Что такое трансформаторная подстанция и как она работает?
Электроэнергия используется во всех сферах современной жизни, где используется для выполнения таких функций как:
Доставка электроэнергии к потребителям осуществляется электрическими сетями, один из ключевых компонентов которой – трансформаторная подстанция. Электрическую сеть целесообразно строить по иерархическому принципу с узлами различного уровня, на которых выполняется ряд функций, в том числе изменения напряжения с помощью трансформаторов.
Что такое трансформаторная подстанция?
Устройство
Трансформаторная подстанция, как это прямо следует из ее наименования, содержит один или несколько трансформаторов, а также ряд иных узлов и блоков. Последние необходимы для обеспечения выполнения преобразования напряжения, легкости, удобства текущего управления этого технического объекта. Дополнительное оборудование:
Для выполнения служебных функций предусмотрено вспомогательные устройства. К таковым относят, например, выпрямители, аккумуляторные батареи бесперебойного питания. Необходимую эксплуатационную надежность достигают установкой молниезащиты, внедрением оборудования пожаротушения, применением сигнализации.
Нормальные условия эксплуатации обеспечивают установкой оборудования в отдельном строении или непосредственно в специально подготовленном помещении здания.
Принцип работы
Основной компонент трансформаторной подстанции – силовой трансформатор, который обеспечивает на выходе получение напряжения необходимого уровня. Простейший трансформатор состоит из двух обмоток, которые одеты на сердечник из мягкой электротехнической стали. Переменный ток, протекающий по первичной обмотке этого статического устройства, создает магнитный поток, который наводит ток во вторичной обмотке.
Трансформатор отличается большим КПД, поэтому соотношения между токами/напряжениями первичной/вторичной обмоток пропорциональны/обратно пропорциональны количеству витков для напряжения/тока, соответственно. Частота тока/напряжения первичной/вторичной обмоток одинакова.
При небольшой мощности применяют т.н. сухую конструкцию, когда отсутствие короткого замыкания между обмотками и сердечниками обеспечено только изоляцией проводов обмоток. Маслозаполненные конструкции характерны для высоких мощностей. Они содержат залитый минеральным маслом бак с установленными обмотками, рисунок 1. Такое исполнение улучшает тепловые параметры устройства: масло эффективно отводит излишки выделяемого тепла.
Рис. 1. Маслонаполненный трансформатор
Для регулирования выходного напряжения вторичную обмотку снабжают несколькими отводами.
Назначение
Любая подстанция по отношению к электроэнергии реализует по меньшей мере одну из функций:
Наличие подстанций заметно уменьшает потери электроэнергии. Для этого передачу осуществляют на высоком напряжении, при котором снижаются потери энергии на разогрев проводов. Обеспечение работоспособности различных электрических устройств выполняют на небольшом напряжении, что позволяет увеличить ток и нарастить мощность приемника.
Кроме того, введение подстанций в состав электрораспределительной сети наращивает эксплуатационную гибкость системы электроснабжения за счет возможности выбора маршрутов передачи электроэнергии простым переключением линий в штатном режиме функционирования, а также в аварийных ситуациях.
Классификация ТП
Объекты сетей электроснабжения общего назначения
Трансформаторные подстанции можно классифицировать по различным признакам, но наиболее часто для этой цели привлекают место нахождения станции на уровне иерархии электрической сети. Соответственно, по мере понижения уровня происходит снижение рабочего напряжения. Кроме того, как средство инженерного обеспечения недвижимости они могут находиться вне предприятия или же непосредственно на его территории. Общепринятые наименования таких подстанций и их основные параметры представлены в табл. 1.
Таблица 1. Разновидности подстанций
| Уровень иерархии | Название подстанции | Типовое рабочее напряжение, кВ | Место расположения |
| 1 | Узловая распределительная | 110 — 220 | На обслуживаемой территории |
| 2 | Главная понижающая (иначе понизительная) | 35 – 110 | |
| 3 | Глубокого ввода | 6 – 35 | На территории предприятия |
| 4 | Трансформаторный пункт | 0,22 – 0,4 |
Трансформаторные пункты, находящиеся на нижнем уровне иерархии электрической сети, — отличаются наибольшей многочисленностью. В зависимости от категории обслуживаемого объекта их оборудуют одним (3-я категория) или двумя (категории 1 и 2) трансформаторами. Кроме того, при их создании таких пунктов массово применяют типовые решения.
По виду взаимодействия с электрораспределительной сетью подстанции делят на несколько разновидностей, табл. 2. Кроме того, ГОСТ 24291-90 дополнительно вводит понятие опорной подстанции, которая обеспечивает функционирование других объектов обычно более низкого уровня.
Таблица 2. Разновидности подстанций по исполнению
| Наименование | Место расположения в сети и особенности подключения |
| Типиковая | Получение энергии от одного источника |
| Проходная | Находится в разрыве одной или двух линий |
| Разветвительная (ответвительная) | Обслуживает две или более выходящие линии |
| Узловая | Взаимодействует с двумя или более входными и выходными линиями |
По конструктивному исполнению различают открытые (выполнены как отдельный объект) и закрытие (смонтированные в здании) подстанции.
По месту расположения подстанции наружной установки дополнительно делят на наземные, подземные и мачтовые.
Последние монтируют прямо на опорах, для чего применяют специальные конструкции и арматуру, рисунок 2.
Рис. 2. Вариант исполнения мачтовой подстанции
Тяговые подстанции электрифицированного наземного транспорта
Тяговые подстанции электрифицированного транспорта несколько отличаются от обычных.
Их главные особенности:
Специфика железной дороги, метрополитена, городских видов электротранспорта учтена конструктивным исполнением. Подключение к сети возможно по воздушным или кабельным линиям. Пример воздушного ввода показан на рисунке 3.
Рис. 3. Пример железнодорожной тяговой подстанции
Снижение затрат на строительство и эксплуатацию
Известно, что полная стоимость владения любого технического объекта (иначе, приведенные расходы) складывается из капитальных затрат и текущих эксплуатационных расходов.
Для снижения капитальных затрат на создание подстанций привлекается несколько основных приемов.
Первый из них — реализация по типовым проектам. Часто встречающиеся киосковые подстанции со сварным металлическим корпусом – хороший пример его практического использования, рисунок 4. Наибольший эффект дают в местностях с умеренным климатом.
Второй прием – поставка готового для установки оборудования на место монтажа непосредственно с предприятия-изготовителя.
Рис. 4. Киосковая подстанция
Экономия на эксплуатационных расходах достигается внедрением современной микропроцессорной и компьютерной техники, максимально полно берущей на себя решение рутинных задач автоматического управления. Такие объекты, отличающиеся заметно более высокими функциональными возможностями, называют цифровыми.
Вопросы безопасности
Подстанции вне зависимости от их назначения функционируют при высоком опасном для жизни напряжении. Эта особенность определяет необходимость жесткого соблюдения норм ТБ и иных правил при их текущем эксплуатационном обслуживании. Основные из них сводятся к следующему.
Для работ любого вида допускают только персонал, прошедший обучение с дополнительным предварительным инструктажем. Кроме того, навыки безопасной работы постоянно поддерживаются на должном уровне такими мероприятиями как:
Работы любого вида могут:
При выполнении любых действий требуется предельная концентрация, аккуратность, отсутствие спешки.
Подстанция — объект повышенной опасности. Ограничение доступа к ним посторонних лиц при открытой установке достигается оградами, а при закрытой – надежными запираемыми металлическими дверями, которые дополнительно оборудуют сигнализацией. Все объекты обязательно снабжаются хорошо различаемыми надписями, предупреждающими о смертельной опасности.
Для предотвращения вредного влияния на человека мощных электрических и магнитных полей подстанции следует размещать на определенном расстоянии от жилых домов. Конкретные нормы с разбивкой по типу объекта и мощностью содержаться в законе 52-ФЗ от 1999 года. Минимальные расстояния установлены в пределах от 50 до 1000 м.
Принципиальная Схема Трансформаторной Подстанции
Виды подстанций и их особенности
А кроме того, следует опираться на нормативную документацию. Недостатки ОРУ — занимают большие площади, подвержены влиянию окружающей среды замерзание, запыление, загрязнение. Второй разъединитель перемычки QS4 с ручным приводом используется при ремонте QS3 для создания видимого разрыва цепи, Трансформатор Т2 остается в работе, получая электроэнергию по вводу W2. 
Питание ответственных потребителей производится не менее чем двумя линиями от разных сдвоенных реакторов, что обеспечивает надежность электроснабжения. 
Разрабатывая такие схемы подстанций необходимо выбирать коммутационные аппараты с учетом назначения установки и ее мощности. 
Но чтобы оборудование использовалось эффективно его монтаж должны производитель специалисты. Учет энергии, расходуемой на собственные нужды подстанции, ведется со стороны вторичного напряжения ТСН. 
При повреждении в трансформаторе релейной защитой отключается выключатель Q2 и посылается импульс на отключение выключателя Q1 на подстанции энергосистемы. 
Устройства с длительной параллельной работой используются редко. Выполнение последнего условия затрудняется при очень сложной схеме электроустановки, однако значительное упрощение схемы может вызвать трудности для выполнения первого условия в отношении надежности электроснабжения. 
В системах с заземленной нейтралью могут возникать короткие замыкания симметричные трехфазные и несимметричные : а двухфазные; в двухфазные через землю при замыканиях в одной точке; г двухфазные через землю при замыканиях в различных точках.
Самый сложный вопрос в защитах трансформатора 10/0,4 кВ
Похожие материалы
Оформить заявку
За ним следует предохранитель и основной трансформатор. Принципиальные схемы в зависимости от способа изображения делятся на однолинейные и многолинейные, развернутые и совмещенные.
На схеме рис. Схема РУ кВ проходной подстанции. Условные обозначения КТП. Схема РУ между рабочей перемычкой и трансформаторами такая же как у рассмотренной выше ответвительной или концевой подстанции.
Строительство подстанции в Германии от А до Я
НЕТ КОММЕНТАРИЕВ
Электростанции, работающие параллельно в энергосистеме, существенно различаются по своему назначению. Комплектные трансформаторные подстанции выпускаются на ряде заводов.
Достаточно широкое применение получила схема шестиугольника рис. Допустимость последней операции зависит от мощности трансформатора и его номинального напряжения. Комплектные трансформаторные подстанции далее — КТП или их части, устанавливаемые в закрытом помещении, относятся к внутренним установкам, устанавливаемые па открытом воздухе, — к наружным.
Нормально один разъединитель QS3 перемычки отключен, все выключатели включены.
Выключатель Q1 в мостике включен, если по линиям W1, W2 происходит транзит мощности. Секционированные схемы Для питания нескольких силовых трансформаторов и РП, подключенных к силовым электрическим приемникам, может применяться схема с одной системой сборных шин.
Комплектная трансформаторная подстанция устройство схема соединений
Ответвительная подстанция присоединяется глухой отпайкой к одной или двум проходящим линиям. Выполнение последнего условия затрудняется при очень сложной схеме электроустановки, однако значительное упрощение схемы может вызвать трудности для выполнения первого условия в отношении надежности электроснабжения. Структурные схемы ТЭЦ Рисунок 2. Особенности и сроки эксплуатации Требования монтажа молнезащиты Выбор любой системы электроснабжения должен выполняться в соответствии с планируемыми нагрузками.
Мы имеем огромный опыт работы с электрической инфраструктурой — в том числе и высоковольтной, что позволяет нам выполнять любые задачи вне зависимости от уровня их сложности. Все одинаковые аппараты помечены цифрами, то есть при наличии 2-х токовых реле, обозначения будут выглядеть как — 1КА и 2КА. Но чтобы оборудование использовалось эффективно его монтаж должны производитель специалисты.
Заказать обратный звонок
Вследствие однотипности и простоты операций с разъединителями аварийность из-за неправильных действий с ними дежурного персонала мала, что относится к достоинствам рассматриваемой схемы. Такое распределение присоединений увеличивает надежность схемы, так как при КЗ на шинах отключаются шиносоединительный выключатель QA и только половина присоединений.
Электрические схемы РУ высшего напряжения. Блочная схема без перемычки рис.
Подстанция 110/6 кВ — познавательное видео.
Трансформаторная подстанция для частного дома
Покупая землю под ИЖС, особенно в «неосвоенном» другими жильцами районе, можно столкнуться с ситуацией, когда к участку не подведены коммуникации, а все, чем располагает владелец — это высоковольтная линия поблизости. Как правило, у такого участка привлекательная цена, и если вы стали его счастливым обладателем, в первую очередь вам придется задуматься об установке трансформаторной подстанции. Конечно, в первые дни вы можете пользоваться дизельными или бензиновыми генераторами, однако в долгосрочной перспективе такой способ окажется неудобным.
Кроме того, если электричество в поселке есть, но поставляется с перебоями, в таком случае также целесообразно задуматься об установке собственной подстанции.
Как установить собственную трансформаторную подстанцию
Во-первых, вам необходимо подать заявку на трансформаторную подстанцию в местную сетевую организацию, в качестве энергопринимающего устройства указав частный дом. Возможно, вам потребуется указать категорию надежности электроснабжения — выбирайте третью. Это категория для зданий и сооружений вместимостью до 50 человек, она позволяет использовать однотрансформаторную подстанцию.
Получив разрешение на установку, приобретите собственно подстанцию и найдите компанию, которая выполнит подключение. Как правило, компании, занимающиеся продажей комплектных трансформаторных подстанций (КТП) предоставляют и услугу установки, как, например, http://www.tcn-nn.ru/modular_package.html.
Что такое трансформаторная подстанция?
Трансформаторная подстанция — это устройство, которое преобразует (в данном случае — понижает с 6 или 10кВ до нужных вам 220В) напряжение электричества, идущего от линии электропередач.
В самом устройстве трансформатора нет ничего сложного. Главная часть его — силовой трансформатор, который осуществляет непосредственное снижение напряжения и который подключают к кабельной или воздушной высоковольтной линии. С «другой стороны» у трансформатора есть распределительное устройство, к которому подключают пользователей. Кроме этих основных частей в современных трансформаторах есть автоматическая защита, приборы учета и так далее — такие подстанции называют комплексными (КТП). Все это помещено в корпус из бетона, металла или сэндвич-панелей. Чаще всего трансформаторные подстанции поставляются в сборе, полностью готовые к эксплуатации.
Сухая и масляная трансформаторная подстанция
Трансформаторы в подстанциях бывают двух видов: сухие и масляные. Какой выбрать для частного дома?
Для размещения в загородных домах чаще всего выбирают сухие трансформаторы. Плюсы этого вида трансформаторов:
Однако масляные также имеют свои преимущества, среди которых более низкая стоимость и высокая мощность.
Фундамент для комплектных трансформаторных подстанций (КТП)
Одними из наиболее популярных силовых установок, применяемых в организации электроснабжения, являются комплектные трансформаторные подстанции (КТП). Сборка такого оборудования осуществляется на базе одного преобразователя энергии, который подбирается с учетом нагрузки в точке потребления и необходимым уровнем защиты от перепадов напряжения. В числе обязательных требований, обеспечивающих штатный режим работы установок – строительство фундамента для КТП. Формирование надежного основания обеспечивает необходимую устойчивость конструкции, в том числе во время катаклизмов и компенсирует вибрационные эффекты, возникающие в ходе эксплуатации оборудования.
Базовые факторы выбора технологии обустройства станций
Неотъемлемым этапом монтажа трансформаторных подстанций является формирование фундамента. Технология возведения основания определяется характеристиками оборудования (габаритными размерами, весом и назначением), а также свойствами грунта в месте размещения.
Типы КТП заводской сборки:
Общие требования к обустройству фундаментальных конструкций
Вне зависимости от выбранной технологии строительства основания под КТП, следует учитывать стандартные нормативы возведения. В числе технических запросов соблюдение уклона для самой КТП, который предупредит скопление влаги и масла на поверхности площадки, в том числе во время аварийного сброса. Стандартно высоковольтное оборудование должно размещаться на удалении от жилых и производственных объектов не меньше чем на 10 метров.
Требования к фундаментальной части:
Типы фундаментов для комплектных трансформаторных подстанций (КТП)
В практике современного строительства оснований для наружного размещения технологического оборудования используется несколько технологий. До сих пор применяется фундамент под КТП, формируемый из металлических лежней. Форма металлической арматуры Т-образная. Верхняя полка размещается на заглублении, а для приема конструкции будет задействована вертикальная часть. При таком подходе существенно экономится время на обустройство фундамента, при этом необходима предварительная подготовка грунта. Количество элементов арматуры (лежней) и схема размещения определяются размерами комплектной подстанции.
Фундамент КТП ФБС имеет существенное отличие от монолита, поскольку собирается непосредственно на месте эксплуатации из одинаковых элементов. После укладки железобетонных изделий формируется армированный пояс. Его основная задача будет заключаться в равномерном распределении нагрузки по всему периметру основания. На практике укладка блоков осуществляется при помощи крана, остальные элементы закладываются вручную согласно выбранной технологии. Под КТП используется классический ленточный контур фундамента или сплошная укладка. Из особенностей обустройства следует отметить необходимость проведения подготовительных работ, утепления и гидроизоляции блоков.
Современный свайно-винтовой фундамент для КТП
Особенности фундамента КТП киоскового типа
По условиям эксплуатации комплектная высоковольтная подстанция эксплуатируется снаружи зданий и сооружений, испытывает на себе климатические факторы местности. На практике для размещения КТП киоскового типа достаточно точечной укладки 4 ФБС под каждый угол конструкции (или из расчета на одну единицу высоковольтного оборудования). Если планируется размещение двухтрансформаторной подстанции, принимающая способность фундамента должна быть увеличена. Можно сформировать основание из 8 блоков ФБС или обустроить монолитную подушку. Для массивных сборок дополнительно используется заблаговременная подготовка котлована в вид укладки слоя песка, щебня. В любом случае необходимо будет удачно совместить технические запросы и не допустить удорожание проекта.
Схема и конструкция трансформаторной подстанции
Электрические сети сегодня, как паутина, опутывают все населенные пункты. По ним в дома и на предприятия поступает энергия, необходимая для работы различного оборудования, освещения, функционирования систем климат-контроля и другой техники. Однако, современные приборы весьма чувствительны к скачкам напряжения и если в вашей сети такие ситуации случаются часто, то приходится искать способы их устранения. Для этого используется специальное оборудование, которое входит в устройство подстанции трансформаторной. Применяется оно для городских районов, хозяйственных объектов и других потребителей.
Область их применения
В современном обществе ни одна отрасль промышленности и народного хозяйства не обходится без электричества. Оно необходимо для создания комфортных условий для жителей городов и сел, работы различного рода оборудования и техники. Но для того, чтобы обеспечить электроэнергией районы, удаленные от основных сетей, используют трансформаторные подстанции.
Область применения таких установок включает в себя самые различные объекты:
Виды подстанций и их особенности
Электрификация населенных пунктов и объектов, находящихся далеко от них является обязательным условием их функционирования. Но поскольку в электросетях очень часто случаются скачки напряжения, то подключенное к ним оборудование может выйти из строя. Избежать этого помогают трансформаторные подстанции – это здание или сооружение внутри которых размещается оборудование. Электроустановки, основным назначением которых является преобразование и распределение энергии между потребителями.
В состав таких подстанций включены следующие элементы:
Классификация электроустановок осуществляется с учетом производимой ими работы. Они делятся на два класса:
Первые служат для повышения входного напряжения. Трансформатор такой подстанции имеет первичную обмотку с меньшим количеством витков, чем у вторичной.
Понижающие подстанции используются в случае необходимости уменьшения входного напряжения. В них используются трансформаторы, у которых количество витков первичной обмотки больше, чем у вторичной.
Смотрим видео, устройство и описание характеристики комплексной подстанции:
Кроме функционального назначения подстанции отличаются и по способу изготовления. Они могут поставляться в виде отдельных блоков, которые затем собираются в единое целое на месте установки. Каждый элемент такой конструкции является полностью подготовленным к сборке. Исходя из этого параметра, трансформаторная подстанция может относиться к движимому или недвижимому имуществу.
Также производятся и комплексные установки. Этот тип оборудования представляет собой металлическую или бетонную конструкцию, внутри которой расположены рабочие узлы. Такие модели поставляются в собранном виде и находят самое широкое применение во всех сферах жизни и деятельности человека. Срок эксплуатации трансформаторной подстанции составляет около 25 лет.
Комплексные электроустановки могут отличаться по следующим критериям:
В зависимости от первого параметра подстанции бывают мачтовыми, которые устанавливаются на специальных опорах, а также подземными и выполненными в виде шкафов или киосков. В них может находиться один или два трансформатора.
Подключение трансформаторных подстанций осуществляется различными способами:
При этом ввод-вывод может быть воздушным или кабельным. В зависимости от места установки комплексные подстанции подразделяются на:
В первых применяются трансформаторы, имеющие масляное охлаждение.
Конструктивные особенности оборудования
Для того, чтобы правильно выбрать электроустановку необходимо четко представлять ее устройство и принцип работы. При транспортировке электроэнергии на большие расстояния происходит повышение-понижение напряжения, вызванное необходимостью снижения тепловых потерь в линии. Но для потребителя такие значения являются неприемлемыми, поэтому приходится использовать трансформаторные подстанции, которые повышают или понижают напряжение до потребляемого в 380 или 220 В.
В такие установки входят несколько объектов:
Производится все оборудование на заводах и доставляется в место назначения в собранном или блочном виде.
В качестве защитных устройств в конструкцию подстанции включены разрядники. Они воздействуют на отключение оборудования и снижение нагрузки. Все элементы собраны в единую установку.
Схема трансформаторной установки
Решения по этому вопросу обычно принимаются с учетом системы электроснабжения объекта и перспектив его развития. Разрабатывая схему трансформаторной подстанции, производитель стремиться сделать ее максимально проще, чтобы количество коммутационных аппаратов было минимально возможным. Для этого применяются устройства автоматики.
Основными положениями для энергоустановок всех напряжений можно считать:
В подстанциях, где установлена пара трансформаторов, предусматривается раздельная их работа, что позволяет снизить токи КЗ. Кроме того, у них упрощенная коммутация и эффективная релейная защита на вводах.
Устройства с длительной параллельной работой используются редко. Но все же иногда такой подход является целесообразным. При таком решении понижающие трансформаторы работаю параллельно и при нарушении одной цепи выключатель автоматически отключается.
Но в большинстве случаев все же рекомендуется использовать раздельную работу. Разрабатывая такие схемы подстанций необходимо выбирать коммутационные аппараты с учетом назначения установки и ее мощности. Причем последний из перечисленных параметров должен соответствовать потребностям пользователей.
Выбор мощности
При проектировании электроустановки необходимо подобрать оборудование под расчетную нагрузку. При этом для выбора мощности прибора могут использоваться различные методики. А кроме того, следует опираться на нормативную документацию.
Обычно в подстанциях используются масляные трансформаторы и их количество зависит от категории объекта. Обычно для 1 и 2-ой используют двухтрансформаторные подстанции, а для 3-ей – установки с одним.
Мощность прибора обычно выбирается с учетом его перегрузочной способности в режиме аварии. Для этого сравнивается полная мощность подстанции с допустимой для различных видов потребителей нагрузкой. Расчеты выполняются по специальным формулам. В них используются значения дневной и вечерней нагрузок, а также коэффициент одновременности, зависящий от числа потребителей.
Например, для небольшого населенного пункта можно ограничиться подстанцией с трансформаторами мощностью до 63 кВА. Но только в случае, если в них преобладает коммунально-бытовая нагрузка. В противном случае потребуется более мощная электроустановка.
Особенности и сроки эксплуатации
Выбор любой системы электроснабжения должен выполняться в соответствии с планируемыми нагрузками. И в этом случае многие предпочитают перестраховаться, чем выбрать установку впритык.
В действительности возможны ситуации, в которых даже самая экономичная подстанция будет загружаться только частично. Это связано со спецификой изготовления оборудования. Так как трансформаторные электроустановки производятся с учетом неблагоприятных условий эксплуатации.
Но чтобы оборудование использовалось эффективно его монтаж должны производитель специалисты. При этом на территории, где оно устанавливается должна быть безопасная окружающая среда с отсутствием тряски и вибраций.
