Основные типы схем электрических сетей
Специфическими источниками питания СЭС при напряжениях 35-220 кВ являются главные понижающие ПС промышленных предприятий (ГПП), ПС аналогичных напряжений железнодорожного транспорта и ПС глубоких вводов высших напряжений (ПГВ) в жилых районах городов. Определяющими принципами схем ГПП и ПГВ являются: а) минимально необходимое количество электрооборудования высшего напряжения как наиболее дорогого и требующего значительных площадей для его установки; б) двухтрансформаторные ПС 110-220/6-10 кВ; в ряде случаев - трансформаторы с расщепленными обмотками вторичного напряжения для ограничения токов короткого замыкания; в) развитые распределительные устройства 6-10 кВ, обеспечивающие возможность присоединения многих линий и оперативную гибкость данной схемы.
В электрических сетях 6-10 кВ промышленных объектов и городов достаточно широко применяются распределительные пункты (РП), представляющие собой распределительные устройства указанных напряжений, ИП приближенные к определенным группам ПЭ. На промышленных предприятиях это цеха с крупными двигателями 6-10 кВ, в городских сетях это трансформаторные подстанции (ТП) 6-10/0,38 кВ, удаленные от основных источников питания. Обоснованиями применения РП являются: сокращение количества ячеек выключателей 6-10 кВ на ИП; уменьшение протяженности кабельных линий; упрощение оперативной эксплуатации распределительных сетей.
В настоящее время РП выполняются при радиальной схеме питающих линий, что соответствует условиям питания крупных двигателей и районов городской застройки (6-12 МВт) (рис. 1.2). По требованиям надежности электроснабжения РП относятся к ПЭ I категории. В связи с этим секционные выключатели шин 6-10 кВ на ИП и РП разомкнуты в нормальных режимах работы. Секционный выключатель на РП оборудован устройством автоматического включения резерва (АВР) при аварийном отключении одной из секций ИП или одной из питающих линий.
В распределительных электрических сетях 6-10 кВ и 380-660 В применяются следующие основные типы схем: радиальные, магистральные, кольцевые (петлевые) и их комбинации.
Рис. 1.2. Принципиальная схема распределительного пункта 6-10 кВ:
а - питающегося от двух источников питания (ИП-1 и ИП-2), б - питающегося от одного источника питания, ПЛ - питающие линии, РЛ- распределительные линии. С1, С2 - секции шин, В - выключатель
При радиальных схемах по каждой линии питается один ПЭ. Линии могут быть одноцепными или двухцепными в зависимости от требований надежности электроснабжения конкретных ПЭ, а также от конструктивного выполнения линий. По одноцепным воздушным линиям могут питаться ПЭ, допускающие перерывы питания на время ремонта линии и относящиеся к III категории по требованиям ПУЭ к надежности электроснабжения. Ввиду длительности ремонтных работ после повреждения кабеля (например, в случае необходимости прогрева грунта в зимнее время) радиальные линии необходимо выполнять двухцепными при питании потребителей всех категорий. Потребители электроэнергии I и II категорий, во всех случаях должны питаться по двухцепным радиальным линям. При одноцепных воздушных радиальных линиях 6-10 кВ трансформаторные подстанции 6-10/0,38 кВ выполняются однотрансформаторными в связи с существенно меньшей их повреждаемостью по сравнению с линиями. При двухцепных радиальных линиях ТП 6-10/0,38-0,66 кВ - двухтрансформаторные. Области применения радиальных схем: электроснабжение единичных ПЭ; при значительных электрических нагрузках ПЭ - в связи с ограничениями пропускной способности линий по условиям допустимого нагрева проводов или жил кабелей, или по допустимой потере напряжения в линии и т.п. (для линий 380 В - 150-200 кВ•А, для линий 10 кВ - 5-6 МВ•А).
Магистральные линии характеризуются последовательным присоединением к ним нескольких ПЭ, располагающихся по «одностороннему» направлению относительно ИП. Приведенные выше сведения о радиальных схемах, о возможностях применения одноцепных или двухцепных линий, однотрансформаторных или двухтрансформаторных подстанций 6-10/0,38-0,66 кВ полностью относятся и к схемам магистральных линий.
Кольцевые (петлевые) конфигурации схем распределительных электрических сетей применяются как при воздушных, так и при кабельных линиях. Характерным для таких электрических сетей 6-10 и 0,38 кВ является применение одноцепных линий, однотрансформаторных подстанций и односекционных распределительных щитов 380 В вводов к ПЭ. В связи с замкнутой конфигурацией схем данного типа в нормальных эксплуатационных режимах сети одна из линий должна быть отключена. Необходимость такого режима сети определяется невозможностью избирательного (селективного) отключения поврежденной линии. Последнее определяется отсутствием (по технико-экономическим соображениям) линейных выключателей в цепях всех линий, кроме их головных участков, а также практической невозможностью применения в таких сетях релейных защит направленного действия. Выбор линии, отключенной в нормальных режимах сети, производится по условиям потокораспределения, соответствующего минимальным потерям мощности при наибольших нагрузках ПЭ.
Многоконтурные сложнозамкнутые схемы распределительных электрических сетей в отечественных СЭС не находят применения.
На рис. 1.3-1.4 приведены принципиальные схемы электрических сетей трех охарактеризованных выше основных типов.
Радиальные и магистральные схемы сетей 6-10 кВ и 380 В без резервирования воздушных линий при однотрансформаторных подстанциях 6-10 кВ и односекционных щитах вводных устройств 380 В представлены на рис. 1.3. Данный тип схемы широко применяется в электроснабжении сельскохозяйственных населенных и производственных пунктов, относящихся к III категории по требованиям надежности электроснабжения. К ним не относятся крупные животноводческие и птицеводческие производственные комплексы, крупные зернохранилища, насосные установки систем орошения и т.п. Характерными номинальными мощностями трансформаторов 6-10/0,38 кВ являются 100-250 кВ•А, реже 60 и 400 кВ•А.
Рис 1.3. Принципиальная схема распределительных электрических сетей 6 - 10 кВ и 380 В без резервирования линий трансформаторов:
а - схема сети в целом; б - трансформаторная подстанция; в - вводное распределительное устройство в здание (ВРУ); ВЛ - воздушные линии; ИП - источник питания; РЗ- разъединитель; РБ- рубильник; ПВ, ПН - соответственно плавкие предохранители 6 - 10 кВ и 380 В; ТП - трансформаторная подстанция; Р - разрядник.
Петлевые схемы распределительных сетей 6-10 кВ и 380 В представлены на рис. 1.4. Следует подчеркнуть необходимость подключения двух головных участков 6-10 кВ к разным секциям шин ИП. Это позволяет удовлетворить требования надежности питания ПЭ II категории при аварийных или плановых отключениях одной из секций шин ИП. Возможности в эксплуатационных режимах некоторых различий рабочих напряжений на двух секциях шин ИП (секционный выключатель отключен в нормальных режимах сети) также влияют на необходимость описанного выше отключения одной из линий кольцевой сети. При повреждении одной из линий рассматриваемой сети и отключении на ИП выключателя соответствующего головного участка теряет питание примерно половина ПЭ. После выявления поврежденной линии и необходимых оперативных переключений (эксплуатационным персоналом) восстанавливается питание всех ПЭ. Перерыв питания ПЭ должен составлять не более 1-2 ч. Характерными являются номинальные мощности трансформаторов 6-10/0,38 кВ в рассматриваемых схемах: 250-400 кВ•А, реже 630 кВ•А. Областями применения таких схем являются распределительные сети городов при застройках жилых кварталов зданиями до 12 этажей, а также населенные пункты и производства сельскохозяйственных районов; для питания ПЭ II категории промышленных предприятий данные схемы также могут применяться.
Рис. 1.4. Принципиальная схема петлевых распределительных электрических сетей 6-10 кВ и 380 В:
а - схема сети в целом, б - трансформаторная подстанция, в - вводное распределительное устройство в здание (в цех), пунктир - отключенные в нормальном режиме линии, ВИ - выключатель нагрузки, другие обозначения - см. рис. 1.3
Радиальные схемы и варианты магистральных схем распределительных сетей 6-10 кВ и 380 В с резервированием линий и трансформаторов ПС приведены на рис. 1.5. Данные схемы при кабельных линиях (редко - при воздушных линиях) широко применяются в промышленности, а также в электроснабжении жилых районов городов при зданиях 12-25 этажей. В данных схемах головные линии 6-10 кВ должны подключаться (с помощью выключателей) к разным секциям шин одного ИП или к разным ИП. На напряжении 380 В трансформаторных ПС следует осуществлять автоматическое включение резервного питания (АВР) с применением контакторов или автоматических выключателей - в зависимости от номинальной мощности устанавливаемых трансформаторов, что обеспечивает надежное электроснабжение ЭП I категории (время срабатывания АВР - доли секунд). Характерными номинальными мощностями трансформаторов двухтрансформаторных ТП 6-10/0,38-0,66 кВ являются: в городском электроснабжении 400-1000 кВ•А; в промышленном - 400-2500 кВ•А.
Рис. 1.5. Принципиальная схема двух магистральных автоматизированных распределительных электрических сетей 6-10 кВ и 380 В:
а - схема сети в целом (варианты), 6 - трансформаторная подстанция; в - вводное распределительное устройство в здание (цех); АВР - устройство автоматического включения резервного питания, ВН- выключатель нагрузки. КТ - контакторы; АВ - автоматические выключатели, другие обозначения - см. рис. 1.3