CC BY
82
Stepanov Vladimir Mikhailovich, doctor of technical science, professor, head the department, director of the training center «Energy efficiency», eneegytyb,tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Kosyrihin Victor Semenovich, candidate of technical science, docent, ener-gy@tsu.tula.ru, Russia, Tula State University
УДК621.316.1:658.26(075.8)
МЕТОДЫ СИНТЕЗА СХЕМ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
В.М. Степанов, В.С. Косырихин
Представлены общие требования к РУ напряжением 10(6 кВ) и методика их синтеза при проектировании электрических сетей и электрооборудования систем электроснабжения промышленных объектов.
Ключевые слова: промышленные объекты, электрические сети, силовое электрооборудование, синтез, распределительные устройства.
Синтез схем РУ цеховых трансформаторных подстанций (ТП) определяются характеристикой ЭП и схемами межцехового и внутрицехового распределения электроэнергии. Их, как и схемы ГПП, следует проектировать без сборных шин первичного напряжения при радиальном и магистральном питании.
Радиальное питание небольших однотрансформаторных подстанций (до 630 кВ^А) производят по одиночной радиальной линии без резервирования на стороне ВН при отсутствии нагрузок 1-й категории.
Взаимное резервирование в объёме 25...30% на однотрансформа-торных подстанциях следует осуществлять с помощью перемычек на напряжении до 1 кВ (при схеме «трансформатор-магистраль») для тех отдельных подстанций, где оно необходимо.
Радиальные схемы цеховых двухтрансформаторных бесшинных подстанций следует осуществлять от разных секций РП, питая каждый трансформатор отдельной линией. Каждую линию и трансформатор рассчитывают на покрытие всех нагрузок 1-й и основных нагрузок 2-й категории при аварийном режиме. При отсутствии точных данных о характере нагрузок каждая линия и каждый цеховой трансформатор можно выбрать предварительно, причём мощность трансформатора должна составлять 80...90% от суммарной расчётной мощности нагрузок, подключаемых к подстанции.
Магистральные схемы питания подстанций должны применяться:
а) при линейном расположении подстанций, обеспечивающем прямое прохождение магистралей от источника питания до потребителей. Число трансформаторов, присоединяемых к одной магистрали, должно быть два-три при мощности трансформаторов 1600...2500 кВ^А и четыре-пять при мощности 250...630 кВ^А;
б) при необходимости (по условиям бесперебойности питания) резервирования подстанции от другого источника в случае планового вывода их работы или выхода из строя основного питающего пункта;
в) во всех других случаях, когда магистральные схемы имеют технико-экономические преимущества по сравнению с другими схемами.
При отсутствии ЭП напряжением свыше 1 кВ и радиальном питании по схеме блок линия - трансформатор схемы цеховых ТП выполняются упрощёнными, без сборных шин на первичном напряжении -10 кВ и с глухим присоединением трансформатора к питающей линии.
Коммутационные аппараты на вводе необходимо устанавливать в следующих случаях:
1) при питании от пункта, находящегося в ведении другой эксплуатационной организации;
2) при удалении пункта питания от ТП на 3...5 км;
3) при питании от воздушной линии;
4) если отключающий аппарат нужен по условиям защиты, например, для воздействия газовой защиты на выключатель нагрузки.
В магистральных схемах электроснабжения на вводе устанавливают разъединитель или выключатель нагрузки с предохранителями, что необходимо для селективного отключения трансформатора при его повреждении.
Согласно ПУЭ применение выключателя нагрузки с предохранителем разрешается для трансформаторов мощностью до 1600 кВ^А, электродвигателей - до 1500 кВт, батарей статических конденсаторов до 400 квар. В этом случае обеспечивается защита их от ненормальных режимов работы, а расчётные параметры допускают установку выключателя по всем показателям.
Распределительный щит до 1 кВ не устанавливается при питании цеховых ЭП по схеме блока трансформатор-магистраль. Магистральный шинопровод подключается непосредственно к трансформатору через автомат, обеспечивающий быстрое отключение магистрали при аварии, пожаре, несчастном случае и т.п.
Радиальные схемы питаются от щита НН, к которому через рубильники и предохранители или автоматы подключаются линии отдельных цеховых РП или крупные ЭП. На двухтрансформаторных подстанциях сбор-
ные шины щитов НН секционируются рубильниками или автоматами. При раздельном питании силовой и осветительных нагрузок соответствующие щиты НН получают питание каждый от своего трансформатора.
Питание ЭП свыше 1 кВ или наличие связи с соседними подстанциями при радиально-проходных схемах электроснабжения требуют распределения электроэнергии на напряжении 6...10 кВ. При этом цеховая ТП может совмещаться с РУ, выполняемым с одной не секционированной или секционированной системой шин.
Не секционированная системы шин применяется при питании по одной линии и неответственных ЭП третьей категории надёжности. Наличие ЭП первой и второй категории требуют секционирования шин нормально разомкнутым разъединителем или выключателем. Каждая секция питается по отдельной линии. Секционный аппарат включается при исчезновении напряжения на шинах и отключении питающей линии. Тип аппарата определяется характеристикой потребителя. Выключатели устанавливаются при автоматическом резервировании питания, применении релейной защиты и дистанционном управлении. Обычно на цеховых РУ выполняются две секции шин.
Схемы подстанций со сборными шинами используют только при невозможности применения блочных схем. При этом следует применять одну секционированную систему шин и предусматривать АВР потребителей 1-й категории. Применение двух систем шин допускается только на мощных ТП ответственного назначения с большим числом присоединений. На всех присоединениях малой и средней мощности при напряжении 6...10 кВ рекомендуется применять выключатели нагрузки в комплекте с предохранителями ПК или без них, когда параметры этих аппаратов удовлетворяют рабочему и аварийному режимам установки.
К подстанциям с вторичным напряжением до 1 кВ относятся главным образом цеховые подстанции промышленных предприятий, получающие питание от ГПП и РП, размещённых на территории предприятия. Если потребитель имеет приёмники 2-й и 3-й категорий, то на подстанции может устанавливаться один трансформатор без сборных шин на стороне ВН. Наиболее простыми и надёжными в этом случае считаются схемы цеховых подстанций, подключаемые радиально к ГПП или РП, с выключателями нагрузки или предохранителями на стороне ВН и с автоматами или рубильниками с предохранителями на стороне НН (рис. 1, а.).
При магистральном подключении цеховых подстанций к ГПП или РП на стороне ВН подстанции устанавливаются предохранитель или выключатели (рис. 1, б). При мощности трансформаторов 630 кВ^А и выше дополнительно устанавливается трансформатор напряжения для питания цепей газовой защиты. При наличии у потребителя приёмников 1-й категории бесперебойность их электроснабжения должна быть обеспечена резервированием, осуществляемым автоматически со стороны НН другой
68
цеховой подстанции. Более надёжным считается электроснабжение потребителей 1-й категории при использовании на цеховой ТП двух трансформаторов с устройствами АВР, установленными на стороне НН.
Если силовые и осветительные ЭП питаются раздельно, а потребитель имеет нагрузки с резко колеблющимся графиком, требующим регулирования включённой мощности, то на цеховой ТП устанавливают более двух трансформаторов для силовой и осветительной нагрузок.
Схема двухтрансформаторной подстанции приведена на рис. 1, в. Подстанция выполняется с выключателями на вводах на стороне ВН. Выключатель ВЗ в нормальном режиме отключён, и каждая секция шин питается от своего ввода. При аварийном отключении одного из вводов с помощью устройства АВР включается секционный выключатель ВЗ и электроснабжение подстанции переводится на один ввод (I или II).
На рис. 1 приведена схема ТП, в которой на стороне ВН питание осуществляется по двум лучам (магистралям). Подстанция имеет устройство АВР на стороне НН, работающее при отключении одного из трансформаторов. Защита трансформаторов со стороны ВН осуществляется плавкими предохранителями с кварцевым наполнением типа ПК, со стороны НН и отходящие к потребителям линий - плавкими предохранителями типа ПН2.
На цеховых ТП следует применять РУ ВН (если к подстанции подключены ЭУ ВН) и РУ РУ ВН (при магистральных схемах с несколькими магистралями и радиальных семах внутрицехового электроснабжения). ТП со соборными шинами (с РУ ВН и РУ НН) рекомендуется устанавливать в тех случаях, когда невозможно применение блочных схем.
Выкатные тележки КРУ рекомендуется применять:
а) в крупных и ответственных установках, в которых необходима быстрая взаимозаменяемость при повреждении основного аппарата - выключателя;
б) в машинных залах металлургических и химических предприятий; компрессорных, насосных и других электромашинных помещениях;
в) в электроустановках с числом камер более 15...20, когда по условиям общей компоновки подстанций возможно двустороннее обслуживание камер.
Камеры типа КСО рекомендуется применять:
- для подстанций, на которых возможно применение выключателей
типа ВМП или выключателей нагрузки типа ВНП;
- для временных подстанций, строительных площадок и т.п.
Комплектные распределительные устройства (КРУ) предназначены
для работы в распределительных устройствах сетей трехфазного переменного тока с изолированной или заземленной через дугогасительный реактор нейтралью. КРУ набираются из отдельных камер, в которые встроены электротехническое оборудование, устройства релейной защиты и ав-
тематики, измерительные приборы и т. п. Камеры определенной серии независимо от схемы электрических соединений главной цепи имеют аналогичную конструкцию основных узлов и, как правило, одинаковые габаритные размеры. В зависимости от конструктивного исполнения все КРУ можно разбить на следующие группы: стационарного исполнения; выкатного исполнения; моноблоки, заполненные элегазом.
6-м
6-35КВ.
ВВод1
В Вод Л
21
II
ШП _
вз
-О
п*
6'МкВ
II V
[I
и
{.Ф®
а
в
Рис. 1. Схемы электрических соединений цеховых трансформаторных подстанций: а - радиальное присоединение; б - магистральное присоединение; в - для силовой и осветительных нагрузок
т/гт,
Рис. 2. Схема электрических соединений двухтрансформаторной
двухлучевой подстанции
70
В комплектных распределительных устройствах стационарного исполнения коммутационные аппараты, трансформаторы напряжения, трансформаторы собственных нужд небольшой мощности устанавливаются в камерах неподвижно.
В комплектных распределительных устройствах выкатного исполнения вышеперечисленное оборудование устанавливается на выкатных тележках.
Моноблок представляет собой компактное распределительное устройство на три - пять присоединений, заполненное элегазом (выпускаются моноблоки с возможностью расширения), предназначенное для небольших распределительных пунктов и РУВН трансформаторных подстанций 6... 20 кВ. Моноблоки имеют принципиально новую конструкцию, использующую современные технологии и аппараты. В России первый элегазо-вый моноблок «Ладога» выпускается с 2004 г. предприятием ПО «Элтех-ника».
Комплектные распределительные устройства выпускаются для внутренней (внутри здания, в том числе модульного) и наружной установки.
В последние годы много внимания уделялось созданию малогабаритных комплектных распределительных устройств выкатного и стационарного исполнения. Таким требованиям удовлетворяют камеры КСО-202 (ЧЭАЗ), камеры КРУ/ТЕЬ («Таврида Электрик»), камеры К-66, КСО-ЗУЩ (ОАО «Самарский завод «Электрощит»), камеры КСО «Аврора» (ПО «Элтехника») и ряд других.
Предприятия электротехнической промышленности выпускают различные серии комплектных распределительных устройств, в том числе КРУ целевого назначения, с различными техническими характеристиками, габаритными размерами, параметрами оборудования,схемами первичных соединений.
Сравнительная характеристика наиболее современных комплектных распределительных устройств разных групп приведена в табл. 1.
Принятые сокращения: В — высоковольтный выключатель; ВН — выключатель нагрузки. Данные в скобках относятся к устройствам зарубежных фирм. * Информация по моноблокам приводится по имеющейся информации. ** Информация дана по КСО «Аврора». Наиболее малогабаритными камерами стационарного исполнения являются камеры КРУ/ТЕЬ на три присоединения на токи до 630 А (550...850 х 550 х 2000). *** Размеры зависят от схемы и номинального тока камеры. В таблице приведены значения для /н до 1600 А.
Для каждой серии комплектных распределительных устройств заводом-изготовителем предлагается сетка схем первичных соединений камер (схемы электрических соединений главных цепей). Для комплектных рас-
пределительных устройств принципиально новой модульной конструкции серии КРУ/ТЕЬ схемы первичных соединений приводятся не для камеры, а для модуля, а предприятие-изготовитель предлагает варианты схем типовых камер, составленных из отдельных модулей.
Таблица 1
Технические характеристики комплектных распределительных
устройств
Стационарное
Параметр исполнение серии Выкатное Моноблоки*
КСО- 300 КСО-200 исполнение
Номинальное напряжение, кВ 6; 10 До 35 До 20
Основной коммутационный аппа- ВН В В (В и ВН)
рат
Номинальный ток сборных шин, А 630 До 1600 До 3150 (4000) (До 630)
Минимальный номинальный ток 400 630 630 (В-200) (ВН-
выключателя, А 200)
Электродинамическая стойкость, До 51 До 128 Н.Д.
Термическая стойкость, кА До 20 До 50 (25)
Габаритные размеры камер (моноблока на одно присоединение), мм: (ВН - 532)
ширина глубина 500...600 800 300...750** 800** От 750*** От1150*** (В - 632) 710
высота 2086 2180...2380** 2300*** 1140
Масса, кг 400 350** 600*** 135
Схемы первичных соединений камер подразделяются на следующие виды: с высоковольтным выключателем (вводы, отходящие линии, секционирование); с выключателем нагрузки или с выключателем нагрузки и предохранителем (вводы, отходящие линии, секционирование); с разъединителями (секционирование); с измерительным трансформатором напряжения и др.
На схеме первичных соединений камер показываются все основные элементы установленного электротехнического оборудования. В камерах, предназначенных для среднего расположения в РУ, т. е. такого, при котором с обеих сторон камеры установлены смежные камеры, сборные шины проходят в обе стороны, что и отображается в схеме. При крайнем положении камеры в распределительном устройстве у сборных шин ставится вертикальная линия, показывающая, что в этом месте сборные шины кончаются. В камерах выкатного исполнения отсек сборных шин в этом месте закрывается металлической заглушкой или перегородкой. Такая же линия ставится при наличии в схеме камер секционирования.
72
Камеры на напряжение 6 и 10 кВ комплектуются электрооборудованием на номинальное напряжение 10 кВ, трансформаторы напряжения, разрядники, силовые предохранители, трансформаторы собственных нужд устанавливаются на напряжение 6 и 10 кВ.
По новым правилам в комплектных распределительных устройствах должна предусматриваться защита от дуговых коротких замыканий. Существует два наиболее распространенных типа дуговой защиты, которыми оснащаются производимые в России КРУ: фототиристорная и клапанная. Принцип действия первой основан на контроле светового потока, появляющегося в момент возникновения дуги, с помощью фототиристоров. Фототиристорная дуговая защита обладает хорошей чувствительностью и быстродействием, позволяет локализовать повреждение в начальный момент возникновения дуги, но имеет существенный; недостаток — низкую надежность фототиристоров. С развитием производства волоконной оптики стало возможным применение волоконно-оптических кабелей в качестве датчиков обнаружения электрической дуги, что позволило повысить надежность дуговой защиты и улучшить ее характеристики. Современной оптоволоконной защитой, оснащены камеры КСО «Аврора».
Таблица 2
Схемы первичных соединений камер КРУ/ТЕЬ
Схема главных цепей
Номер модуля
Назначение модуля
Схема главных цепей
Номер модуля
Назначение модуля
Схема главных испей
Номер модуля
Назначение модуля
Схема главных цепей
Номер модуля
Назначение модуля _
«3
фоф
' Линия с ОКП
1
ЩИИ
Линия сЛКП
Линия с ДКЛ, ТН и ОГШ
4
Линия с ДКЛ, ТН и ОГ1Н
л
10
ЗР
6и 7
Секционные модули
4
4
Линия сДКП
I
ТН и ОГШ
л
фоф
"К фоф
Линия с ОКП
Линия с ОКП, ТН и ОПН
4
фоф
5*
12
Линия с ОКП, ТН и ОПН
л-
фоф
_13_
л
феф
Линия с ОКП
14
А
_Л6._
СР
фоф
фоф
17
Секционные модули
фоф
18
Линия с ОКП
Примечание. В таблице используются следующие сокращения: ОКП — однокабельнос
присоединение; ДКЛ — двух кабельное присоединение;
ЗР — заземляющий разъединитель; ТН — трансформатор напряжения.
Таблица 3
Схемы типовых шкафов КРУ/TEL
Схема главных цепей 4- 4 ■4 «к] У ¡■н) фс S 7 1 Ф fb Ф У i HKl ф( 1 ф •н ф< ГТ ! Г м 7 ! 1 IK1 •н фс>ф V h Фс _ >ф —>
Номер модуля 1 1 1 i 1 1 1 1 1 6
Номер шкафа 0111 —-:—-—й -г—7--- . ' 1116
Схема главных цепей J фффе 1 || 1 —1 1 хМ У j ц > ффе) 7 V 1 1 ф! \i > ->
Номер модуля 2 пЦ" 9 OA 6 4 _____ rid 9 ал 6
Схема главных цепей Ф < 1
1 1 1 1 1 1 1 а ¡<Jx ! f )ф фо V ^_ j 1 1 1 с 1 1 и г + • ! V Ф4 Х)ф V
Номер модуля 7 1 9 2 7 9 4
Номер шкафа 079 2 0794 -
Схема главных цепей 1 j
"N i "К1 i+Л ' н t\ <Jx 1 I 1 о ' ! i ..... оф V —» •н "К и фс 1 1 | Ф | > i 1 1 4 •н фо V Ф . 1 1
Номер модуля 7 1 i 1 ! 1 10 1
Номер шкафа 7111 0(10)14
Клапанная защита реагирует на увеличение давления внутри объема ячейки, возникающего при горении дуги, что приводит к срабатыванию выхлопного клапана. Недостаток клапанной защиты — низкая чувствительность.
Камеры всех серий снабжены блокировками, исключающими ошибочные действия обслуживающего персонала с коммутационными аппаратами, что создает безопасные условия эксплуатации камер.
Подбор модулей, например в камере КРУ/TEL, может осуществляться по схемам, приведенным в табл. 2. Схемы этих камер даны в табл. 3. Представленные схемы камер не исчерпывают всего их многообразия. При синтезе схем РУ могут быть сформированы любые комбинации модулей в пределах камеры КРУ/TEL.
Список литературы
1. Степанов В.М., Косырихин B.C. Проектирование систем электроснабжения объектов: учеб.- метод, пособие для вузов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015,2015.372 с.
2. Степанов В.М., Косырихин В.С. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по системам электроснабжения промышленных предприятий: учеб.-методич. пособие для вузов. Тула: Изд-во Тул-ГУ, 2013. 227 с.
3. Степанов В.М., Косырихин В.С. Расчёт и проектирование электрических сетей и систем. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. 350 с.
4. Степанов В.М., Косырихин В.С. Электронные аппараты электро-питающих систем и электропривода: учеб.-методич. пособие. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. 225с.
5. Правила устройств электроустановок. Седьмое издание. СПб: ДЕАН. 2007, 330 с.
6. Степанов В.М., Косырихин В.С. Расчет и проектирование систем
7. промышленного электроснабжения: учеб, пособие для вузов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. 100 с.
8. Степанов В.М., Косырихин В. С. Проектирование систем внутрицехового электроснабжения промышленных предприятий: учебн. пособие для студентов вузов, обучающихся по направлению 654500, 181300, 650900 и 100400. Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. 87 с.
9. Степанов В.М., Косырихин В.С. Проектирование цеховых трансформаторных подстанций: учебн. пособие для студентов вузов, обучающихся по направлению 654500, 181300, 650900 и 100400. Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. 60 с.
Степанов Владимир Михайлович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, директор УТЦ «Энергоэффективность»» energy®,tsu.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Косырихин Виктор Семенович, канд. техн. наук, доц., reruyyatuu. tula.uu, Россия, Тула, Тульский государственный университет
METHODS OF SYNTHESIS SCHEMES OF DISTRIBUTION DEVICES
LOW VOLTAGE
V.M. Strpaeov, V.S. Kouyuihie
Pururetu Grerual urquiurmretu fou PN10 voltayr(6 kV) aed thr method of thriu uye-thruiu ie thr druige of rlrctuical ertwouku aed rlrctuical rquipmret of powru supply uyutrmu of ieduutuial facilitiru.
Kry woudu: ieduutuial facilitiru, rlrctuical ertwouku, powru rquipmret, uyethruiu, diu-tuibutioe.
Strpaeov Vladimiu Mikhailovich, doctou of trcheical ucirecr, puofruuou, hrad thr dr-pautmret, diurctou of thr tuaieiey cretru «Eeruyy rfficirecy» energy(Уa,tsu.tula.rg. Ruuuia, Tula, Tula Statr Ueivruuity,
Kouyuihie Victou Srmreovich, caedidatr of trcheical ucirecr, docret, reru-yyatuu. tula. uu, Ruuuia, Tula, Tula Statr Ueivruuity
