Электр тораптарының арналымы және жіктелуі
Жалпы мәліметтер. Электр тораптары электр энергиясын электр станциясынан беруге және оны тұтынушылар арасында таратуға арналған. Іс жүзінде барлық өндірілетін электр энергиясы электр тораптары арқылы оның қабылдағыштарына барады. Мұнда электр энергиясы өте үлкен қашықтықтарға берілуі мүмкін. Электр тораптары желілер және трансформаторлардан тұрады. Трансформаторлар берілетін электрэнергияның, токтардың және кернеулердің параметрлерін өзгертуге арналған. Трансформаторлар торап элементтерін қосып – ағытатын коммутациялық аппаратармен– ажыратқыштармен, айырғыштармен және т.б. бірге қосалқы станцияларда орнатылады. Жергілікті жағдайлардан тәуелді желілердің кернеулер және токтарының мәндері жеткілікті кең өзгереді. Мысалы, үшфазалы айнымалы токтың тораптарында кернеулер 0,38 - ден 750 кВ – қа дейін өзгереді.
Электр тораптарының арналымы. Электр тораптарының негізгі арналымы тұтынушыларды электрмен жабдықтау. Электр тораптары негізінде электрқабылдағыштар және тұтынушыларды қорек көздеріне қосуға арналған. Бұл мәселе электрқабылдағыштардың үлкен саны мен олар орналасқан маңызды аймаққа байланысты жеткілікті күрделі.
Электр тораптарының екінші арналымы электрэнергияны оны өндірген орнынан тұтыну орнына жеткізу. Жиі энергия көздері (отын бассейндері, су бассейндері) ірі зауыттардан, елді мекендерден және басқа тұтыну орталықтарынан едәуір қашықтықтарда орналасқан. Осыған байланысты электрэнергияның маңызды лектерін үлкен қашықтықтарға жеткізу қажеттілігі пайда болады. Бұл жоғары кернеу электрберілісінің қуатты желілерін тұрғызуды қажет етеді.
Электрберіліс желілерінің дамуы электрстанциялардың өзара және тұтынушылармен бірлесуін қамтамасыз етеді, яғни электроэнергетикалық жүйелерді құруды.
Мұнда техникалық – экономикалық құндылықтар маңызды:
1 Генераторлар мен электрстанциялардың бірлік қуатын көбейту мүмкіндігі. Бұл 1 кВт орнатылған қуаттың құнын төмендетеді, сол өндірістік аудандары мен еңбек шығындарында электрмашинақұрылыс зауыттарының өнімділігін күрт көтеруге мүмкіндік береді.
2 Тұтынушыларды электрмен жабдықтаудың сенімділігін маңызды көтереді.
3 Әртүрлі типті электрстанциялар жұмысының тиімділігін көтереді. Мұнда ГЭС қуатын тиімді пайдаланады және ЖЭС жұмысының режимдері экономикалық тиімді.
4 Электрстанцияларда қажетті резервтік қуаттың төмендеуі.
Электр тораптарын жіктеу. Электр тораптарын жіктеу токтың тегі, номиналды кернеу, орындайтын міндеттері, тұтынушының сипаты, торап сұлбасының сырт пішіні және т.б. бойынша жүргізілуі мүмкін. Ток тегі бойынша айнымалы және тұрақты токтың тораптарын айырады; кернеу бойынша: асқын жоғары кернеудің– U ном 
330 кВ, жоғары кернеудің – U ном = 3 
220 кВ, төменгі кернеудің – U ном < 1 кВ. Сыртқы пішіні бойынша тораптың сұлбалары тұйықталғанға және тұйықталмағанға бөлінеді.
Орындалатын функциялары бойынша жүйе құрастырушы, қоректендіруші және таратушы тораптарды айырады. Кернеуі 330–1150 кВ жүйе құрастырушы тораптары қуатты электрстанцияларды біріктіріп және оларды басқарудың бірегей нысаны ретінде олардың қызметін қамтамасыз етіп, сонымен бірге электрэнергияны қуатты электрстанциялардан берілуін қамтамасыз етеді. Жүйе құрастырушы тораптар жүйелік байланыстарды, яғни энергия жүйелерінің арасындағы үлкен ұзындықтағы байланыстарды, жасайды. Жүйе құрастырушы тораптардың режимін біріктірілген диспетчерлік басқарманың (ОДУ) диспетчері басқарады. ОДУ – ға бірнеше аудандық энергия жүйелері – аудандық энергетикалық басқармалар (РЭУ) кіреді.
Қиыстырмалық жасалынуы бойынша ауа, кабель желілері және ішкі тартылымдарды айырады. Ауа желісі деп, тіректерде оқшаулағыштардың көмегімен жердің үстінде ілінетін оқшауланбаған сымдардан жасалған желіні айтады. Сыртқы тораптар (ғимараттардың сыртында) көбінесе ауамен жүреді, өйткені олар құрғанда және эксплуатацияда қарапайым және кабель желілерінен арзан. Сонымен қатар ауа желілері көбірек зақымдалады.
Кабель деп, өзара және қоршаған ортадан оқшауланған сымдардың жүйесін айтады. Кабельден жасалған желілер, немесе кабель желілері, әдетте жерде төселеді. Мұның өз құндылықтары да – қауіпсіздік, айыруға (отчуждение) қажет аймақтың қысқаруы, өз кемшіліктері де бар – үлкен құны, зақымдарды табу және оларды жою қиындықтары, жасау күрделілігі.
Ішкі тартылымдар оқшаулағыштарда немесе құбырларда қабырғалармен және ғимараттардың төбесімен немесе қабырғалардың ішімен, сонымен қатар арнаулы шина өткізгіштерімен өтетін оқшауланған (кейде оқшауланбаған) сымдармен жасалынады. Кейде бұл үшін еденнің немесе қабырғалардың арналарында төселетін кабельдер де пайдаланылады.
Ток тегі бойынша айнымалы және тұрақты токтың тораптарыайырылады. Әдетте тораптар үшфазалық токтың жүйесімен жасалынады, бұл экономика жағынан тиімді және ыңғайлы: энергияны трансформация жасауға болады. Бірфазалық ток электрқабылдағыштарының үлкен санында (мысалы, жарықтандыру - тұрмыстық) үшфазалық тораптардан бірфазалық тармақтар жасалынады. Бірфазалық болып, мысалы, пәтер ішіндегі тораптар жасалынады.
Қазіргі уақытта тұрақты ток тораптары салыстырмалы сирек жасалынады. Түрлендіруші техниканың жетістіктері жоғары кернеудің тұрақты тогының қуатты электрберілістерін қолданудың экономикалық тиімділігін маңызды көтеруге алып келді. Бірақ мұнда да тұрақты ток соңдарында оны айнымалы токқа түрлендіретін электрберіліс желілерінде қолданылады.
Тұтынушылардың сипаты бойынша және тораптар өтетін аймақтардың арналымынан тәуелді айырады: қаладағы тораптар, өндірістік кәсіпорындардың тораптары, ауылдық жердің тораптары, энергия жүйелерінің тораптары немесе аудандық – ірі ауданның немесе облыстың аймағында. Одан да басқа, ұғымдарды қолданады: таратушы тораптар, қоректендіруші тораптар, электрберіліс желілері, энергия жүйелерінің негізгі тораптары.
Таратушыдеп, электрқабылдағыштар тікелей жалғанатын тораптарды айтады. Қалған тораптарды қоректендірушіге жатқызу керек. Бірақ жиі таратушы деп, жоғарылау кернеулердің тораптарын айтады, егер оларға қабылдағыш ҚС үлкен саны қосылып, олар өте тармақталған болса. Әдетте электрберіліс желілерінің ұзындығы маңызды және олар ірі электрстанцияларды тұтынудың үлкен аудандарының орталарын байланыстырады. Олармен маңызды қуат беріледі. Энергия жүйелерінің (оның қуатынан тәуелді) негізгі тораптары деп, әдетте кернеуі 220 кВ және жоғары тораптарды айтады.
Әрбір торап өзінің электротехникалық жабдығының элементтері есептелген номиналды кернеуімен сипатталады. Кернеулердің іс жүзіндегі мәндерінің номиналдыдан айырмашылығы болуы мүмкін. Бұл тораптарға қосылған жабдықтардың Қазақстанда қабылданған номиналды кернеулерінің және кернеудің ең үлкен мәндерінің стандартты шамалары 2.1 кестесінде келтірілген.
Жалғау сұлбасы бойынша тораптарды бөлудің негізінде тұтынушылардың электрмен жабдықтаудағы сенімділігінің ұғымы жатыр. Тораптарды айырады: тұйықталмаған, сенімділікті көтеруді қамтамасыз ететін тұйықталған және тұйықталмаған резервтелген.
2.1 кестесі - Номиналды кернеулердің стандартты мәндері
| Номиналды кернеулер | Ең үлкен жұмыс кернеуі, кВ | Номиналды кернеулер | Ең үлкен жұмыс кернеуі, кВ |
| 220/127 В 380/220 В 660/380 В 3 кВ 6 кВ 10 кВ | - - - 3,6 6,9 | 40,5 |
Тұйықталмаған тораптарда әр жүктемені қоректендіру тек бір бағытта жүруі мүмкін. Бұл кернеудің тізбегінде кез – келген элементтің ағытылған жағдайында қоректендіру тоқтайды (2.1, а сур.). Тұйықталған тораптарда тұтынушыларды қоректендіру, кемінде, екі бағытта жүруі мүмкін (2.1, б сур.).
2.1 суреті – Электр тораптарының сұлбалары: а - тұйықталмаған тораптың сұлбасы; б - тұйықталған тораптың сұлбасы; в - сенімділігі жоғары сұлба
Бір бағыттың тізбегінде кейбір элементтердің ағытылуы қоректендіруді тоқтатпайды. Тұйықталмаған резервтелген тораптарда тұтынушылардың қорегі ауыстырып – қосу (қолмен немесе автоматты) жолымен қалпына келуі мүмкін. Қалыпты режимде S1 және S2 жүктемелері А және В көздерінен Л1 және Л3 желілерімен бөлек қоректенеді (2.1, в сур.). Бір желінің ағытылғанында, мысалы Л1 – дің, Q ауыстырып қосқышымен ауыстырып қосып, S1 жүктемесі Л2 желісімен қоректі В көзінен ала бастайды.
Электр тораптарының жұмыс атқару шарттары.Электрберіліс желілері және электрстанциялар және ҚС жабдығы жұмыс кезеңінде әртүрлі әсерлерден (ішкі және атмосфералық асқын кернеулерден, қысқа тұйықтаулардан және т.б.) зақымдалады.
Нәтижесінде тұтынушыларды электрмен жабдықтаудың бұзылуы мүмкін. Электрстанцияларды қатарлас жұмысқа біріктіргенде желілермен берілетін қуаттың шекті мәндерін ескеру қажет. Шекті мәндерден асып кеткенде электрстанциялардың қатарлас жұмысының орнықтылығы бұзылуы мүмкін, бұл да тұтынушылардың электрмен жабдықтауының бұзылуына алып келеді.
Осыған байланысты қосымша мәселелер пайда болады:
а) қондырғылар жұмысының ағымдағы режимін бақылау;
б) оларды зақымдардан қорғау;
в) жұмыстың ең үлкен тиімділігін қамтамасыз ету үшін режимді сүйемелдеу немесе реттеу.
Апатқа қарсы автоматиканың құрылғылары болу керек, олар параметрлердің (кернеулердің, токтардың және т.б.) өзгеруімен зақымдарды тауып, зақымдарды таратпау әрекетін жасайды, яғни зақымдалған айландарды ағытып тастайды. Бұл қорғаныс пен автоматиканың құрылғыларына белгілі талаптар қойылады. Соған сәйкес талаптар режимдік автоматиканың құрылғыларына электрэнергияның қажетті сапасын сүйемелдеу режимін, электрстанциялар арасында жүктемелердің ең тиімді бөлінуін, электр тораптары жұмысының ең тиімді режимін ұстау үшін қойылады.
Сонымен, электр тораптары жұмысының шарттарымен электр жүйелеріне кіретін барлық нысандардың, оның ішінде электрстанцияларының, жұмыс шарттары байланысты. Тораптардың жұмыс шарттарымен барлық қорғаныс және автоматика, найзағайдан қорғаныс және коммутациялық асқын кернеулерден (торап элементтерінің ағытылып – қосылғанында пайда болады ) қорғау құрылғыларына қойылатын талаптар анықталады.