП потребителей (разъединителя, выключателя, выключателя
нагрузки с предохранителем) практически обязательна. Магистральным
схемам следует отдать предпочтение как более экономичным. В практике
проектирования и эксплуатации очень редко встречаются схемы
электроснабжения, которые выполнены исключительно по радиальному или
по магистральному типу [4,8].
В зависимости от расположения ТП потребителей напряжением выше 1
кВ и требований надежности их электроснабжения, распределительные сети
напряжением 6-10 кВ выполняют, в основном, по смешанной схеме, которая
состоит из радиальных и магистральных схем. Часть ТП потребителей
получает питание по радиальной схеме, а другая часть - по магистральной.
Такое сочетание позволяет более полно использовать преимущества обеих
схем. Окончательное решение по выбору общей схемы внешнего
электроснабжения района принимается на основе сравнения различных
вариантов схем распределительных сетей напряжением 6-10 кВ [4,8].
Разработка схемы внутреннего электроснабжения микрорайона. При
выборе схемы силовой сети потребителей учитывают такие факторы
[1,3,4,8]:
- мощность отдельных потребителей;
- размещения потребителей;
- надежность питания;
- условия среды и др.
Силовая сеть потребителей должен соответствовать требованиям:
- гарантировать необходимую электробезопасность;
- обеспечивать необходимую надежность электроснабжения в
43
зависимости от категории потребителей;
- иметь минимальные затраты;
- быть удобной и наглядной в эксплуатации;
- соответствовать характеру окружающей среды;
- допускать применения индустриальных и скоростных методов
монтажа;
- обеспечивать селективность работы защиты.
Следует проверить возможность присоединения мощных потребителей.
Если номинальный ток потребителей превышает номинальный ток аппаратов
присоединения, то либо следует выбрать аппараты, которые имеют большие
номинальные токи, или присоединить данный мощный потребитель
непосредственно к шинам НН ТП [4,8].
С другой стороны, ориентировочная проверка показывает неполное
использование пропускной способности присоединения. Если номинальный
ток аппарата значительно превышает номинальный ток потребителей, то
следует проверить возможность применения аппаратов, которые имеют
меньшие номинальные токи. Таким образом, следует стремиться к полному
использованию пропускной способности всех элементов сети [4,8].
Потребитель получает питание от ИП, которым могут быть: главная
понижающая подстанция (ГПП), подстанция глубокого ввода (ПГВ),
центральный распределительный пункт (ЦРП), РП или заводская
теплофикационная электростанция (ТЭЦ). Поэтому ИП в сети напряжением
выше 1 кВ и напряжение на его шинах указаны в выходных данных и выбору
не подлежат.
Для проектируемой сети напряжением до 1 кВ род тока, величина
напряжения однозначно определяются потребителями. В подавляющем
большинстве – это потребители переменного тока промышленной частоты 50
Гц номинальным напряжением 0,38 и 0,22 кВ. Потребителей постоянного
тока, переменного тока повышенной частоты обычно присоединяют к сети
через индивидуальные преобразователи, поэтому эти потребители в
44
комплекте с преобразователями можно рассматривать как потребители
переменного тока промышленной частоты. В силовые электрические сети
закладывается огромное количество проводникового материала и
электрической аппаратуры, поэтому выбор схемы питания определяет не
только качество и особенности роботы ЭО, но и технико-экономические
показатели (ТЭП) всей СЭС. Силовые электрические сети могут быть
выполнены по радиальной, магистральной или смешанной схемам. Кроме
того, за рубежом применяется схема замкнутой сети. Линии цеховой силовой
сети, которые отходят от шин НН ЦТП к СРШ, СРП или к ШРА, образуют
питающую сеть, а линии, подводящие электроэнергию непосредственно к
потребителям – распределительную [3,4,8].
Для питающей сети применяют радиальные, магистральные и
смешанные схемы [3,4,8]. Распределительную сеть, как правило, выполняют
радиальной, реже - магистральной. В радиальных схемах промежуточными
элементами могут быть силовые сборки и шкафы (СРШ), то есть устройства
с ограниченным количеством присоединений. Так, для различных типов
СРШ количество присоединений бывает от 4 до 12. Количество
последовательно соединенных СРШ (иначе - ступеней распределения
электроэнергии), в том числе шин НН ЦТП, обычно не превышает двух, так
как в случае большего их количества растут расходы на оборудование и
усложняется обеспечение селективности защиты. По этой причине в чисто
радиальных схемах присутствуют практически две ступени распределения
электроэнергии (рисунок 1.9).
Рисунок 1.9 - Радиальная схема питания потребителей при напряжении до 1 кВ: 1 -
РУ НН ТП потребителей; 2 - силовой распределительный шкаф; 3 – электроприёмник