Назначение, размещение, типы и классификация трансформаторных подстанций. Тема 10 презентация

Система электроснабжения аэропорта

Трансформаторная подстанция (ТП) -электроустановка, предназначенная для приема, преобразования и распределения энергии и состоящая из трансформаторов, распределительных устройств, устройств управления, технологических и вспомогательных сооружений.

Распределительное устройство (РУ) - электроустановка, служащая для приема и распределения электроэнергии и содержащая коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, вспомогательные устройства (компрессорные, аккумуляторные и др.), а также устройства защиты, автоматики, телемеханики, связи и измерений.

Классификация трансформаторных подстанций
По расположению или месту размещения:
расположенное на открытом воздухе ̶ открытые распределительные устройства (ОРУ);

Классификация трансформаторных подстанций
расположенное внутри помещений ̶ закрытое распределительное -ЗРУ;

Классификация трансформаторных подстанций
По типу конфигурации:
тупиковыми, когда они запитаны по одной либо двум радиально подключенным ЛЭП, которые не питают другие ПС;
ответвительными — присоединяются к одной (иногда двум), проходящим ЛЭП с помощью ответвлений. Проходящие линии питают другие подстанции;
проходными — подключены за счет захода ЛЭП с двухсторонним питанием методом «вреза»;
узловыми — присоединяются по принципу создания узла за счет не менее чем трех линий.

Схема включения ТП для небольшого аэропорта

Классификация трансформаторных подстанций
По конструктивному исполнению:
комплектная трансформаторная ПС (КТП) - ПС, состоящая из трансформаторов, блоков (КРУ и КРУН) и других элементов, поставляемых в собранном или полностью подготовленном на заводе-изготовителе к сборке виде.
столбовая трансформаторная ПС (СТП) - открытая трансформаторная ПС, все оборудование которой установлено на одностоечной опоре ВЛ на высоте, не требующей ограждения ПС.
мачтовая трансформаторная ПС (МТП) - открытая трансформаторная ПС, все оборудование которой установлено на конструкциях (в том числе на двух и более стойках опор ВЛ) с площадкой обслуживания на высоте, не требующей ограждения ПС.

Блочные КТП

Блочные КТП

Столбовые ТП

Мачтовые ТП

Классификация трансформаторных подстанций
По месту базирования на территории аэропорта:
пристроенная ПС (РУ) - ПС (РУ), непосредственно примыкающая к основному зданию электростанции или промышленного предприятия.
встроенная ПС (РУ) - ПС (РУ), занимающая часть здания.
внутрицеховая ПС (РУ) - ПС (РУ), расположенная внутри цеха открыто (без ограждения), за сетчатым ограждением, в отдельном помещении.

Классификация трансформаторных подстанций
По количеству трансформаторов:
однотрансформаторные;
двухтрансформаторные;
трёхтрансформаторные;
По условиям обслуживания:
односторонние;
двусторонние;
По выполнению высоковольтного ввода:
шинный;
кабельный;
воздушный.

Внутрицеховая ПС

Пристроенная ПС

Классификация распределительных устройств
комплектное распределительное устройство - РУ, состоящее из шкафов или блоков со встроенными в них аппаратами, устройствами измерения, защиты и автоматики и соединительных элементов, поставляемых в собранном или полностью подготовленном к сборке виде.
комплектное распределительное устройство элегазовое (КРУЭ) - РУ, в котором основное оборудование заключено в оболочки, заполненные элегазом (SF6), служащим изолирующей и/или дугогасящей средой.
комплектное распределительное устройство, предназначенное для внутренней установки, сокращенно обозначается КРУ, а для наружной - КРУН.

КРУ, КРУЭ

КРУН

Состав трансформаторной подстанции:
два и более распределительных устройства (РУ): РУВН и РУНН.
силовой трансформатор, который непосредственно осуществляет преобразование электроэнергии для ее дальнейшего распределения;
шины, обеспечивающие подвод приходящего напряжения и отвод нагрузок;
силовые коммутационные аппараты с тоководами, позволяющие перераспределять электроэнергию между потребителями;
системы защит, автоматики, управления, сигнализации, измерения;
вводные и вспомогательные устройства.

Размещение оборудования в ТП ССТО «СВЕЧА-3»

Классификация аппаратов РУ
Электрический аппарат – это устройство, управляющее электропотребителями и источниками питания, а также использующее электрическую энергию для управления неэлектрическими процессами:
силовые трансформаторы;
измерительные (трансформаторы напряжения и тока);
коммутационные – для включения и отключения электрических цепей (рубильники, переключатели, разъединители, отделители, короткозамыкатели, выключатели высокого напряжения, автоматические выключатели);

защитные − для защиты цепей от перегрузок, короткого замыкания и перенапряжения ( автоматические выключатели, предохранители, разрядники);
Пускорегулирующие (или аппараты управления (контакторы, магнитные пускатели, командо-контроллеры, реостаты);
Токоограничивающие аппараты(реакторы ,разрядники, ограничители перенапряжений );
Контролирующие аппараты(реле, датчики)

В пределах одной группы или серии аппаратов различают:
по напряжению :
низкого (до 1000 В включительно);
высокого (выше 1000 В);
По роду тока:
постоянного тока промышленной частоты;
переменного промышленной частоты;
переменного тока повышенной частоты;
По принципу действия:
электромагнитные;
индукционные,;
тепловые и т.д.;
По способам гашения дуги , управления, времени действия;
По роду защиты от воздействия климатических факторов, внешней среды, защите от прикосновения, попадания посторонних тел и проникновения воды

Требования, предъявляемые к электрическим аппаратам
Требования, предъявляемы к электрическим аппаратам, зависят от их назначения, условий применения и эксплуатации.
Общими требованиями являются:
достаточная электрическая прочность изоляции (способность обеспечивать надёжную работу не только при номинальном напряжении, но и при перенапряжениях, должна быть рассчитана на ухудшение свойств с течением времени, воздействию пыли, грязи и влаги,);
способность токоведущих частей аппарата длительно выдерживать номинальные токи без опасных перегревов, контактных соединений и изоляции;

достаточная электродинамическая и термическая стойкость
Электродинамическая стойкость –
способность ЭА выдерживать воздействие тока наибольшего амплитудного значения (тока короткого замыкания)за время его протекания без повреждений;
Термическая стойкость – способность ЭА выдерживать без повреждений и перегрева свыше норм термическое действие токов короткого замыкания определенной длительности. Иными словами-способность ЭА не расплавиться во время максимального теплового импульса.)
Высокая износоустойчивость, чувствительность, быстродействие, универсальность.
простота устройства и обслуживания (ремонтнопригодность);
экономичность (малогабаритность, наименьший вес аппарата, минимальное количество дорогостоящих материалов для изготовления отдельных частей).

Климатическое исполнение
Для обозначения степени защиты используется аббревиатура «IP». Например: IP54.
Применительно к электрическим аппаратам существуют следующие виды исполнения:
1. Защищенные IP21, IP22 (не ниже).
2. Брызгозащищенные, каплезащищенные IP23, IP24
3. Водозащищённые IP55, IP56
4. Пылезащищенные IP65, IP66
5. Закрытое IP44 – IP54, у этих аппаратов внутренние пространство изолированно от внешней среды
6. Герметичное IP67, IP68. Эти аппараты выполнены с особо плотной изоляцией от окружающей среды
В соответствии с климатическими условиями климатическое исполнение обозначается следующими буквами: У (N) – умеренный климат, ХЛ (NF) – холодный климат, ТВ (TH) – тропический влажный климат, ТС (ТА) – тропический сухой климат, О (U) – все климатические районы, на суше, реках и озерах, М – умеренный морской климат, ОМ – все районы моря, В – все макроклиматические районы на суше и на море.

Силовые трансформаторы
Трансформатор – это статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования (понижения или повышения) напряжения в сетях переменного тока.

Принцип работы трансформатора
Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции Фарадея: переменное напряжение, подключенное к первичной обмотке, вызывает в ней переменный ток, который в свою очередь создает вокруг обмотки переменное магнитное поле; в находящейся в этом поле вторичной обмотке индуктируется ЭДС, пропорциональная числу витков обмотки. Если в первичной обмотке число витков меньше – то это повышающий трансформатор, если наоборот, то речь идет о понижающем трансформаторе

в первичной обмотке ЭДС самоиндукции
e1 = –w1(dФ/dt),
во вторичной обмотке ЭДС взаимоиндукции
е2 = –w2(dФ/dt)
где w1 и w2 — число витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора.
Кoэффициeнт тpaнcфopмaции Kт = W1 / W2 = U1 / U2, гдe, W1 и W2 — кoличecтвo виткoв в пepвичнoй и втopичнoй oбмoткax; U1 и U2 — нaпpяжeниe нa иx вывoдax.
Еcли в пepвичнoй кaтушкe виткoв бoльшe, тo нaпpяжeниe нa вывoдax втopичнoй нижe. Taкoй aппapaт нaзывaют пoнижaющим, Kт у нeгo бoльшe eдиницы.
Ecли виткoв бoльшe вo втopичнoй кaтушкe — тpaнcфopмaтop нaпpяжeниe пoвышaeт и нaзывaeтcя пoвышaющим. Eгo Kт мeньшe eдиницы.

Классификация трансформаторов
по количеству трансформируемых фаз – одна или три. Трехфазный силовой трансформатор является наиболее распространенным электротехническим устройством, которое используется на подстанциях аэропорта;
по числу обмоток на фазу – трех- или двухобмоточные;
по своему назначению трансформаторы могут быть повышающими или понижающими;
по виду охлаждения – силовые сухие трансформаторы (с воздушным охлаждением) и силовые масляные трансформаторы.
По климатическому исполнению-наружные и внутренние трансформаторы.
по форме магнитопровода — стержневые, броневые, бронестержневые, тороидальные;

Масляные трансформаторы

Основные конструктивные элементы трансформатора:
Бак трансформатора с крышкой и с пробкой для слива и отбора масла ;
Ролики или катки;
Радиатор;
Воздухоосушитель;
Расширитель с масломерным стеклом;
Термометр;
Газовое реле;
Термосифонный фильтр;
Магнитопровод;
Обмотки высшего(ВН) и низшего(НН) напряжения с выводами через проходные изоляторы;
Переключатель ответвлений(или переключающее устройство)

Конструкция силового трансформатора

Термосифонный фильтр – это цилиндрическое устройства, заполненное активным материалом – сорбентом, который поглощает продукты старения трансформаторного масла. Работа фильтра основана на термосифонном принципе: более нагретое масло верхних слоев попадет в фильтр, охлаждается и опускается вниз, непрерывно при этом очищаясь.
Переключающее устройство обмоток трансформатора служит для ступенчатого изменения напряжения в определенных пределах, поддержания номинального напряжения на зажимах обмотки НН при его изменении.
Расширитель -служит для компенсации колебаний уровня масла в трансформаторе при изменении температуры и уменьшения площади соприкосновения с воздухом открытой поверхности масла, защиты его от преждевременного окисления кислородом воздуха и увлажнения.
Воздухоосушитель, устанавливаемый на расширителе трансформатора, имеет металлический корпус, заполненный селикагелем, отбирающим влагу у воздуха, поступающего в расширитель при понижении уровня масла.
Газовое реле - встраивают в рассечку трубы, соединяющей бак трансформатора с расширителем. Оно защищает трансформатор при внутренних повреждениях, связанных с выделением газа или утечкой из бака.

Обмотки трансформатора
Начала фазных обмоток ВН трехфазных трансформаторов обозначают прописными латинскими буквами А, В, С, концы - буквами X, Y, Z. Начала обмоток НН обозначают строчными латинскими буквами а, в, с, концы - буквами х, у, z. Фазные обмотки трехфазных трансформаторов могут быть соединены в звезду Y, треугольник (Δ) или зигзаг (Z). Эти схемы в тексте обозначают буквами У, Д и Z.

Сухие трансформаторы

Буквенные обозначения трансформаторов
: ТМ, ТС, ТСЗ, ТД, ТДЦ, ТМН, ТДН, ТМГ,ТЦ, ТДГ, ТДЦГ, ОЦ, ОДГ, ОДЦГ и т.д.
Первая буква обозначает число фаз (Т - трехфазный, О - однофазный).
Вторая буква обозначает систему охлаждения:
М - естественное масляное, т. е. естественная циркуляция масла,
С - сухой трансформатор с естественным воздушным охлаждением открытого исполнения,
Д - масляное с дутьем, т. е. с обдуванием бака при помощи вентилятора,
Ц - принудительная циркуляция масла через водяной охладитель,
ДЦ - принудительная циркуляция масла с дутьем.
Наличие второй буквы Т означает, что трансформатор трехобмоточный, двухобмоточный специального обозначения не имеет.
Следующие буквы указывают:
Н - регулирование напряжения под нагрузкой (РПН), отсутствие - наличие переключения без возбуждения (ПБВ),

За буквенными обозначениями идут номинальная мощность трансформатора (кВА) и через дробь - класс номинального напряжения обмотки ВН (кВ).
Шкала номинальных мощностей трехфазных силовых трансформаторов высоковольтных сетей построена так, чтобы существовали значения мощности, кратные десяти: 20, 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600 кВА и т. д. Некоторое исключение составляют мощности 32000, 80000, 125000, 200000, 500000 кВА.
Примеры обозначения типов трансформаторов:
ТМ-250/10 - трехфазный двухобмоточный с естественным масляным охлаждением, изменение напряжения с помощью устройства ПБВ, номинальная мощность 250 кВА, класс напряжения обмотки ВН 10 кВ.

Однолинейная схема ТП-1,РУ-10 кВ

Шины
Делятся на главные (сборные) и ответвительные
Материал: медь, алюминий или его сплавы,сталь.
Шины выполняют плоскими и устанавливают плашмя или на ребро.
Сечение шин выбирают в зависимости от тока нагрузки с проверкой устойчивости току к. з. Учитывают также способ крепления шин.
Соединения шин между собой и с выводами аппаратов могут быть разборными и неразборными. К разборным относят болтовые, винтовые и соединения, сжимаемые накладками (допускающие разборку без разрушения отдельных частей), к неразборным - цельнометаллические соединения, выполненные сваркой(аргонно-дуговой), пайкой или опрессовкой.

Установившаяся температура нагрева контактных и цельнометаллических соединений выводов аппаратов с внешними проводниками из меди, алюминия и их сплавов при номинальном режиме не должна быть выше 95 °С в установках на напряжение до 1 кВ и 80 °С в установках напряжением выше 1 кВ
Однополосные шины устанавливают обычно плашмя и закрепляют непосредственно на головке опорного изолятора с условием свободного перемещения полос вдоль их оси при нагреве токами нагрузки и к. з. В однополосных шинах отверстия для крепежных болтов в пролете и торцах делают овальными, а под головки болтов подкладывают пружинящие шайбы.

Буквенно –цифровое обозначения шин( согласно ПУЭ)
В электроустановках должна быть обеспечена возможность легкого распознавания частей, относящихся к отдельным элементам (простота и наглядность схем, надлежащее расположение электрооборудования, надписи, маркировка, расцветка).
Для цветового и цифрового обозначения отдельных изолированных или неизолированных проводников должны быть использованы цвета и цифры в соответствии с ГОСТ Р 50462 “Идентификация проводников по цветам или цифровым обозначениям”.
Проводники защитного заземления и нулевые защитные проводники в электроустановках напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью, в т.ч. шины, должны иметь буквенное обозначение РЕ и цветовое обозначение чередующимися продольными или поперечными полосами одинаковой ширины (для шин от 15 до 100 мм) желтого и зеленого цветов.
Нулевые рабочие (нейтральные) проводники обозначаются буквой N и голубым цветом. Совмещенные нулевые защитные и нулевые рабочие проводники должны иметь буквенное обозначение PEN и цветовое обозначение: голубой цвет по всей длине и желто-зеленые полосы на концах.

1) при переменном трехфазном токе: шины фазы А - желтым, фазы В - зеленым, фазы С - красным цветами;
2) при переменном однофазном токе шина В, присоединенная к концу обмотки источника питания, - красным цветом, шина А, присоединенная к началу обмотки источника питания, - желтым цветом.
Шины однофазного тока, если они являются ответвлением от шин трехфазной системы, обозначаются как соответствующие шины трехфазного тока;
3) при постоянном токе: положительная шина (+) - красным цветом, отрицательная (-) - синим и нулевая рабочая М - голубым цветом.
Допускается выполнять цветовое обозначение не по всей длине шин, только цветовое или только буквенно-цифровое обозначение либо цветовое в сочетании с буквенно-цифровым в местах присоединения шин. Если неизолированные шины недоступны для осмотра в период, когда они находятся под напряжением, то допускается их не обозначать. При этом не должен снижаться уровень безопасности и наглядности при обслуживании электроустановки.