1. 3 Электрооборудование подстанций
Основные элементы электроподстанций:
Силовые трансформаторы, автотрансформаторы;
Открытые (ОРУ) и закрытые (ЗРУ) распределительные устройства, включая:
Системы и секции шин;
Силовые выключатели;
Разъединители;
Измерительное оборудование (измерительные трансформаторы тока и напряжения, измерительные приборы);
Оборудование ВЧ-связи между подстанциями (конденсаторы связи, фильтры присоединения);
Токоограничивающие, регулирующие устройства (конденсаторные батареи, реакторы, фазовращатели и пр.).
Преобразователи частоты, рода тока (выпрямители).
Система питания собственных нужд подстанции:
Трансформаторы собственных нужд;
Щит переменного тока;
Аккумуляторные батареи;
Щит постоянного (оперативного) тока;
Дизельные генераторы и другие аварийные источники энергии (на крупных и особо важных подстанциях).
Системы защиты и автоматики:
Устройства релейной защиты и противоаварийной автоматики для силовых линий, трансформаторов, шин.
Автоматическая система управления.
Система телемеханического управления.
Система технического и коммерческого учёта электроэнергии.
Система технологической связи энергосистемы и внутренней связи подстанции.
Система заземления, включая заземлители и контур заземления.
Молниезащитные сооружения.
Вспомогательные системы:
Система вентиляции, кондиционирования, обогрева.
Система автоматического пожаротушения.
Система освещения территории.
Система охранно-пожарной сигнализации, управления доступом.
Система технологического и охранного видеонаблюдения.
Устройства плавки гололёда на воздушных линиях.
Системы аварийного сбора масла.
Системы питания маслонаполненных кабелей.
Бытовая, ливневая канализация, водопровод.
Бытовые помещения, склады, мастерские и пр.
1.3.1 Трансформатор
Трансформатор представляет собой статический электромагнитный аппарат с двумя (или больше) обмотками, предназначенный чаще всего для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Преобразование энергии в трансформаторе осуществляется переменным магнитным полем. Трансформаторы широко применяются при передаче электрической энергии на большие расстояния, распределении ее между приемниками, а также в различных выпрямительных, усилительных, сигнализационных и других устройствах.
Работа трансформатора основана на двух базовых принципах: изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм) и изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция)
На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному потоку.
В некоторых трансформаторах, работающих на высоких или сверхвысоких частотах, магнитопровод может отсутствовать.
Основными частями конструкции трансформатора являются:
Магнитопровод;
обмотки;
каркас для обмоток;
изоляция;
система охлаждения.
Виды трансформаторов:
Силовой трансформатор — трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии. Слово "силовой" отражает работу данного вида трансформаторов с большими мощностями. Необходимость применения силовых трансформаторов обусловлена различной величиной рабочих напряжений ЛЭП (35-750 кВ), городских электросетей (как правило 6,10 кВ), напряжения, подаваемого конечным потребителям (0,4 кВ, они же 380/220 В) и напряжения, требуемого для работы электромашин и электроприборов (самые различные от единиц вольт до сотен киловольт).
Автотрансформатор — вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения. Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно. Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. Применение автотрансформаторов экономически оправдано вместо обычных трансформаторов для соединения эффективно заземленных сетей с напряжением 110 кВ и выше при коэффициентах трансформации не более 3-4.Существенным достоинством является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге — меньшая стоимость.
Измерительным трансформатором тока называют трансформатор, предназначенный для преобразования тока до значения, удобного для измерения, и выполненный так, что вторичный ток, увеличенный в К-ном, раз, соответствует с требуемой точностью первичному току как по модулю, так и по фазе. Множитель К-ном представляет собой номинальный коэффициент трансформации трансформатора тока.
Применение трансформаторов тока обеспечивает безопасность при работе с измерительными приборами и реле, поскольку цепи высшего и низшего напряжений разделены; позволяет унифицировать конструкции измерительных приборов для номинального вторичного тока 5 А (реже 1 или 2,5 А), что упрощает их производство и снижает стоимость.
Первичную обмотку трансформатора тока включают последовательно в цепь измеряемого тока. Она имеет небольшое число витков (вплоть до одного витка) и выполняется из проводника относительно большого сечения. Вторичная обмотка рассчитана на значительно меньший ток и соответственно имеет большее число витков. Токовые катушки измерительных приборов или реле подключают к вторичной обмотке трансформатора тока последовательно. Поскольку сопротивление трансформатора тока вместе с присоединенными к нему приборами ничтожно мало, оно никак не влияет на значение первичного тока.
Измерительным трансформатором напряжения называют трансформатор, предназначенный для преобразования напряжения до значения, удобного для измерения, и выполненный так, что вторичное напряжение трансформатора, увеличенное в К-ном раз, соответствует с требуемой точностью первичному напряжению (при изменении последнего в определенных пределах) как по модулю, так и по фазе. Множитель К-ном представляет собой номинальный коэффициент трансформации трансформатора напряжения.
Применение трансформаторов напряжения обеспечивает безопасность для людей, соприкасающихся с измерительными приборами и реле, поскольку цепи высшего и низшего напряжения разделены, позволяет унифицировать конструкции измерительных приборов, обмоток реле для номинального напряжения 100 В, что упрощает производство снижает стоимость.
Импульсный трансформатор — это трансформатор, предназначенный для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков микросекунд с минимальным искажением формы импульса. Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (максимально крутой фронт и срез, относительно постоянная амплитуда). Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью. В большинстве случаев основное требование, предъявляемое к ИТ заключается в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ напряжения той или иной формы на выходе желательно получить импульс напряжения той же самой формы, но, быть может, иной амплитуды или другой полярности.
Разделительный трансформатор — трансформатор, первичная обмотка которого электрически не связана со вторичными обмотками. Силовые разделительные трансформаторы предназначены для повышения безопасности электросетей, при случайных одновременных прикасаниях к земле и токоведущим частям или нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции. Сигнальные разделительные трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку электрических цепей.