Комплектное распределительное устройство (ячейка КРУ, КРУЭ) на напряжение

Что такое подстанция?

Для преобразования и распределения электроэнергии применяют специальные электроустановки — электрические подстанции (определение в соответствии с п. 37 ГОСТ 19431-84). В состав подстанций (сокращенно ПС) входят различные узлы, которые мы сейчас и рассмотрим.

Виды подстанций

Сетевые подстанции делятся на трансформаторные и преобразовательные. Назначение подстанций — понижать и повышать напряжение, а подстанции — преобразовывать переменный ток в постоянный и наоборот.

Все подстанции можно разделить на два типа: повышающего напряжения и понижающего напряжения. Сетевые станции, повышающие напряжение, обычно устанавливаются рядом с электростанциями. Понижающие станции, или как их еще называют понижающие станции, встречаются повсеместно.

На улицах мы чаще всего видим трансформаторные пункты (ТП) или комплектные трансформаторные подстанции (КТП).

Такие подстанции могут быть закрытыми (ЗКТП), где все оборудование находится в здании, открытыми, а также мачтовыми (МТП) и опорными (СТП), где оборудование установлено на опорах.

Примечание: опорные станции отличаются от мачтовых по способу установки — опорные трансформаторные подстанции КТП-С устанавливаются на одной опоре, а мачтовые трансформаторные подстанции КТП-М устанавливаются между двумя опорами (ПУЭ 7 4.2.11).

Трансформаторные подстанции предназначены для преобразования электроэнергии напряжением 35, 10 или 6 кВ, передаваемой по проводам линий электропередач (ЛЭП), проходящих между населенными пунктами. По отходящим линиям электропередач напряжением 0,4 кВ электроэнергия подается к отдельным промышленным и бытовым потребителям.

Для преобразования более высокого напряжения применяют подстанции 35/10 кВ или 110/35/10 кВ и т д. Такие подстанции имеют более сложное устройство и компоновку, а также оснащены сложными устройствами релейной защиты.

Тяговые станции служат для обеспечения электроэнергией электротранспорта (электровозов, троллейбусов, трамваев и др.). В зависимости от вида и величины напряжения, необходимого для электротранспорта, тяговые станции могут вырабатывать постоянный или переменный ток.

Сфера применения

Комплектное коммутационное оборудование (КРУ) – это блоки, состоящие из распределительных щитов, в состав которых входят:

• устройства для запуска и управления электроприемниками;
• устройства защиты;
• токоизмерительное оборудование;

А также другие дополнительные компоненты собраны и готовы к использованию.

Основное назначение – прием и перераспределение электроэнергии в трехфазной сети с рабочей частотой сети 50 Гц и напряжением более 1000 В.

Комплектные распределительные устройства (КРУ) делятся на два типа: наружной и внутренней установки. Для внутренней установки их размещают в зданиях или в помещении. Такие блоки собираются с шинной системой. При эксплуатации на рабочее напряжение выше 35 кВ применяют воздушную изоляцию, в сетях напряжением 110 кВ в качестве изоляции применяют элегаз.

Как правило, в современных КРУ в качестве защитно-коммутационного аппарата используются высоковольтные вакуумные выключатели, но есть и более устаревшие установки, где устанавливаются масляные выключатели.

Шкаф распределительный КРУ РН 6 изготавливается для наружной установки и по конструкции делится на два типа: выкатной, где все детали и узлы закреплены на специальном щите, и стационарный, где все детали и узлы устанавливаются на длительный срок. Срок службы.

Монтаж внешней установки

Комплектные системы коммутации для наружной установки должны быть подготовлены к установке, поэтому сначала закладывается фундамент. Ячейки перемещаются упакованными до того, как будут установлены все блоки. После этого тележки распаковываются и выкатываются из корпуса, куда устанавливается сцепное оборудование.

Установите ячейки в соответствии с планом размещения. Установка начинается с крайних. Убедившись, что шкаф установлен правильно, установите его. Важно, чтобы клетки не стояли под углом.

А для монтажа ВЛ на крыше устанавливаются кронштейны. Также необходимо установить локальное освещение возле каждой клетки. Линии высоковольтных кабелей крепятся к клеммам выключателя в задней двери шкафа с помощью концевых заделок. После этого полные системы наружной коммутации готовы к работе.

Конструктивное исполнение

Комплектные распределительные устройства (КРУ) рассчитаны на напряжение 6/10 кВ, они должны обеспечивать нормальное функционирование всех установленных в нем элементов. Коммутационная аппаратура внешне похожа на большие стальные ячейки, внутри которых смонтированы коммутационные, защитные и вспомогательные устройства.

Внешнее покрытие ячейки выполнено из стальных пластин, это сделано для повышения прочности конструкции и защиты от повреждения током короткого замыкания других находящихся рядом устройств.

Распределительный шкаф КРУ РН 6 оборудован специальным локальным подогревом, благодаря которому в зимнее время токоизмерительные приборы работают нормально.

Технические характеристики и коммутационная способность

Комплектное распределительное устройство (КРУ) 10 кВ имеет следующие номинальные данные:

• рабочее напряжение сети — 6, 10, 35, 110 кВ;
• рабочая частота промышленной сети — 50 Гц;
• рабочий ток — 630 А;
• ток отключения — 12,5, 20, 25, 35, 40 кА;
• изоляция — воздух;
• тип выключателей — вакуумный;
• тип трансформатора тока — ТОЛК-6;
• тип силового трансформатора — ТМ-25;
• тип привода — электрический.

Коммутационная устойчивость коммутационного оборудования определяется исходя из параметров оборудования, встроенного в выключатель с установленной на нем станцией.

Коммутационная аппаратура, устанавливаемая в КРУ, должна нормально работать при номинальных нагрузках и выдерживать циклы испытаний при больших токах отключения, которые устанавливаются в технических характеристиках внутренних устройств.

Выдвижной элемент и степень защиты

Выдвижной элемент, на котором установлено сцепное оборудование, может перемещаться как вручную, так и механически. При этом такая тележка должна проходить путь по гладким поверхностям, так как имеет довольно большую массу.

Все распределительные шкафы должны быть просты в эксплуатации и рассчитаны на легкий монтаж, ремонт и замену деталей. В большинстве распределительных шкафов при выкатывании выдвижной каретки из шкафа в рабочее положение отверстия неподвижных разъединяющих контактов главной цепи запираются специальными шторками.

В зависимости от типа применения установки бывают разных типов конструкции. Коммутационное оборудование должно соответствовать требованиям по электрической и механической прочности конструкции, изоляции и устойчивости к агрессивным условиям эксплуатации. Категории размещения КРУ:

• У3 – предназначены для работы в помещениях с естественной циркуляцией воздуха;
• У4 – предназначены для помещений с искусственными климатическими условиями.

Конструкция коммутационной системы должна обеспечивать устойчивость к вибрациям, возникающим при включении и выключении высоковольтных выключателей, а также при перемещении установки. При этом все устройства должны функционировать как положено, а релейная защита не должна срабатывать при работе на номинальных значениях.

КРУ могут изготавливаться для различных климатических условий с использованием локального обогрева или охлаждения.

Классификация КРУ

Все виды КРУ классифицируют по определенным признакам, факторам, параметрам и конструктивным особенностям:

• На месте установки — агрегаты для внутренней и наружной установки.
• По климатическим условиям — для холодного, умеренного и тропического климата.
• Блок КРУ может быть стационарным или выдвижным. В первом случае коммутационная аппаратура устанавливается внутри шкафа неподвижно, а во втором случае размещается на тележках.
• Тип главного стрелочного оборудования: маломасляные, вакуумные и электромагнитные выключатели.
• Условия ремонта и обслуживания: одностороннее и двустороннее обслуживание. В первом случае шкаф устанавливается впритык к стене, а во втором – на определенном расстоянии, что обеспечивает доступ с разных сторон.
• Токоведущие части используются в открытом или защищенном исполнении.
• Линейный выход может быть кабельного или воздушного типа.
• Рабочий ток — постоянный или переменный.
• Условия эксплуатации. КРУ защищен от пыли и влаги, в герметичном и взрывозащищенном исполнении.

Существует дополнительная классификация КРУ по номинальным токам и напряжениям, типам выключателей и станций для них и другим показателям.

Выключатели: принцип действия.

Для снятия нагрузки с линии используются высоковольтные выключатели. По принципу гашения электрической дуги их можно разделить на:

• масло;
• вакуум;
• сФ6;
• воздух;
• авто газ.

Дуга гасится в масляных выключателях за счет движения масла в дугогасительной камере, которое может поступать в камеру за счет энергии, образующейся при гашении дуги (при автоподдуве), или с помощью специальных устройств (при принудительном масляном продувки), а также под действием магнитных полей, когда электрическая дуга, находящаяся в масле, движется по специальным каналам к дугогасительному устройству.

Масляные выключатели сочетают в себе простоту конструкции и хорошую отключающую способность, но имеют и ряд недостатков: масло имеет высокую пожароопасность, взрывоопасность, такие выключатели требуют частого периодического обслуживания при отключении токов короткого замыкания, кроме того, автоматические выключатели имеют значительные габариты.

В настоящее время выключатели этого типа устарели и заменяются вакуумными и элегазовыми выключателями.

В вакуумных выключателях дуга гасится в сильно устаревшей газовой среде, что обеспечивает низкую пожаро- и взрывоопасность, а также высокую надежность и большие межсервисные интервалы. На сегодняшний день промышленность выпускает автоматические выключатели, способные работать при напряжении от 6 до 220 кВ.

Гексафторид серы — SF6 используется для гашения дуги в элегазовых выключателях. Это более эффективно, чем масло, что приводит к более компактным автоматическим выключателям. К преимуществам элегаза также можно отнести пожаробезопасность, длительные межремонтные периоды и широкий диапазон рабочих напряжений от 6 до 1150 кВ.

Средой для гашения дуги в реле протока воздуха является поток сжатого воздуха, который создается специальным компрессором. Для хранения сжатого воздуха требуется ресивер, а для подачи воздуха требуется система пневматических трубопроводов.

Ассортимент автоматических выключателей газа ограничен напряжением до 10 кВ. Гашение дуги в них происходит за счет газов, образующихся в дуговых трубках при ее выключении. Такие выключатели называются выключателями нагрузки и не предназначены для отключения токов короткого замыкания.

Разъединители

Эти коммутационные устройства необходимы для создания видимого разрыва в электрической цепи и для отключения или включения малых зарядных токов отходящих линий и токов намагничивания силовых трансформаторов.

Дугогасительные устройства в разъединителях отсутствуют и они не предназначены для размыкания цепей под нагрузкой, так как возникающая дуга может вызвать постоянное замыкание между фазами.

Эти коммутационные устройства необходимы для создания видимого разрыва в электрической цепи и для отключения или включения малых зарядных токов отходящих линий и токов намагничивания силовых трансформаторов.

Дугогасительные устройства в разъединителях отсутствуют и они не предназначены для размыкания цепей под нагрузкой, так как возникающая дуга может вызвать постоянное замыкание между фазами.

Конструктивно разъединитель состоит из двух ножевых контактов, установленных на изоляторах. Для изоляции лопаток используются опорные стержневые изоляторы. Включение и отключение разъединителя осуществляется с помощью ручного или механизированного действия.

Различают однополюсные и трехполюсные разъединители. В последнем все три полюса включаются и выключаются от одного привода. Кроме того, разъединители снабжены заземляющими ножами, которые включаются при выключенном разъединителе.

Читайте также: Введение в теорию линейных стабилизаторов

Короткозамыкатели-отделители

Короткие замыкания на подстанции использовались для создания искусственного короткого замыкания на питающей линии. В результате линия была отключена на подстанции с помощью выключателя, а затем отключен сепаратор на сетевом узле с установкой короткого замыкания.

Кроме того, на питающей подстанции сработало АПВ и введена в работу линия с запитанной от нее подстанцией, кроме отключенной.

Эта схема использовалась для снижения затрат, и в настоящее время от нее отказываются за счет установки высоковольтных автоматических выключателей на отходящих подстанциях.

Виды трансформаторов: силовые, напряжения, тока.

Силовой трансформатор на подстанции преобразует напряжение, например повышая или понижая его. Принцип действия трансформатора основан на электромагнитной индукции. Трансформаторы имеют как минимум две обмотки — первичную и вторичную.

При этом вторичных обмоток может быть несколько, на один или несколько классов напряжения. Обмотки трансформатора электрически не связаны друг с другом.

Переменный ток, проходя по виткам первичной обмотки, образует в магнитопроводе переменный магнитный поток. Этот ток наводит во вторичной обмотке переменную ЭДС. Величина напряжения на вторичной обмотке будет зависеть от коэффициента трансформации — соотношения витков в первичной и вторичной обмотках.

На подстанциях напряжением выше 150 кВ применяются автотрансформаторы, позволяющие снизить потери активной мощности по сравнению с трансформаторами. Также стоимость автотрансформаторов ниже стоимости трансформаторов.

Это достигается за счет конструктивных особенностей автотрансформатора, предполагающих передачу мощности от одной обмотки к другой как за счет магнитного поля, так и за счет электрической связи обмоток.

Трансформаторы напряжения применяются для измерения напряжения, работы измерительных приборов и релейной защиты в сетях 6, 10, 35 кВ на подстанциях. По своей конструкции они аналогичны силовым трансформаторам, за исключением того, что имеют меньшее сечение обмотки, поэтому не рассчитаны на большие нагрузки.

Одним из вариантов трансформаторов напряжения является заземленный трансформатор, у которого один конец вторичной обмотки наглухо заземлен. Такие трансформаторы могут быть как однофазными (3НОМ), так и трехфазными (НТМИ, НАМИ).

Еще одним устройством, используемым на подстанции для измерений, являются трансформаторы тока (ТТ). Назначение таких трансформаторов — преобразование большого тока в величину, удобную для измерения, а также когда прямое измерение тока невозможно. Применяются для обеспечения работы устройств релейной защиты и систем измерения тока.

Конструкция ТТ предполагает наличие небольшого числа витков в первичной обмотке с большой площадью поперечного сечения. Трансформаторы тока не могут иметь первичную обмотку, и в этом случае сердечник кабеля действует как первичная обмотка, в которой измеряется ток.

Вторичную обмотку ТТ замыкают накоротко или подключают к приборам, причем число витков во вторичной обмотке подбирают так, чтобы ток был не более 5А.

Токоограничивающие реакторы

Конструктивно токоограничивающий реактор представляет собой дроссель, последовательно включенный в электрическую цепь. Он служит для ограничения токов короткого замыкания и поддержания соответствующего уровня напряжения на шинах подстанции.

По способу исполнения они делятся на бетонные, масляные, сухие и армированные. В зависимости от типа соединения они могут быть как одинарными, так и двойными, а также крестовыми и фидерными.

Батареи статических конденсаторов (БСК)

Высоковольтные БСК на подстанциях позволяют поддерживать необходимый уровень напряжения на отходящих линиях электропередачи и увеличивать мощность за счет компенсации реактивной мощности.

Эксплуатация

При эксплуатации КРУ необходимо своевременно организовать технический осмотр и обслуживание оборудования в ячейке, а также устранение неисправностей.

За работой оборудования следят дежурные электрики или персонал, обслуживающий установку. Согласно современным требованиям безопасности к работе с электроустановками не допускается один человек, поэтому при работе с распределительным устройством требуется не менее двух человек.

Рабочие, занимающиеся ремонтом установки, должны быть обучены и иметь группу допуска не ниже IV, а также должны знать оборудование, находящееся в коммутационной аппаратуре, и представлять работу отдельных частей электрических механизмов.

Установка с рабочим напряжением до 35 кВ

Высоковольтные выключатели серии ВМ-4 применяются для передачи электроэнергии в трехфазных электрических сетях с частотой промышленной сети 50 Гц и рабочим напряжением 35 кВ.

Соединительная ячейка представляет собой конструкцию, покрытую оцинкованной сталью, листы которой соединяются сварным или заклепочным способом. Внутри установлены высоковольтные выключатели, трансформаторы напряжения, распределительное устройство, измерительные приборы и разъединитель.

Такие КРУ рассчитаны на двустороннее обслуживание. При установке в небольших сооружениях модифицированное КРУ выпускается с односторонним обслуживанием. Для поддержания температурного режима в камерах есть жалюзи.

Для сброса избыточного давления, которое может возникнуть в случае аварийной работы или токов короткого замыкания, на крыше ячейки устанавливаются предохранительные клапаны.

Обслуживание комплектно-распределительных устройств

Перед началом осмотра КРУ внутри шкафов не должно быть посторонних шумов и характерного треска или дыма. При их возникновении в этом случае осуществляется дистанционное снятие напряжения с поврежденного оборудования.

При осмотре приборов, не отключая их от напряжения, проверяют состояние следующих мест:

• Функция осветительной сети, а также системы обогрева шкафов и помещений в холодное время года.
• Уровень масла в оборудовании, где оно используется, отсутствие масляных подтеков и утечек.
• Доступно для осмотра состояние контактных соединений, разъединяющих устройств, механизмов блокировки и главной цепи — коммутационной аппаратуры.
• Клеммы, гибкие соединители, штекерные контакты, реле и другие элементы вторичных цепей.
• Состояние и показания КИПиА и другого низковольтного оборудования.

Визуальное наблюдение осуществляется с помощью смотровых окон и сетчатых ограждений. При обнаружении нарушений, которые могли стать причиной аварии, их необходимо оперативно устранять. Остальные дефекты, не требующие срочных действий, протоколируются для дальнейшего устранения.

Повышенная влажность часто приводит к намоканию поверхности изоляторов и нарушению всей изоляции. Для устранения подобных явлений проводится регулярная очистка от пыли и смазывание изоляторов гидрофобной пастой.

В самих шкафах обеспечивается микроклимат с уровнем относительной влажности в пределах 60-70%. Внутри шкафов установлены электронагреватели, а их стенки утеплены листами минеральной ваты. Отказ оборудования происходит при низких температурах.

Основные функциональные блоки ячейки КРУ

Корпус комплектного распределительного устройства выполнен в виде сварной конструкции, имеющей форму шкафа. Для изготовления кузова используется стальной лист, который после завершения сварки обрабатывается антикоррозийным составом и красится.

Внутреннее пространство в шкафу разделено стальными перегородками на помещения, в которых размещено электрооборудование. Комплектное распределительное устройство разделено на отсеки, каждый из которых имеет свое определенное назначение:

• в низковольтном отсеке расположены устройства релейной защиты и автоматики, коммутационные аппараты питания цепей управления, измерительные приборы;
• отсек выключателя предназначен для размещения автоматического выключателя или выключателя нагрузки и разъединителя;
• в кабельном помещении имеется кабельная заделка, а также трансформаторы тока и напряжения.

Передняя панель релейного помещения КРУ выполнена в виде открывающейся двери, на которой установлены контрольно-измерительные приборы, осветительные приборы и ключ управления.

Электропроводка вторичных цепей коммутации, а также силовых цепей управления надежно защищена от воздействия различных внешних помех, в том числе электромагнитных помех от первичной силовой цепи.

На щите помещения КРУ используется схема первичного подключения потребителя. Положение выключателя питания контролируется специальными флажками, которые механически связаны со станцией. Безопасность эксплуатации всего коммутационного оборудования обеспечивается многоуровневой системой защиты оборудования и обслуживающего персонала. С

истема блокировки предотвращает неправильные действия, в частности, она не позволяет разъединителю разомкнуться, если автоматический выключатель находится во включенном положении.

Это связано с непригодностью разъединителей для коммутации тока нагрузки (отсутствие дугогасящих устройств, ручное управление). Кроме того, станция заземляющих ножей сблокирована с станциями блоков главного выключателя, что не позволяет заземлять электрические цепи под напряжением.

В случае пробоя основной изоляции и возникновения дуги внутри КРУ оперативный персонал и смежные электроустановки, находящиеся в непосредственной близости от поврежденной ячейки, надежно защищены прочным стальным шкафом.

Для сброса избыточного давления, возникающего внутри ячейки при дуговом разряде, в конструкции дополнительно предусмотрен специальный канал для отвода газов.

Шинопровод в кабельном отсеке надежно крепится к опорным изоляторам, благодаря чему конструкция способна выдерживать любые динамические нагрузки, которые могут возникнуть в аварийных ситуациях.

Область применения комплектных распределительных устройств

В зависимости от исполнения комплектное распределительное устройство может быть установлено на открытом воздухе (КРУН) или внутри стационарных или модульных сооружений. Ячейки КРУ применяются в схемах электроснабжения потребителей любого профиля и могут применяться как самостоятельно, так и в составе следующих электроустановок:

• понизительные и распределительные станции единой энергосистемы;
• отраслевые электрические подстанции, питающие потребителей различных направлений промышленного и сельскохозяйственного производства;
• распределительные станции городской инфраструктуры, обеспечивающие электроэнергией жилые массивы и системы городского освещения.

Комплектное распределительное устройство, благодаря своей компактной конструкции и размещению оборудования в одном доме, может быть смонтировано или демонтировано практически за один подъем крана, что позволяет возводить электрические подстанции в кратчайшие сроки. Единый подход к конструкции ячеек обеспечивает взаимозаменяемость комплектующих разных производителей.

Ячейки КРУ компании «ЭНЕРГОПРОМ-АЛЬЯНС»

Ячейка этого типа имеет исполнения на классы напряжения 6, 10 кВ и 20 кВ. В комплект оборудования может входить вакуумный выключатель или вакуумный выключатель нагрузки. В зависимости от конкретных требований предлагаются модификации с разными значениями номинальных токов главных силовых цепей, сборных шин и трансформаторов тока.

КРУ (комплектное распределительное устройство) «МЕГАПОЛИС» предназначено для внутренней установки в зданиях и сооружениях капитальной или модульной конструкции. В сотовом комплекте используются только проверенные комплектующие и качественное оборудование российских и зарубежных производителей.

Контроль качества осуществляется на всех этапах производства продукции. Поставка шкафов заказчику осуществляется с полным комплектом документации, в том числе:

• технический паспорт на изделие и гарантия производителя;
• инструкции по эксплуатации коммутационного оборудования и его отдельных компонентов;
• технические паспорта приборов и устройств, входящих в комплект ячейки.

К особенностям распределительных устройств этого типа относится использование элегаза в качестве изолирующей среды. Внутренняя часть распределительных шкафов заполнена под давлением элегазом, обладающим высокими изоляционными свойствами.

Данное техническое решение позволило сократить изоляционные расстояния, уменьшить внешние габариты изделия, при этом повысив надежность оборудования.

Коммутационное оборудование SF6 выполнено в виде цельносварного шкафа из листов нержавеющей стали. Герметичность конструкции и полная изоляция токоведущих частей от космического пространства исключает влияние погодных условий и загрязнения атмосферы на работу высоковольтного оборудования.

Это обстоятельство позволяет размещать коммутационные объекты ЭПА в промышленных районах, характеризующихся высокой концентрацией загрязняющих веществ в атмосферном воздухе.

В целом преимущества ГИС «ЭПА» можно сформулировать следующим образом:

• более компактная конструкция по сравнению с другими типами КРУ;
• высокая надежность и долговечность изделия – срок службы коммутационного оборудования составляет 30 лет, в течение которых не требуются профилактические мероприятия и ремонтные работы;
• высокий уровень безопасности при эксплуатации, благодаря наличию герметичной заземленной крышки, скрывающей токоведущие части.

Комплектация шкафов ГИС «ЭПА» может быть различной и зависит от конкретных потребностей заказчика. Состав коммутационного оборудования опционально ориентирован на возможность использования шкафа в качестве:

• секция, подключение к шине или обходной переключатель для подстанции;
• выключатель, подающий питание на шинную систему;
• ячейка подстанции, питающая отходящие линии потребителей.