Трансформаторная подстанция: устройство и принцип работы

Что такое КТП?

Комплектные системы коммутации относятся к категории электрооборудования для вводного распределения. Одним из таких агрегатов является комплектная трансформаторная подстанция (КТП). Это один из основных элементов системы энергопотребления, который используется для приема, преобразования и распределения электрической энергии на большие расстояния с минимальными потерями в токопроводах.

Основное назначение таких подстанций – обеспечение электроэнергией мелких потребителей, например это промышленные, коммунальные и сельскохозяйственные объекты.

Комплектная подстанция состоит из следующих модулей

• Силовой трансформатор (их может быть несколько)
• Распределительные блоки
• Релейная защита и автоматика
• Чек об оплате
• Вспомогательные модули

Способы классификация

По способу конфигурации электросети подстанции могут быть:

• тупиковая, для этого считываются по 1 или 2 радиально соединенным линиям, не питающим другие подстанции;
• ответвления — соединяются с одной (или двумя) проходящими линиями электропередачи посредством ответвлений, питающие линии в этом случае могут питать и другие подстанции;
• проходной — связанный со способом подвода к ЛЭП с двухсторонним электроснабжением, с использованием «врезки»;
• узловые — связаны по принципу создания узла с помощью трех и более рядов линий.

В зависимости от назначения системы электроснабжения подстанции различают:

• главный нисходящий (ГПП);
• глубокий ввод (ПГВ);
• тяговые, предназначенные для обеспечения электроэнергией нужд электротранспорта;
• комплектные подстанции 10(6)/0,4 кВ.

Устройство трансформаторной подстанции

Существуют разные модели трансформаторов: повышающие или понижающие входное напряжение до электрического тока. От типа электромагнитных силовых трансформаторов, которыми оснащена подстанция, зависит, будет она понижающей или повышающей. Электростанции оборудованы специальными трансформаторными подстанциями для повышения напряжения электрической энергии.

Специальное устройство (генератор) вырабатывает напряжение. Повышающий трансформатор действует как его усилитель. Это необходимо для передачи электрической энергии. Электростанции часто находятся довольно далеко от городов, поэтому необходимо передавать энергию на очень большие расстояния.

В то же время в линиях электропередач неизбежны определенные потери. Поэтому необходимо увеличивать напряжение тока. В других случаях чаще всего, наоборот, требуется снижение напряжения поступающей энергии. Поэтому применяются электростанции, снижающие напряжение.

Трансформаторные подстанции бывают нескольких вариантов:

1. Узловая распределительная станция (УРП).
2. Главная трансформаторная подстанция, предназначенная для опускания или подъема (ГПП).
3. Подстанция глубокого ввода (ПГВ).
4. Трансформаторный пункт (ТП).

Распределительный узел подстанции — центральный. Именно она получает мощность от энергосистемы, доводя напряжение до 110-120 кВт. На узловых подстанциях электрическая энергия высокого напряжения распределяется по пунктам назначения, точнее, на подстанции глубокого ввода, расположенные вблизи промышленных предприятий.

Распределительно-трансформаторная подстанция обычно не располагается в основной зоне промышленного предприятия, которое снабжается электрической энергией. В таких условиях об электроснабжении предприятия заботится специальная организация.

Если распределительный узел находится непосредственно на территории промышленного предприятия, за деятельность подстанции отвечает специальная служба, которая распределяет электроэнергию непосредственно на конкретное промышленное предприятие.

Главная понизительная подстанция предназначена для приема электроэнергии напряжением 35-220 кВ от районной энергосистемы. Данная подстанция необходима для распределения электроэнергии в компании, при этом ее энергетические показатели ниже.

Подстанция глубокого ввода может получать энергию либо от центрального распределительного пункта компании, либо напрямую от энергосистемы района. Эта подстанция в основном нужна для снабжения электроэнергией отдельных сфер бизнеса или нескольких сгруппированных установок, работающих на электричестве.

Такие подстанции на территории промышленных предприятий должны располагаться вблизи таких объектов, которым требуется больше электроэнергии.

Трансформаторный пункт представляет собой отдельную малогабаритную трансформаторную подстанцию. Его назначение – получение электроснабжения напряжением 6 кВ, 10 кВ, 35 кВ. Понижающие силовые трансформаторы уменьшают силу тока, доводя ее до 380 — 400В. КТП — комплектная трансформаторная подстанция — один из вариантов трансформаторных пунктов.

Обычно он оснащен одним или двумя трансформаторами. Однако бывает, что на такой подстанции есть еще и три трансформатора напряжения электрической энергии. Количество таких установок определяется тем, насколько надежно электроснабжение потребителей энергии. Они получают его с этой подстанции. КПТ – городская, снабжающая город электроэнергией, и цеха, которые находятся на предприятиях промышленного производства.

Но есть и другие типы электрических подстанций. К ним относятся, например, тяга. Они снабжают энергией линии для работы городского транспорта — трамваев и троллейбусов. Используются два типа трансформаторов: сухие и масляные.

Использование того или иного трансформатора определяется характеристиками подстанции, а также ее размерами и основным назначением. Поэтому в настоящее время комплектные подстанции часто оснащаются сухими трансформаторами.

Основные типы КТП

• Киоск
• Мачта
• Кабинет
• Пилар
• Мобильный
• Внутримагазин

Кратко перечислим функции каждого типа подстанции.

• Киоск

Бывают 2-х видов исполнения: тупиковые, проходные (об их отличиях — ниже)

Мощность трансформатора — 25-2500 кВА

Типы и количество трансформаторов — сухие или масляные, 1 или 2 шт

Дизайн — шкафы

Тип установки — внешний

Местонахождение — города, сельская местность, промышленные районы

• Мачта

Мощность трансформатора — 25-250 кВА

Типы и количество трансформаторов — сухие или масляные, 1 шт

Конструкция — сборно-сварная, размещена по высоте

Тип установки — внешний

Местонахождение — сельская местность, городские поселения

• Кабинет

Мощность трансформатора — 16-250 кВА

Типы и количество трансформаторов — сухие или масляные, 1 шт

Конструкция — 2 металлических шкафа ВН и НН

Тип установки — внешний

Местонахождение — села, частные фермы

• Пилар

Мощность трансформатора — 25-250 кВА

Типы и количество трансформаторов — 1 ток на 3 фазы или 1 на 1 фазу

Строительство — оборудование на железобетонной подставке

Тип установки — внешний

Местонахождение — села, поселки, частные фермы

• Мобильный

Мощность трансформатора — 25-1000 кВА

Типы и количество трансформаторов — сухие или масляные, 1 или 2 шт

Конструкция — металлический корпус с рамой «салазки»

Тип установки — внешний

Локация — карьеры, горнодобывающие компании

• Внутримагазин

Мощность трансформатора — 25-2500 кВА

Типы и количество трансформаторов — 1 или 2 шт, сухие или масляные

Конструкция — металлический шкаф с запирающимися секциями

Тип установки — внутри

Местоположение — промышленные предприятия

Далее мы перечислим другие критерии классификации КТП по типам.

Конструктивные особенности приборов

Для правильного выбора оборудования необходимо иметь четкое представление о том, как устроена подстанция и каковы ее функциональные возможности.

Стандартный перечень оборудования подстанции:

• РУ (распределительное устройство;
• силовые трансформаторы;
• автоматизированное управление и защита;
• дополнительное оборудование.

Все оборудование изготавливается на заводах и доставляется к месту предполагаемой установки в блочном или полностью собранном виде. Защитную функцию подстанции выполняют разрядники, они контролируют снижение нагрузки и отключение устройств.

Силовой трансформатор

Трансформатор – это основной блок, преобразующий электрическую энергию, который состоит из следующих модулей:

• многослойный магнитопровод;
• обмотка вводов на сторону НН (низкое напряжение);
• обмотка вводов на сторону ВН (высокого напряжения);
• основание в виде герметичной емкости, заполненной маслом;
• реле установки обмоток и отводов;
• масляная система;
• дополнительные устройства.

Автоматические выключатели

В процессе эксплуатации ВТС необходимо отключать или активировать для проведения профилактических работ или при аварийных ситуациях и поломках.

Для этого используются сцепные устройства, которые производят:

• переключать только нагрузку;
• отключение аварийных токов с максимально возможными значениями;
• вызывает разрыв видимой части электрической цепи за счет подключения только обесточенного оборудования.

Коммутационные устройства, называемые также автоматическими выключателями, работают в автоматическом режиме и отключают аварийные ситуации. Изготавливаются с разными уровнями коммутации напряжения в силу конструктивных особенностей.

По способу потребления накопленной электрической энергии, заложенной в работе устройства, их делят на пружинные, напорные, нагрузочные и электромагнитные, по принципу гашения электрической дуги, возникающей при возникновении неисправности, — электрические газовые, воздушное, вакуумное, автогазовое, масляное, автопневматическое и электромагнитное.

Читайте также: Волновая энергетика что такое, как работает и каков потенциал

Выключатели нагрузки

Для управления исключительно оперативными заказами, имеющими только номинальные характеристики сети, создаются выключатели нагрузки. Их системная мощность и быстродействие позволяют успешно переключаться в обычном положении цепи. Но на них нельзя рассчитывать для устранения коротких замыканий.

При разрыве электрической цепи под нагрузкой образуется электрическая дуга, которая разрушается механизмом прерывателя.

В отключенной от напряжения цепи для отключения необходимых участков применяют более простые устройства: сепараторы — за счет создания мертвого времени автоматически отделяет напряжение от защищаемой зоны дистанционным выключателем, и разъединители — приводятся в действие вручную при отключении системы обесточено.

На КТП 330 кВ и выше управление разъединителями осуществляется электродвигателями, что обусловлено механическими усилиями и большими габаритами, которые трудно преодолеть вручную.

Общие характеристики

КТП традиционно используется в комплексах электроснабжения собственных нужд потребителей, предприятий-производителей, а также рудников и рудников. Если учитывать двухкомпонентные подстанции, то надо учитывать, что они имеют секционный модуль, включающий два ввода, в том числе и от ДЭС (дизельной электростанции).

Среда должна соответствовать следующим требованиям:

• Взрывобезопасный.
• Пары и газы, враждебные изоляционным материалам, не должны содержаться.
• Электропроводящая пыль должна отсутствовать.

Тип исполнения

1. В бетонном здании
2. В сэндвич-панелях
3. В металлическом корпусе

Тип обслуживания

С коридором и без – последние обычно небольшого размера, являются более бюджетным решением и ориентированы на мелких потребителей.

Тип РУВН

Тупики и проходы. Если с помощью проходной подстанции можно подвести энергопотребителя к двум линиям на стороне высокого напряжения, то тупиковые могут подключить его только к одной линии на такой стороне.

Назначение

Вверх и вниз. Здесь классификация КТП аналогична типам трансформаторов. То есть понижающие станции позволяют получать низкое напряжение от высоковольтных линий, а повышающие станции — ровно наоборот, высокое первичное в низшее вторичное.

Величина (или масштаб)

По назначению и уровню первичных и вторичных напряжений понижающие КТП имеют «подклассификацию»:

• Район — брать электроэнергию с ВЛ с последующей передачей на важнейшие понизительные станции
• Основной сброс — берут с районных, понижают до 35, 10 или 6 кВ, после чего подают мощность в цеховые розетки
• местные (магазинные) — берут от основных, понижают до минимума 690, 400 или 230 В и раздают конечным потребителям.

Существует разделение на оборудование для внутренней и наружной установки. В первом случае речь идет о ПТС, который находится в помещении, например производственного цеха. КТП наружной установки применяются повсеместно для организации систем электроснабжения различного целевого назначения.

Особенности дизайна

Комплексные подстанции широко используются в оборудовании производственных компаний. Они могут быть установлены снаружи или внутри. В конструкции любой подстанции участвуют 3 основных блока:

· Низковольтное распределительное устройство (РУНН);

· Трансформатор;

· Высоковольтное распределительное устройство (РУВН).

Прием электроэнергии часто переносится на высоковольтные распределительные устройства (РУВН). Они передают его трансформаторам. Иногда в функции РУВН входит не только прием, но и распределение электроэнергии. RUNN используется только для приема и распределения.

Подстанция переменного тока является одним из ключевых элементов системы электрификации. Поэтому подходить к формированию разводки электроэнергии нужно особенно тщательно. Место установки необходимо выбрать таким образом, чтобы трансформатор и распределительный пункт находились как можно ближе к центральному положению между всеми потребителями.

В противном случае неизбежны серьезные потери, а кроме того, придется использовать дополнительные материалы — кабели, провода.

Строение подстанций

Сетевая станция содержит множество различных элементов, которые позволяют всей системе функционировать непрерывно и стабильно в течение длительного периода времени. Все элементы можно разделить на несколько систем:

1. автоматический контроль;
2. текущее измерение;
3. релейная и аварийная защита;
4. молниезащита;
5. заземление;
6. вспомогательные сооружения, в состав которых входили системы предохранительных функций, таяния снега и льда на проводах, местного освещения, маслосбора и питания маслонаполненных кабелей, а также системы бытового потребления.

Несмотря на такую ​​внутреннюю многоструктурную систематизацию, подстанции состоят из таких основных узлов, обеспечивающих их нормальную функциональность:

• преобразование силовых трансформаторов с определенными мощностными характеристиками;
• устройство распределения электроэнергии, включая воздушные и кабельные сооружения электропередачи;
• устройства защиты;
• устройства автоматического управления;
• вспомогательные агрегаты, обеспечивающие устойчивость трансформаторных подстанций при любых погодных и временных условиях.

При выборе трансформаторных подстанций часто возникают вопросы о цене и разнице между более дорогими и более бюджетными. В первую очередь они отличаются количественным составом трансформаторов, набором устройств ввода и распределения напряжения, а также устройств, позволяющих использовать такие станции в определенных условиях.

Так, более дорогие подстанции могут быть оборудованы устройствами молниезащиты, устройствами защиты от непогоды: гололеда, ветра, дождя, защитой от обрывов и резких перепадов напряжения в сети, а также другими устройствами, позволяющими использовать подстанции на мобильных платформах, ф например в шахтах, горнодобывающих предприятиях в высокогорье, во влажных климатических зонах и других местах с деятельностью человека.

Виды трансформаторных подстанций

По конструкции отличается от нескольких типов комплектных трансформаторных подстанций.

1. КТП для внутренней установки.
   Применяется для электроснабжения предприятий, общественных зданий, электростанций и районных подстанций. Их устанавливают в непосредственной близости от потребителей электрической энергии.
2. Комплектная мачтовая трансформаторная подстанция для наружной установки.
   Это открытая конструкция на специальной опоре. Комплектные подстанции мачтового типа применяются на железной дороге для электроснабжения устройств сигнализации, освещения и блокировки.
3. Столбовая подстанция для наружной установки.
   Открытая конструкция, которая ставится на железобетонную подставку или на опору ЛЭП. Комплектная подстанция столбового типа не требует фундамента и специальной площадки для обслуживания. Такое оборудование используется для электроснабжения железнодорожных путей, остановок, переездов.
4. Контейнерная или киосковая подстанция для наружной установки.
   Он используется для электроснабжения сельскохозяйственных объектов, предприятий, жилых домов и коммунальных служб. Составные части подстанций киоскового типа монтируются в специальных помещениях в защитном корпусе.
5. Трансформаторная станция контейнерного типа с теплоизоляцией.
   Это блочная трансформаторная подстанция. Исполнения: ПТС с железобетонным основанием и бетонными стенками; КТП в металлическом корпусе, утепленном сэндвич-панелями. Первый используется в промышленных и сельскохозяйственных объектах. Второй — в электрических сетях потребителей I категории благодаря 2-м трансформаторам и системе АВР.

Перечисленные виды комплектных подстанций не дают полного ответа на вопрос, что это за подстанции вообще. Классифицировать КТП можно по принципу, из чего состоит подстанция. Например, по типу трансформатора различают масляные и сухие подстанции. По способу присоединения к питающей линии различают проходные, ответвительные и глухие подстанции.

Узловая распределительная подстанция

Вкратце, УРП – это такая центральная подстанция, на которую подается ток от энергосистемы напряжением от 110 до 220 кВ, и где он распределяется, с частичным преобразованием или вообще без преобразования, на подстанции с глубоким вводом на напряжениях 35 на 220 кВ, расположенных на территории промышленного предприятия.

Чаще всего узловые распределительные станции находятся в ведении организации, поставляющей электроэнергию, в связи с чем эти подстанции располагаются за пределами предприятия, но недалеко от него.

Когда БРП специально предназначен для питания нескольких подстанций глубокого ввода на предприятии, рассматривается возможность размещения БРП на территории этого предприятия, и тогда эксплуатация подстанции ложится на плечи персонала предприятия.

Главная понизительная подстанция, сокращенно ГПП

Это подстанция, рассчитанная на входное напряжение от 35 до 220 кВ, которая получает мощность напрямую от районной энергосистемы и распределяет электрическую энергию по предприятию, но очень низкого напряжения.

ГПП считается одним источником, если он питается одной двухцепной линией, и двумя источниками, если питается двумя одноцепными линиями (на разных опорах) или двумя кабельными линиями, проложенными по разным трассам. ТЭЦ могут приниматься как множественные источники питания, если в случае отказа или аварии генератора на одной секции оставшиеся секции (генераторы.

Подстанция глубокого ввода, сокращенно ПГВ

Это подстанция, которая питается напряжением от 35 до 220 кВ, обычно выполняется по упрощенным схемам подключения на стороне первичного напряжения, и получает питание либо от энергосистемы напрямую, либо от центрального распределительного пункта в самом хозяйстве.

Целью PGW является поставка группы установок конкретному предприятию или отдельного объекта на этом предприятии. Схемами глубокого ввода называют схемы электроснабжения с подстанциями глубокого ввода.

Трансформаторный пункт, сокращенно ТП

Подстанция первичным напряжением 35 кВ, 10 кВ или 6 кВ, подающая напряжение 230 и 400 В непосредственно на энергопринимающие устройства. Иначе эти трансформаторные подстанции в электрической сети промышленных предприятий называются мастерскими.

Комплектные трансформаторные подстанции

Сегодня трансформаторные подстанции часто изготавливают из комплектных трансформаторных подстанций. Здесь количество трансформаторов может варьироваться. При питании потребителей 3 категории обычно устанавливают трансформатор.

При концентрации в районе значительного воздействия нагрузки 380/220 вольт, либо при получении питания потребителями 2 и 1 категории, устанавливают два трансформатора.

Способы присоединения подстанций к питающим линиям различны, и по этой функции подстанции делятся на:

• Тупиковые подстанции;
• Проходные подстанции;
• Отраслевые трансформаторные подстанции.

Слепая станция питается от отдельной линии. Для работы глухих станций применяют радиальные схемы питания, либо такая подстанция является последней в основной цепи с односторонним питанием.

Проходные трансформаторные подстанции характеризуются включением в разрез (в проход) магистральной линии электропередачи, когда имеют место как вход, так и выход линии. Станции-ответвления подключаются ответвлениями от питающих линий.

Подстанции бывают сборными или комплектными. Комплектные подстанции, сокращенно КТП, состоят исключительно из комплектных блоков. Они производятся на заводах и затем доставляются этими агрегатами к месту установки, то есть здесь не требуется разборка оборудования. Блоки, узлы и соединители уже собраны на месте, подключены к питающей сети.

КТП широко применяются на производственных объектах, где они устанавливаются в помещении или на улице (КТПН). Сборные подстанции изготавливаются на заводах отдельными элементами, затем элементы собираются и собираются на месте. Любая подстанция включает в себя три основных блока:

• Распределительное устройство низкого напряжения;
• Трансформатор;
• Распределительное устройство высокого напряжения.

Часто для приема электроэнергии служат высоковольтные распределительные устройства (РУВН), которые доставляют ее к трансформаторам. В ряде случаев РУВН выполняет функции как приема, так и распределения электрической энергии. Низковольтные распределительные пункты (РУНН) всегда и везде только принимают и распределяют электроэнергию.

Являясь одним из основных компонентов системы электрификации любого крупного промышленного предприятия, подстанция требует особо тщательного подхода к формированию наиболее рациональной схемы распределения электроэнергии.

Место установки подстанции выбирают таким образом, чтобы распределительные и подстанции по всем необходимым параметрам располагались как можно ближе к центру обеспечиваемых ими групп нагрузки. Если отклониться от этой стратегии, увеличатся потери, увеличится расход кабелей, проводов и так далее

Подстанции классифицируют по расположению на территории конкретного объекта на четыре типа:

• Отдельные подстанции, расположенные на определенном расстоянии от зданий;
• Пристроенные электростанции, подключенные непосредственно к стенам снаружи здания;
• Встроенные подстанции, расположенные в специализированных отдельных помещениях внутри здания или рядом с внутренней частью конструкции стен;
• Внутрицеховые станции размещаются внутри цехов, то есть электрооборудование размещается непосредственно в рабочем помещении, либо в закрытом помещении с выкаткой сетевого станционного оборудования в цеха.

Промышленные сети напряжением от 6 кВ до 10 кВ для приближения их к потребителям электроэнергии рекомендуется оборудовать внутренними подстанциями, встроенными в здания или пристроенными к ним.

Для очень крупных многовольтных цехов значительной ширины наиболее подходящими являются подстанции внутри цехов, например, для деревообрабатывающей, металлообрабатывающей и других отраслей промышленности, для установки в котельных, на насосных станциях, на компрессорных станциях.

Монтаж таких подстанций чаще всего производят возле столбов или вблизи закрытых помещений внутри цеха, вне зоны действия кранов. Данные подстанции подходят только для зданий второй и первой степени по огнестойкости, при производстве категорий Д и Д по нормам пожарной безопасности.