Встроенные трансформаторные подстанции: устройство и принцип работы

На сегодняшний день трудно представить себе жизнь без электрических сетей, которые опутывают все населенные пункты - от мегаполисов до маленьких поселков. Благодаря электроэнергии, которая поступает через сети в наши дома и на предприятия, происходит работа разнообразной техники - освещения, систем климат-контроля и прочего.

Комплектная трансформаторная подстанция (КТП) - это электротехническое устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии одного напряжения в энергию другого напряжения. В народе ее иногда называют как «трансформаторная будка». Комплектная трансформаторная подстанция позволяет принимать электрическую энергию трёхфазного тока с переменной частотой в 50 Гц, а также напряжением в 6 либо 10 кВ. Затем оно преобразуется в 380 Вольт. КТП состоит из силового трансформатора, распределительного устройства и системы защиты. Трансформатор преобразует электрическую энергию высокого напряжения в энергию низкого напряжения, что позволяет снизить нагрузку на сеть и увеличить ее эффективность. Распределительное устройство предназначено для распределения электроэнергии по потребителям. Система защиты обеспечивает безопасность работы оборудования КТП.

В комплектных трансформаторных подстанциях с двумя трансформаторами их работа рассчитывается по отдельности, что дает возможность снизить токи КЗ. Комплектные трансформаторные подстанции предназначены для преобразования электрической энергии с одного напряжения на другое. Они широко используются для электроснабжения промышленных предприятий, жилых домов и других объектов, где требуется высокое качество электроэнергии и надежность работы системы электроснабжения.

КТП самой различной мощности чаще всего устанавливают в небольших населённых пунктах, промышленных предприятиях и там, где присутствует умеренный климат с температурой от «-40» до «+40» ºС. Предназначаются они для питания электроэнергией самых различных объектов. Также, имеются такие КТП, в конструкцию которых входят различные воздушные и кабельные высоковольтные линии ввода либо вывода.

Одной из основной частью трансформаторной подстанции комплексного типа являются устройства защиты. Они защищают от возможных перегрузок в сети и «КЗ». А наличие разрядников и ограничителей перенапряжения предотвращают выход КТП из строя из-за перепада напряжения. Также, данные аппараты могут включать в свой состав и блоки автоматического освещения. Корпус такой подстанции изготавливается из металла и имеет сборочную сварочную конструкцию.

Комплектной трансформаторной (преобразовательной) подстанцией называется подстанция, состоящая из трансформаторов (преобразователей) и блоков (КРУ или КРУН и других элементов), поставляемых в собранном или полностью подготовленном для сборки виде. Комплектное распределительное устройство, предназначенное для внутренней установки, сокращенно обозначается КРУ.

Преимущества комплектных трансформаторных подстанций

• Компактность. КТП имеет небольшие размеры и легко устанавливается на месте.
• Надежность. Конструкция КТП обеспечивает высокую надежность и безопасность работы. Высокая надежность КТП обуславливается высокой степенью защиты от коротких замыканий и перегрузок, что обеспечивает безопасность эксплуатации.
• Удобство обслуживания. КТП легко обслуживается и ремонтируется. Простота монтажа и обслуживания КТП снижает затраты на эксплуатацию.
• Экономичность. КТП позволяет снизить затраты на строительство и эксплуатацию электрических сетей.
• Универсальность. КТП может использоваться для электроснабжения различных объектов. Универсальность КТП позволяет использовать их для электроснабжения различных типов потребителей, таких как жилые дома, промышленные объекты и т.д.
• Возможность расширения. КТП позволяют увеличивать мощность системы электроснабжения путем добавления дополнительных трансформаторов.

Принцип работы и устройство комплектной трансформаторной подстанции

Типы комплектных трансформаторных подстанций

Существуют различные типы КТП, предназначенные для разных условий эксплуатации и задач:

• Однотрансформаторные мачтовые подстанции (КТПМ) либо подстанции столбового типа (КТПС) устанавливаются на улицах, в областях с умеренным климатом. Их мощность может быть в пределах от 25 до 250 кВт. Такие агрегаты предназначаются для обслуживания частных или компактных промышленных объектов. Подсоединяются КТПМ к воздушно-силовой ЛЭП. В данные трансформаторы обязательно входят предохранители и разрядники.
• Промышленные комплектные трансформаторные подстанции, располагаемые внутри цеха. Их мощность может быть от 630 до 2500 кВт.
• Киосковые комплектные трансформаторные подстанции предназначаются для энергосбережения сельскохозяйственных потребителей, небольших промышленных объектов, населённых пунктов. Данная подстанция может быть одно- или двухтрансформаторной наружной установки. КТП киоскового типа - это комплектные трансформаторные подстанции, устанавливаемые на столбах или опорах линий электропередач.
• КТП мачтового типа устанавливаются на высоких мачтах или вышках.
• Комплектная трансформаторная подстанция городской сети может быть выполнена в виде проходного или тупикового типа. Напряжение в ней не превышает отметки в 10 кВ, а мощность - 1000 кВт. Предназначается такая трансформаторная подстанция для приёма, преобразования, а также распределения электроэнергии трёхфазного тока переменной частоты. Используется она в одно- либо двулучевой схеме городского электроснабжения, сельскохозяйственных, а также промышленных объектов. Данный вид комплектной трансформаторной подстанции состоит конструктивно из «металлического домика». Внутри него встроен силовой трансформатор, камеры высокого и низкого напряжения, панель уличного освещения, шкаф учёта.

КТП должны быть расположены на спланированной площадке на высоте не менее 0,2 м от уровня планировки с устройством около шкафов площадки для обслуживания. Должно быть обеспечено охлаждение оборудования.

Комплектные трансформаторные подстанции являются важным элементом системы электроснабжения и играют ключевую роль в обеспечении стабильной и надежной работы электрических сетей.

Требования к размещению и конструкции РУ и подстанций

Настоящая глава Правил распространяется на стационарные РУ и подстанции переменного тока напряжением выше 1 кВ.

Размещение РУ и подстанций, генеральный план и инженерная подготовка территории и защита их от затопления, оползней, лавин и т. п. должны соответствовать требованиям нормативных документов.

Для РУ и подстанций, размещаемых в районе жилой и промышленной застройки, должны предусматриваться мероприятия по снижению шума, создаваемого работающим электрооборудованием (трансформаторами, синхронными компенсаторами и т. д.).

Территория ОРУ и подстанции должны быть ограждены внешним забором высотой 1,8-2,0 м. Вспомогательные сооружения (мастерские, склады, ОПУ и т. п.) могут располагаться вне ограждения ОРУ.

Расстояния от отдельно стоящих зданий ЗРУ до производственных зданий и сооружений промышленных предприятий, а также до жилых и общественных зданий следует принимать по СНиП II-89-80* (изд. 1994 г.). Специальные требования к сооружению встроенных и пристроенных подстанций в жилых и общественных зданиях см. в гл. 7.1.

Пристройка подстанции к существующему зданию с использованием стены здания в качестве стены подстанции допускается при условии принятия специальных мер, предотвращающих нарушение гидроизоляции стыка при осадке пристраиваемой подстанции.

ЗРУ напряжением до и выше 1 кВ, как правило, должны размешаться в отдельных помещениях. Помещения РУ, трансформаторов, преобразователей и т. п. должны быть отделены от служебных и других вспомогательных помещений (исключения см. в гл. 7.1).

Не допускается размещение РУ и подстанций:

1. под помещением производств с мокрым технологическим процессом, под душевыми, уборными, ванными и т. п.;
2. непосредственно под и над помещениями, в которых может находиться более 50 чел.

Основные элементы распределительных устройств и подстанций

Во всех цепях РУ должна быть предусмотрена установка разъединяющих устройств с видимым разрывом, обеспечивающих возможность отсоединения всех аппаратов (выключателей, отделителей, предохранителей, трансформаторов тока, трансформаторов напряжения и т. д.) для производства безопасных работ.

Выключатель или его привод должен иметь хорошо видимый и надежно работающий указатель положения ("включено", "отключено"). Применение сигнальных ламп в качестве единственных указателей положения выключателя не допускается.

Для РУ с простыми схемами электрических соединений рекомендуется применять механическую (ключевую) оперативную блокировку, а во всех остальных случаях - электромагнитную.

Заземляющие ножи должны быть окрашены в черный цвет.

Сетчатые и смешанные ограждения токоведущих частей и электрооборудования должны иметь высоту над уровнем планировки для ОРУ и открыто установленных трансформаторов 2 или 1,6 м (с учетом требований 4.2.57 и 4.2.58), а над уровнем пола для ЗРУ и трансформаторов, установленных внутри здания, 1,9 м; сетки должны иметь отверстия размером не менее 10х10 мм и не более 25х25 мм, а также приспособления для запирания их на замок.

Применение барьеров допускается при входе в камеры выключателей, трансформаторов и других аппаратов для осмотра камер при наличии напряжения на токоведущих частях. Барьеры должны устанавливаться на высоте 1,2 м и быть съемными.

В случае, когда деформации проводов (шин), обусловленные изменениями температуры, вибрацией и т. п., могут вызывать опасные механические напряжения в проводах или изоляторах, следует предусматривать меры, исключающие возникновение таких напряжений (компенсаторы, ослабленное тяжение и т. д.).

Распределительные устройства и подстанции должны быть оборудованы электрическим освещением.

Расстояния безопасности в распределительных устройствах и подстанциях

Минимальные расстояния от токоведущих частей до различных элементов ОРУ (подстанций) должны соответствовать установленным нормам для обеспечения безопасности персонала и оборудования.

Таблица 1. Наименьшие расстояния от токоведущих частей до различных элементов ОРУ (подстанций) в свету

Напряжение, кВ	Расстояние, мм
6-10	700
35	1400
110	2500
220	4500

Расстояния между ближайшими неогражденными токоведущими частями разных цепей должны выбираться из условия обслуживания одной цепи при неотключенной второй. При расположении неогражденных токоведущих частей разных цепей в разных (параллельных или перпендикулярных) плоскостях расстояния должны быть по вертикали не менее значений, приведенных в табл. 4.2.2 для размера В, а по горизонтали - для размера Д (рис. 4.2.6). При наличии различных напряжений размеры В и Д принимаются по более высокому напряжению.

Расстояния между токоведущими частями разных цепей, расположенных в одной горизонтальной плоскости, устанавливаются по высшему напряжению и должны быть не менее значений, приведенных в табл. 4.2.2 для размера Д (рис. 4.2.7).

Расстояния между токоведущими частями и верхней кромкой внешнего забора должны быть не менее значений, приведенных в табл. 4.2.2 для размера Д (рис. 4.2.8).

Расстояния от контактов и ножей разъединителей в отключенном положении до заземленных частей должны быть не менее значений, приведенных в табл. 4.2.2 для размера А, до ошиновки своей фазы, присоединенной ко второму контакту, - не менее значений для размера Ж, до ошиновки других присоединений - не менее значений для размера Б (рис. 4.2.9).

Расстояния между токоведущими частями ОРУ и зданиями или сооружениями (ЗРУ, щит управления, трансформаторная башня и др.) должны быть не менее значений, приведенных в табл. 4.2.2 для размера Д, а расстояния по вертикали между токоведущими частями и перечисленными выше сооружениями - не менее размера Г (рис. 4.2.10); см. также 4.2.65.

Выбор аппаратов, проводников и изоляторов по условиям КЗ должен производиться в соответствии с гл. 1.4.