5.5. Основные типы схем электрических сетей
Схемы электрических соединений ИП от ЭЭС (электрических станций, системных ПС 35—220 кВ) в данном параграфе не рассматриваются (см. главу 4).
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—20 кВ промышленных объектов и городов достаточно широко применяются распределительные пункты (РП), представляющие собой распределительные устройства указанных напряжений, приближенные к определенным группам ПЭ (рис. 5.4). На промышленных предприятиях это цеха с крупными двигателями 6—10 кВ, в городских сетях это трансформаторные подстанции (ТП) 6—20/0,38 кВ, удаленные от основных источников питания. Обоснованиями применения РП являются: сокращение количества ячеек выключателей 6—20 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 (8—12 МВт) (рис. 5.4). По требованиям надежности электроснабжения РП относятся к ПЭ I категории [5.19]. 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 [5.11, 5.19].
В распределительных электрических сетях 6—20 кВ и 380—660 В применяются следующие основные типы схем: радиальные, магистральные, кольцевые (петлевые) и их комбинации.
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 линиям. При одноцепных воздушных радиальных линиях 6—20 кВ трансформаторные подстанции 6—20/0,38 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. 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—20/0,38—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—20 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.
Радиальные и магистральные схемы сетей 6—20 кВ и 380 В без резервирования воздушных линий при однотрансформаторных подстанциях 6—20 кВ и односекционных щитах вводных устройств 380 В представлены на рис. 5.5. 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.
Петлевые схемы распределительных сетей 6—20 кВ и 380 В представлены на рис. 5.6. Следует подчеркнуть необходимость подключения двух головных участков 6—20 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—20/0,38 кВ в рассматриваемых схемах: 250—630 кВ · А, реже 630 кВ · А. Областями применения таких схем являются распределительные сети городов при застройках жилых кварталов зданиями до 9 этажей, а также населенные пункты и производства сельскохозяйственных районов; для питания ПЭ II категории промышленных предприятий данные схемы также могут применяться.
Радиальные схемы и варианты магистральных схем распределительных сетей 6—20 кВ и 380 В с резервированием линий и трансформаторов ПС приведены на рис. 5.7. 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—20 кВ должны подключаться (с помощью выключателей) к разным секциям шин одного ИП или к разным ИП. На напряжении 380-660 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 — 630—2500 кВ · А.
Подробнее о схемах сетей изложено в [5.2, 5.11, 5.12, 5.13, 5.18].