Трансформатори. Трансформаторні підстанції. Розподіл та споживання електроенергії
« Лекції з дисципліни «Інженерні мережі та комунікації»
Силові трансформатори – для переходу від одної напруги до іншої, тобто для зміни напруги. В різних пунктах приймання та відсилання електроенергії встановлено понижувальні трансформатори, які знижують напругу з 220…750 кВ до 35…110 кВ, а далі – до 6…10 кВ та 0,4 кВ.
Трансформаторна підстанція – це електроенергетичний об’єкт, який служить для зменшення чи підвищення напруги змінного струму і для розподілу електроенергії і складається з понижувальних трансформаторів разом з комутаційними, захисними та вимірювальними апаратами.
Трансформаторна підстанція складається:
- з понижувальних трансформаторів чи автотрансформаторів;
- вимірювальних трансформаторів струму і напруг;
- розподільних установок;
- апаратури керування;
- апаратури захисту.
Знижувальні трансформаторні підстанції електроенергетичних систем за призначенням поділяються на:
• районні;
• місцеві.
Районні підстанції живляться від ліній високої напруги 220…750 кВ і призначені для постачання електроенергії великим районам з потужними споживачами або для доставки електроенергії до найближчих пунктів перетворення її параметрів, тобто до суміжних підстанцій. Вторинна напруга районної ПС становить 35…110 кВ.
Високовольтне електрообладнання районної ПС розміщається, переважно, на відкритій площадці. Трансформатори та вимикачі монтуються на бетонній основі, а решта обладнання (роз’єднувачі, розрядники, вимірювальні трансформатори, збірні шини) монтуються на стальних конструкціях.
Місцеві підстанції живляться від ліній 35…110 кВ, тобто від ліній вторинної напруги районних ПС і призначені для постачання електроенергії споживачам, які розташовані неподалік. Вторинна напруга місцевих ПС становить 6…10 кВ.
Залежно від розміщення устаткування розрізняють місцеві підстанції:
- відкритого типу – устаткування розташоване на відкритому повітрі;
- закритого типу – устаткування у спеціальній споруді.
В закритих трансформаторних підстанціях кожен масляний трансформатор встановлено в окремій закритій камері. Подальше зниження напруги від 6…10 кВ до 0,4 кВ (220/380 В) виконується в трансформаторних кіосках, трансформаторних пунктах, цехових підстанціях. Всі ці підстанції належать до ПС закритого типу. В містах поширені окремо встановлені трансформаторні кіоски та вбудовані в громадські будинки трансформаторні пункти. Це, переважно, ПС з одним…двома трансформаторами при первинній напрузі 6…10 кВ і вторинній 220/380 В. На рис. 8.5 зображена принципова схема такого типу підстанції.
Рис. 8.5. Принципова схема трансформаторного пункту: 1 – трижильний високовольтний кабель 6…10 кВ, що живить ПС; 2 – силовий трансформатор; 3 – високовольтний вимикач; 4 – роз’єднувач (для створення видимого розриву під час проведення ремонтних робіт); 5 – вимірювальний трансформатор напруги; 6 – вимірювальний трансформатор струму; 7 – секція шин (для приєднання до силового трансформатора кабелів низької напруги); 8 – постійно розімкнутий секційний роз’єднувач, якого замикають коли одного з силових трансформаторів виводять у ремонт; 9 – чотирижильні кабелі (приєднання до шин) якими електроенергія передається до освітлювального та силового навантаження; 10 – плавкі запобіжники (для захисту приєднань від перевантажень і коротких замикань)
На кожній підстанції влаштовується контур заземлення, який утворюють вбиті у землю металеві труби чи кутники, сполучені між собою металевими штабами (стрічками). До контуру заземлення приєднуються корпуси всього електрообладнання, металеві конструкції, блискавковідводи. Заземлення захищає електрообладнання від грозових та внутрішніх перенапруг і обслуговуючий персонал від уражень струмом.
Розподільні установки та підстанції, як правило, виконуються як комплектні. Комплектна розподільна установка (КРУ) складається з повністю чи частково закритих шаф або блоків із вмонтованими в них комутаційними та іншими апаратами, пристроями захисту і автоматики, що поставляються у складеному чи повністю підготовленому для складання вигляді. Комплектна трансформаторна підстанція (КТП) складається з трансформаторів та блоків комплектно розподільних установок, що поставляються у складеному чи повністю підготовленому для складання вигляді. Вони можуть встановлюватися як у закритому приміщенні (внутрішні КРУ і КТП), так і на відкритому повітрі (зовнішні КРУ і КТП).
Розподіл електроенергії
На підстанціях не тільки змінюються параметри електроенергії, але й відбувається її розподіл. Для розподілу електроенергії використовуються розподільні установки, які є невід’ємною частиною підстанції. Загальний потік електроенергії, якій проходить через силові трансформатори, розподільні установки розподіляють на менші потоки і спрямовують їх до різних пунктів з метою перетворення параметрів чи споживання електроенергії, тобто до суміжних підстанцій.
Схеми розподільних установок електричних станцій та підстанцій складні. Основним їхнім елементом є шини (система металевих штаб, труб або проводів, до яких приєднані відгалуження) та вмикачі (основні комутаційні апарати призначені для вмикання ЛЕП та їх вимикання у нормальних і аварійних режимах). На рис. 8.6. зображена схема РУ електростанції, де кожна відхідна ЛЕП вмикається чи вимикається двома вмикачами.
Рис. 8.6. Розподільна установка електростанції, в якої кожна відхідна ЛЕП вмикається або вимикається двома вмикачами
Споживання електроенергії
Споживач електроенергії – сукупність електроприймачів.
Електроприймач – це електроустановка (електрична машина, апарат, агрегат, освітлення) яка перетворює електроенергію в інші види енергії (двигун – в механічну, електропіч – в теплову, лампа – у світлову тощо). Безпосереднє споживання електроенергії відбувається переважно на низькій напрузі і частково на високій напрузі 6…10 кВ (потужні двигуни, плавильні печі тощо).
З іншого боку споживач – це підприємство, організація, завод тощо, тобто юридична особа яка закуповує електроенергію в електропостачальної організації. Характерним прикладом споживача електроенергії є квартира, де працюють окремі електроприймачі (освітлення, холодильник, телевізор, електроплитка тощо) і ведеться сукупний облік електроенергії лічильником, встановленим у вхідному електрощитку.
Важливою характеристикою електроспоживача є його добовий графік навантаження Рм(t), поданий на рис. 8.7, де навантаження споживача – це потужність споживаної ним електроенергії. В нічні години – мінімум Рmin електроспоживання, бо більшість електроприймачів вимкнено. Зранку вмикають світло та інші електроприймачі, тому споживання електроенергії зростає. В день воно завжди більше ніж вночі, а максимум Рmax досягає у вечірні години, коли люди повертаються з роботи і вмикають більшість побутових електроприймачів.
Рис. 8.7. Добовий графік навантаження