Трансформаторные электрические подстанции: какие бывают основные типы, сфера применения

Виды трансформаторных подстанций

Целям приема, преобразования и распределения электроэнергии служат трансформаторные подстанции. Конкретно распределительные подстанции служат только для приема и распределения электроэнергии, но без преобразования.

В зависимости от того, насколько велико удаление потребителя от источника питания, а также в зависимости от количества потребляемой мощности, в системах электрификации применяются подстанции следующих четырех основных видов:

Узловая распределительная подстанция;

Главная понизительная подстанция;

Подстанция глубокого ввода;

Узловая распределительная подстанция , сокращенно УРП – это такая центральная подстанция, на которую от энергосистемы подается электроэнергия при напряжении от 110 до 220 кВ, и где она распределяется, с частичной трансформацией или вообще без трансформации, по подстанциям глубокого ввода при напряжениях от 35 до 220 кВ, расположенным на территории промышленного предприятия.

Чаще всего узловые распределительные подстанции находятся в ведении организации, осуществляющей электроснабжение, поэтому и размещаются эти подстанции вне предприятия, но вблизи него.

Когда УРП определенно предназначена для питания нескольких подстанций глубокого ввода, на одном предприятии, то рассматривают возможность размещения УРП на территории этого предприятия, и тогда эксплуатация подстанции ложится на плечи персонала предприятия.

Главная понизительная подстанция, сокращенно ГПП , – это подстанция рассчитанная на входное напряжение от 35 до 220 кВ, которая получает питание напрямую от районной энергетической системы, и распределяет электрическую энергию по предприятию, но уже при сильно пониженном напряжении.

ГПП считается одним источником, если питается по одной двухцепной линии, и двумя источниками, если питается по двум одноцепным линиям ( на разных опорах) или по двум кабельным линиям, проложенным по разным трассам. ТЭЦ можно принять за несколько источников питания, если при выходе из строя генератора или при аварии на секции остальные секции ( генераторы) продолжают работать.

Подстанция глубокого ввода, сокращенно ПГВ , – это подстанция, на которую подается напряжение от 35 до 220 кВ, обычно она выполнена с применением упрощенных схем коммутации на стороне первичного напряжения, и получает питание или от энергетической системы напрямую, или от центрального распределительного пункта на самом предприятии.

Предназначение ПГВ — питание группы установок конкретного предприятия или какого-то отдельного объекта на этом предприятии. Схемами с глубоким вводом называют схемы электроснабжения с подстанциями глубокого ввода.

Подстанции глубоких вводов располагаются вблизи наиболее крупных энергоемких производств и корпусов с концентрированной нагрузкой, например: прокатные и электросталеплавильные цехи; сталепроволочные и крепежно-калибровочные блоки метизных заводов; обогатительные фабрики и ряд других производств.

Трансформаторный пункт, сокращенно ТП , – это подстанция с первичным напряжением, равным 35 кВ, 10 кВ или 6 кВ, которая питает напряжением 230 и 400 В непосредственно приемники электроэнергии. Иначе эти подстанции, в электрических сетях промышленных объектов, именуют цеховыми подстанциями.

Трансформаторные пункты часто выполняют сегодня из комплектных трансформаторных подстанций. Число трансформаторов может здесь варьироваться. Когда питаются потребители 3 категории, то, как правило, устанавливается один трансформатор. Когда в районе сконцентрирована значительная мощность нагрузки на 380 / 220 вольт, или когда питаются потребители 2 и 1 категорий, то трансформаторов ставится два.

Способы присоединения трансформаторных подстанций к питающим линиям различны, и подразделяются подстанции по этому признаку на:

Тупиковые трансформаторные подстанции;

Проходные трансформаторные подстанции;

Ответвительные трансформаторные подстанции.

На тупиковую подстанцию питание подается отдельной линией. Для питания тупиковых подстанций используются радиальные схемы питания, либо такая подстанция является последней в магистральной схеме с питанием односторонним.

Для проходных подстанций характерно включение в рассечку (в проход) магистральной линии питания, когда имеют место как вход, так и выход линии. Ответвительные подстанции подключаются через ответвления от питающих линий.

Трансформаторные подстанции бывают сборными или комплектными. Комплектные трансформаторные подстанции, сокращенно КТП , состоят полностью из комплектных узлов. Их изготавливают на заводах, затем доставляют этими узлами на место установки, то есть демонтаж оборудования здесь не требуется. На месте уже блоки, узлы и присоединения монтируют, подключают к питающим сетям.

КТП широко применяются на производственных предприятиях, где их устанавливают внутри или снаружи (КТПН). Сборные подстанции изготавливают на заводах отдельными элементами, затем на месте элементы собирают и монтируют.

Любая трансформаторная подстанция включает в себя три главных блока:

Распределительное устройство низшего напряжения;

Распределительное устройство высшего напряжения.

Зачастую для приема электроэнергии служат распределительные устройства высокого напряжения (РУВН) , которые подают ее к трансформаторам. В некоторых случаях РУВН выполняют функции как приема, так и распределения электрической энергии. Распределительные же устройства низкого напряжения (РУНН) всегда и везде осуществляют только прием и распределение электроэнергии.

Являясь одним из главных составляющих звеньев в системе электрификации любого крупного производственного предприятия, трансформаторная подстанция требует особо тщательного подхода к формированию наиболее рациональным способом схемы распределения электроэнергии.

Место установки подстанции подбирается так, чтобы распределительная и трансформаторная подстанции всех необходимых параметров были бы расположены как можно ближе к центру обеспечиваемых ими групп нагрузок. Если от этой стратегии отступить, то возрастут потери, увеличится расход кабелей, проводов и т. д.

Подстанции классифицируются по месту их базирования на территории того или иного объекта на четыре типа:

Отдельно стоящие подстанции, располагающиеся на каком-то расстоянии от зданий;

Пристроенные подстанции, примыкающие непосредственно к стенам снаружи здания;

Встроенные подстанции, располагающиеся в специализированных отдельных помещениях внутри строения или примыкающие изнутри сооружения к его стенам;

Внутрицеховые подстанции, находящиеся внутри цехов, то есть электрооборудование размещается непосредственно в рабочем помещении, либо в закрытом помещении с выкаткой оборудования подстанции в цеха.

Промышленные сети с напряжением от 6 кВ до 10 кВ, с целью их сближения с электроприемниками, рекомендуется оснащать внутренними, интегрированными в здания или пристроенными к ним подстанциями.

Для очень крупных многопролетных цехов значительной ширины наиболее подходящими являются внутрицеховые трансформаторные подстанции, к примеру для производств, связанных с деревообработкой, с металлообработкой, и для иных производств, для установки в котельных, в насосных, в компрессорных станциях.

Монтаж таких подстанций осуществляют чаще всего возле колонн или возле закрытых помещений внутри цеха, за пределами зоны работы кранов. Эти подстанции подходят только для зданий второй и первой степени по огнестойкости, с производствами категорий Д и Г в соответствии с противопожарными нормами.

Количество силовых масляных трансформаторов, установленных во внутрицеховых подстанциях не должно превышать трех штук. Это ограничение не касается сухих трансформаторов или трансформаторов заполненных негорючей жидкостью. Трансформаторы внутрицеховых подстанций можно выкатывать из цеха, тогда естественной вентиляции будет достаточно.

Если применение внутрицеховых подстанций недопустимо, например из-за обычного загрязнения воздуха рабочей зоны, или по причине нахождения потребителей за пределами цеха, тогда лучше подойдут пристроенные трансформаторные подстанции.

Встроенные и пристроенные ТП как правило располагают вдоль длинной стороны цеха, ближней к источнику питания, либо в небольших цехах — в чередующемся порядке вдоль двух стен цеха.

Что касается отдельно стоящих подстанций, то они сооружаются на территории предприятия, но на заданном расстоянии от цехов, поскольку предназначены для электрификации одного или нескольких цехов. Такие ТП применяют, как правило, в случае невозможности установки пристроенных или внутренних подстанций по условиям рабочего процесса или по архитектурным соображениям.

Отдельно стоящие ТП подходят для предприятий малой мощности, где они питают несколько маломощных цехов, разбросанных по всему предприятию.

Иногда удобно разместить щит низкого напряжения в цеху, а сам трансформатор — снаружи здания. Так цеховая подстанция занимает по площади меньше места в цеху, чем встроенная.

Относительно компоновки подстанции важно помнить, что она обязательно соотносится с генеральным планом объекта электроснабжения. Нужно непременно учесть СНиПы и размеры элементов зданий. Главные критерии при этом следующие:

Безопасность обслуживания оборудования в штатном режиме работы установки;

Удобство наблюдения за индикаторами положения разъединителей и выключателей, а также за уровнем трансформаторного масла в соответствующих аппаратах;

Надлежащая степень обнаружения повреждений в случае нарушения штатных условий функционирования установки при дуговом коротком замыкании;

Безопасность осмотра и ремонта как любого аппарата так и любой цепи при снятом напряжении, без помех для соседних цепей, пребывающих под напряжением;

Достаточная механическая стойкость опорных конструкций оборудования;

Удобство транспортировки оборудования;

По возможности максимальная экономия площади.

Виды и типы трансформаторных подстанций

Существующие типы подстанций (ТП) позволяют выбрать наиболее близкий по своим параметрам вариант в соответствии с условиями эксплуатации подобного оборудования. От этого будет зависеть уровень сложности обслуживания, что в первую очередь выливается в стоимость таких работ.

Более подробно о ТП

Главная функция техники этого вида заключается в приеме и преобразовании напряжения, при этом в зависимости от нужд потребителя оборудование обеспечивает либо повышение, либо понижение значения данного параметра. Именно с такой целью разработаны самые разные типы трансформаторных распределительных подстанций, каждый из которых отличается по ряду технических характеристик.

Смотрим видео, сфера применения наиболее распространенных подстанций:

В качестве основных узлов выступают: силовой трансформатор (один или несколько, в зависимости от исполнения), распределительное устройство, узел автоматики, обеспечивающий управление техникой, а также его защиту. Помимо этого в конструкцию входят и другие, вспомогательные аппараты. Что касается целевого назначения, то типовой проект трансформаторной распределительной подстанции является обязательным этапом разработки системы электроснабжения любых масштабов, будь то нужды крупного города, небольшого населенного пункта, микрорайона или отдельно взятого предприятия, а также просто обеспечение электричеством одного или нескольких цехов.

Обзор существующих типов

Подразделяется оборудование данного вида на следующие группы:

В первом случае речь идет о технике, задача которой заключается в преобразовании (повышении) входного напряжения тока, поступающего от генераторов. Это делается с целью организации транспортировки тока по линиям электропередач. А вот распределительная понижающая трансформаторная подстанция выполняет обратную функцию, которая заключается в понижении (как видно из названия) напряжения тока, идущего с ЛЭП к потребителю.

Как раз последний из названных вариантов может встречаться в нескольких исполнениях:

• Районные ТП.
• Главные.
• Местные или другое их название – цеховые.

В результате данного типа оборудование проходит три стадии понижения напряжения тока.

Сначала районные установки пропускают через себя электроэнергию, полученную с ЛЭП, и передают на главные ТП. Последние из названных исполнений ответственны за существенное понижение значения электрических параметров до меньшего уровня (от 6 до 35 кВт в зависимости от исполнения). После этого электроэнергия уходит на местные (цеховые) станции, где происходят последние преобразования и потребитель получает сетевое напряжение нужного значения (230 В или выше).

Сборка данного типа оборудования ведется на заводах с разными производственными мощностями, в результате поставляться ТП может в собранном или разобранном виде. Если требуется сборка готовых узлов, то подобные исполнения называются комплектными установками. Примером такой техники служит трансформаторная подстанция киоскового типа. Оборудование данного типа внешне представляет собой металлический закрытый короб, предназначенный для наружной установки. Кроме этого исполнения комплектные подстанции представлены мачтовым вариантом, а также для внутренней установки.

Классификация по значению

Помимо конструктивных и функциональных особенностей оборудование данного вида подразделяется на группы по роду целевого использования:

• Глубокого ввода;
• Главные понизительные;
• Трансформаторные подстанции, еще обозначаются как городские или цеховые, что зависит от задач, для решения которых используется такая подстанция;
• Тяговые.

Последние варианты из названных – это виды трансформаторных подстанций, которые используются для удовлетворения потребностей электротранспорта. Установки глубокого ввода характеризуются напряжением в пределах 35-220 кВт, конструктивно они ориентированы на простейшие схемы подключения, обычно на стороне первичного напряжения.

Обзор популярных заводов-изготовителей

Среди отечественных производителей немало тех, кто предлагает оборудование достойного качества и степени надежности. Среди лидеров: «Электронмаш», «ЭлтКом», «ТМК-ЭНЕРГО», «Вертекс», «Уралэлектротехника». Можно быть уверенным в том, что распределительная трансформаторная подстанция этих заводов будет функционировать исправно на протяжении отведенного ей срока, потому как современная производственная база отличается высоким техническим уровнем.

Смотрим видео, продукция компании «Завод Энергия»:

Пользователям продукция этих и многих заводов-изготовителей известна по выставке «Электро», где обычно представляется оборудование, которое изготавливалось с использованием передовых технологий и материалов. В числе выпускаемой продукции можно выбрать наиболее подходящий вариант: повышающие или понижающие разновариантные подстанции. Причем для снижения уровня сложности, а соответственно, и стоимости обслуживания чаще используются типовые установки.

Общие рекомендации по расположению и монтажу

Распределительная трансформаторная подстанция подбирается в соответствии с величиной объекта, который будет обслуживаться выбранным исполнением, а значит, и с уровнем нагрузки. Разбирая всевозможные виды подобной техники, можно отметить, что главные понижающие установки рекомендуется располагать как можно ближе к участку с наивысшим уровнем нагрузки.

А вот такие исполнения, как цеховые подстанции, желательно устанавливать ближе к питаемому объекту или потребителям. В сравнении с готовым оборудованием данного вида предпочтительным является все же установка комплектных подстанций, что позволит выполнить монтаж по проекту, менее зависимому от основной строительной части. Их расположение целесообразно в непосредственной близости к участку наибольшей нагрузки электросети. Такое решение обусловлено значительным снижением потерь электроэнергии при подаче потребителю.

Для защиты в случае монтажа рядом с взрывоопасными объектами ТП должны монтироваться на удалении в пределах от 0,8 до 100 м. Это расстояние определяется пределом опасности взрыва объекта, а также конструктивными особенностями самой подстанции, например, типом установки масляных трансформаторов (открытая или закрытая). Для электроснабжения крупных промышленных предприятий предпочтительна установка ТП встроенного типа.

Смотрим видео, монтажные работы:

Перед началом монтажа такого оборудования, как распределительные трансформаторные подстанции, особое внимание уделяется проверке осей, разметке основания под крепление опорных швеллеров РУ, салазок трансформатора. Распределительное устройство устанавливается на место посредством инвентарных строп или катков, в зависимости от того, присутствуют ли скобы для крепления. Если конструкцией ТП предусмотрено несколько блоков, то их монтаж выполняется поэтапно, а установочные швеллеры свариваются между собой. Шины заземления в таких подстанциях монтируются в последнюю очередь, так как предполагается их соединение с опорными швеллерами. Связь РУ и трансформатора обеспечивается посредством гибкой перемычки.

Таким образом, подобное оборудование играет ключевую роль при организации энергоснабжения объектов разных масштабов и целевого назначения. Во время выбора учитывается уровень нагрузки, который определяется значением мощности. В зависимости от того, какие задачи планируется решать с помощью техники данного рода, подбирается исполнение понижающего или повышающего типа. Для обслуживания потребителя используется первый из названных вариантов, тогда как второй применяется, если требуется повысить значение напряжения тока, продуцируемого генератором с целью дальнейшей передачи на ЛЭП.

Что такое трансформаторная подстанция и как она работает?

Электроэнергия используется во всех сферах современной жизни, где используется для выполнения таких функций как:

• выполнения механической работы (различные электродвигатели);
• освещение с помощью светильников на основе ламп накаливания, электролюминесцентных, светодиодных источников;
• обогрева электрическими нагревателями.

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:

• обеспечивает безопасность текущей эксплуатации в штатных/нештатных режимах (ограничители напряжения, разрядники);
• позволяет управлять подстанцией, контролировать ее текущие параметры (элементы телемеханики, исполнительные устройства, разъединители, приборы учета);
• обеспечивает распределение электрической энергии по потребителям.

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

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

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:

• обеспечивают балансировку нагрузки при параллельном включении;
• могут подавать на контактные провода как постоянный, так и переменный токи.

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:

• ежемесячные повторные инструктажи;
• ежеквартальные противоаварийные тренировки;
• противопожарные тренировки (дважды в год);
• ежегодные проверки профессиональных знаний;
• медосмотры (раз в два года).

Работы любого вида могут:

• производиться исключительно в спецодежде и обуви, в каске, с монтерским поясом (при необходимости);
• осуществляться только исправным инструментом, качество изоляции которого проходит периодическую поверку.

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.

Типы трансформаторных подстанций: основные виды и классификация

Бывают разные типы трансформаторных подстанций. Они предназначены для приема, преобразования и распределения электрической энергии. Мощность и уровень напряжения такого устройства определяется схемой и конфигурацией электрической сети, а также характером и нагрузками существующих потребителей электроэнергии.

Можно выделить следующие типы трансформаторных подстанций:

• тяговые;
• преобразовательные;
• транзитные;
• промежуточные;
• ответвительные;
• тупиковые.

Транзитные трансформаторные подстанции используются с целью как питания потребителей, так и для передачи потоков мощности в смежные сети. Преобразовательные подстанции обеспечивают передачу и прием электрической мощности на постоянном токе, а тяговые – питание электротяговых сетей.

Чтобы электроснабжение потребителей было бесперебойным, особое внимание необходимо уделить выбору схемы первичных электрических соединений подстанции. Желательно иметь схему, с как можно меньшим количеством оборудования и возможностью простого, удобного и безопасного осуществления оперативных переключений.

Подобная необходимость возникает при выводе оборудования в ремонт, проведении испытаний, ликвидации аварий, а также в нормальных режимах работы. Схемы электрических соединений меняются за счет коммутационных аппаратов. В установках, напряжение которых превышает 1000 В, данную функцию выполняют выключатели, отделители и разъединители, а в установках напряжением до 100 В – рубильники, контакторы, магнитные пускатели и автоматические выключатели.

Выделяют первичные и вторичные схемы электрических соединений энергетических объектов. К первичным принадлежат цепи, обеспечивающие передачу электроэнергии по воздушным или кабельным линиям от источников выработки к трансформаторам и далее к приемникам. Вторичными называют цепи постоянного и переменного тока, предназначенные для питания аппаратуры автоматики, управления, защиты, блокировки, сигнализации, измерительных приборов и т.п.

Виды трансформаторных подстанций

Существуют разные виды трансформаторных подстанций. Вообще трансформаторной подстанцией принято называть специальную установку, основной задачей которой является преобразование (повышение или понижение) напряжения в электросетях и распределение электроэнергии. Обычно в состав трансформаторной подстанции входят:

• распределительное устройство;
• силовые трансформаторы;
• устройства автоматики и релейной защиты;
• вспомогательные сооружения.

Классификация трансформаторных подстанций

Существует сразу несколько классификаций трансформаторных подстанций, что обусловлено разнообразием классификационных признаков. Так, в зависимости от особенностей преобразования напряжения трансформаторные подстанции делятся на понижающие и повышающие. Понижающая подстанция обеспечивает преобразование первичного напряжения электрической сети во вторичное, которое будет уже существенно меньшим. Подстанции второго типа обычно размещаются непосредственно при электрических станциях и необходимы для преобразования напряжения генераторов в более высокое напряжение.

Место размещения позволяет выделить местные и районные трансформаторные подстанции. Сначала электрическая энергия принимается от высоковольтных линий и дальше передается на районные трансформаторные подстанции. После понижения напряжения до величины 35 кВ (а в некоторых случаях до 6-10 кВ) электроэнергия поступает на местные подстанции. Последние необходимы для понижения напряжения до 690, 400 или 230 В. И только потом следует распределение электрической энергии между потребителями.

Комплектные трансформаторные полстанции (КТП) – это разновидность трансформаторных подстанций, которая изготавливается на заводе и может быть доставлена на место эксплуатации или в собранном, или в разобранном состоянии. Во втором случае осуществляется сбор основных блоков оборудования. В свою очередь, КТП могут быть однотрансформаторными и двухтрансформаторными. Применение двух трансформаторов необходимо для улучшения эффективности электроснабжения объектов коммунальной собственности и населенных пунктов.

КТП могут изготавливаться в двух исполнениях: мачтовом и для внутренней установки. В первом случае трансформаторная подстанция используется преимущественно для энергоснабжения небольших промышленных объектов, объектов сельского хозяйства и др. Во втором – для обеспечения электроэнергией промышленных, коммунальных и нефтеперерабатывающих объектов.

Оборудование для обслуживания и ремонта силовых трансформаторов

Компания GlobeCore предлагает широкий выбор оборудования, предназначенного для обслуживания и ремонта одной из важнейших частей подстанции – силовых трансформаторов. В частности, речь идет об:

• установке вакуумирования и подсушки твердой изоляции силовых трансформаторов «Иней»;
• установке доливки высоковольтных вводов УВД-4;
• установке осушки воздуха «Суховей»;
• блока вакуумного БВ (обеспечивает откачку воздуха, паров и парогазовых сред из герметичных вакуумных систем);
• установке фильтрации трансформаторного масла ЦФУ;
• установке регенерации трансформаторного масла СММ-МР и др.

Применение перечисленного оборудования позволяет повысить надежность процессов передачи и распределения электроэнергии, а также продлить срок службы трансформаторного оборудования.

Виды трансформаторов. Где и для чего применяются?

Здравствуйте, дорогие друзья! Сегодня поговорим про виды трансформаторов, рассмотрим их общее устройство и принцип работы, узнаем где применяются. И так…

В энергетике и электротехнике постоянно требуется преобразование тока из одного состояния в другое. В этих процессах активно участвуют различные виды трансформаторов, представляющие собой электромагнитные статические устройства, без каких-либо подвижных частей. В основе их действия лежит электромагнитная индукция, посредством которой переменный ток одного напряжения преобразуется в переменный ток другого напряжения. При этом частота остается неизменной, а потери мощности совсем незначительные.

Общее устройство и принцип работы

Каждый трансформатор оборудуется двумя или более обмотками, индуктивно связанными между собой. Они могут быть проволочными или ленточными, покрытыми изоляционным слоем. Обмотки наматываются на сердечник, он же магнитопровод, выполненный из мягких ферромагнитных материалов. При наличии одной обмотки, такое устройство называется автотрансформатором.

Принцип действия трансформатора довольно простой и понятный. На первичную обмотку устройства подается переменное напряжение, что приводит к течению в ней переменного тока. Этот переменный ток, в свою очередь, вызывает создание в магнитопроводе переменного магнитного потока. Под его воздействием в первичной и вторичной обмотках происходит наведение переменной электродвижущей силы (ЭДС). Когда вторичная обмотка замыкается на нагрузку, по ней также начинает течь переменный ток. Этот ток во вторичной системе отличается собственными параметрами. У него индивидуальные показатели тока и напряжения, количество фаз, частота и форма кривой напряжения.

В конструкцию простейшего силового трансформатора входит магнитопровод, изготавливаемый из ферромагнитных материалов, преимущественно из листовой электротехнической стали. На стержнях магнитопровода – сердечника располагаются первичная и вторичная обмотки. Первичная обмотка соединяется с источником переменного тока, а вторичная подключается к потребителю.

Типы трансформаторов

В соответствии со своими параметрами и характеристиками, все виды трансформаторов разделяются:

• По количеству фаз могут быть одно- или трехфазными
• В соответствии с числом обмоток, трансформаторы бывают двух- или трехобмоточными, а также двух- или трехобмоточными с расщепленной обмоткой
• По типу изоляции – сухие (С) и масляные (М) или с негорючим заполнением (Н)
• По видам охлаждения – с естественным масляным охлаждением (М), с масляным охлаждением и воздушным дутьем (Д), принудительная циркуляция масляного охлаждения (Ц), сухие трансформаторы с воздушным охлаждением (С). Кроме того, существуют устройства без расширителей, для защиты которых используется азотная подушка.

Виды трансформаторов

Среди многообразных трансформаторных устройств чаще всего встречаются трансформаторы:

Силовые трансформаторы

Термином «силовой» определяют назначение, связанное с преобразованием высоких мощностей. Вызвано это тем, что большинство бытовых и производственных потребителей электрических сетей нуждаются в питании напряжением 380/220 вольт. Однако доставка его на большие расстояния связана с огромными потерями энергии, которые снижаются за счет использования высоковольтных линий.

Воздушные ЛЭП высокого напряжения соединяют в единую сеть подстанции с силовыми трансформаторами соответствующего класса.

Силовой трансформатор 110 кВ

А по другим линиям напряжение 6 или 10 кВ подводится к силовым трансформаторам, обеспечивающих питанием 380/220 вольт жилые комплексы и производственные предприятия.

Силовой мачтовый трансформатор 10 на 0,4 кВ

Измерительные трансформаторы

В этом классе работают два вида устройств, обеспечивающих в целях измерения параметров сети преобразования:

Измерительные трансформаторы создаются с высоким классом точности. Во время эксплуатации их метрологические характеристики периодически подвергают поверке на правильность измерения как величин, так и углов отклонения векторов тока и напряжения.

Трансформаторы тока

Главная особенность их устройства заключается в том, что они постоянно эксплуатируются в режиме короткого замыкания. У них вторичная обмотка полностью закорочена на маленькое сопротивление, а остальная конструкция приспособлена для такой работы.

Чтобы исключить аварийный режим входная мощность ограничивается специальным устройством первичной обмотки: в ней создается всего один виток, который не может создать при протекании по нему тока большого падения напряжения на обмотке и, соответственно, передать в магнитопровод высокую мощность.

Этот виток врезается непосредственно в силовую цепь, обеспечивая его последовательное подключение. У отдельных конструкций просто создается сквозное отверстие в сердечнике, через которое пропускают провод с первичным током.

Нагрузку вторичных цепей трансформатора тока, находящегося под напряжением, нельзя разрывать. Все провода и соединительные клеммы по этой причине изготавливаются с повышенной механической прочностью. В противном случае на разорванных концах сразу возникает высоковольтное напряжение, способное повредить вторичные цепи.

Благодаря работе трансформаторов тока создается возможность обеспечения постоянного контроля и анализа нагрузок, протекающих в электрической системе. Особенно это актуально на высоковольтном оборудовании.

Измерительные трансформаторы тока 110 кВ

Номинальные значения вторичных токов измерительных трансформаторов энергетики принимают в 5 ампер для оборудования до 110 кВ включительно и 1 А — выше.

Широкое применение трансформаторы тока нашли в измерительных приборах. За счет использования конструкции раздвижного магнитопровода удается быстро выполнять различные замеры без разрыва электрической цепи, что необходимо делать при использовании обычных амперметров.

Токовые клещи с раздвижным магнитопроводом трансформатора тока позволяют обхватить любой проводник с напряжением и замерить величину и угол вектора тока.

Трансформаторы напряжения

Отличительная особенность этих конструкций заключается в том, что они работают в режиме, близком к состоянию холостого хода, когда величина их выходной нагрузки невысокая. Они подключается к той системе напряжений, величина которой будет измеряться.

Измерительный трансформатор напряжения 110 кВ

Измерительные трансформаторы напряжения обеспечивают гальваническую развязку оборудования первичных и вторичных цепей, работают в каждой фазе высоковольтного оборудования.

Из них создают целые комплексы систем измерения, позволяющие фильтровать и выделять различные составляющие векторов напряжения, учет которых необходим для точной работы защит, блокировок, систем сигнализации.

За счет работы трансформаторов тока и напряжения снимают вектора вторичных величин, пропорциональные первичным в реальном масштабе времени. Это позволяет не только создавать цепи измерения и защит по току и напряжению, но и за счет математических преобразований векторов анализировать состояние мощностей и сопротивлений в действующей электрической системе.

Специальные виды трансформаторов

К этой группе относят:

• разделительные
• согласующие
• высокочастотные
• сварочные и другого типа трансформаторные устройства, созданные для выполнения специальных электрических задач

Разделительные трансформаторы

Размещение двух обмоток совершенно одинаковой конструкции на общем магнитопроводе позволяет из 220 вольт 50 герц на входе получать такое же напряжение на выходе.

Напрашивается вопрос: зачем делать такое преобразование? Ответ прост: в целях обеспечения электрической безопасности.

Разделительный трансформатор с системой контроля изоляции, тока нагрузки, температуры трансформатора

При пробое изоляционного слоя провода первичной схемы, на корпусе прибора появляется опасный потенциал, который по случайно сформированной цепи через землю способен поразить человека электрическим током, нанести ему электротравму.

Гальваническое разделение схемы позволяет оптимально использовать питание электрооборудования и в то же время исключает получение травм при пробоях изоляции вторичной схемы на корпус.

Поэтому разделительные трансформаторы широко используются там, где проведение работ с электроинструментом требует принятия дополнительных мер безопасности. Также они широко используются в медицинском оборудовании, допускающем непосредственный контакт с телом человека.

Высокочастотные трансформаторы

Отличаются от обычных материалом магнитопровода, который способен, в отличие от обычного трансформаторного железа, хорошо, без искажений передавать высокочастотные сигналы.

Используется в электротермии, в частности при индукционном нагреве в электротермических установках для высокочастотной сварки металлов, плавки, пайки, закалки и т.д.

Согласующие трансформаторы

Основное назначение — согласование сопротивлений разных частей в электронных схемах. Согласующие трансформаторы нашли широкое применение в антенных устройствах и конструкциях усилителей на электронных лампах звуковых частот.

Сварочные трансформаторы

Первичная обмотка создается с большим число витков, позволяющих нормально обрабатывать электрическую энергию с входным напряжением 220 или 380 вольт. Во вторичной обмотке число витков значительно меньше, а ток протекающий по ним высокий. Он может достигать тысяч ампер.

Поэтому толщина провода этой цепи выбирается повышенного поперечного сечения. Для управления сварочным током существует много различных способов.

Сварочные трансформаторы массово работают в промышленных установках и пользуются популярностью у любителей изготавливать различные самоделки своими руками.

Рассмотренные виды трансформаторов являются наиболее распространёнными. В электрических схемах работают и другие подобные устройства, выполняющие специальные задачи технологических процессов.

Трансформаторные подстанции

Трансформаторная подстанция представляет собой такой вид электроустановки, который необходим для получения напряжения, а также для повышения или же его понижения в сети переменного тока.

Данная подстанция позволяет необходимым образом распределять электроснабжения различных объектов, таких видов как сельский, поселковый, городской и промышленный.

Комплектные трансформаторные подстанции

Комплектная трансформаторная подстанция состоит из совокупности устройств.

Комплектная трансформаторная подстанция включает в себя:

• силовой трансформатор, который, в свою очередь, служит для преобразования одной системы переменного тока в другую с целью обеспечения безопасной электроэнергии;
• электроустановка, служащая для распределения входящей электроэнергии по отдельным цепям, которая называется распределительное устройство;
• чтобы осуществлялась постоянная поддержка частоты тока на необходимом уровне применяется такой вид устройства, как автоматическое управление;
• специальных защитных устройств, которые осуществляют полное поддержание подстанции в необходимых рамках и применяются для силовых линий;
• не менее важную роль имеют вспомогательные сооружения.

Стоит отметить, что в перечень услуг компаний, которые занимаются производством подстанций, входит и обслуживание трансформаторных подстанций.

Типы и виды трансформаторных подстанций

Существуют несколько категорий, которые в полной мере могут охарактеризовать типы трансформаторных подстанций. Чтобы разобраться для чего, собственно, эти виды необходимы и оценить всю их важность, необходимо рассмотреть каждый вид отдельно.

Итак, главной целью понижающих подстанций является преобразование первичного напряжения данной электросети во вторичное, которое является значительно меньше, нежели первое.

Второй тип имеет название – повышающие трансформаторы. Их цель полностью противоположна понижающим. Главная их задача заключается в том, чтобы выработанное напряжение генераторами преобразовать в значительно высшее.

Виды трансформаторных подстанций также условно можно разделить на местные и районные. Главной их задачей является распределение электроэнергии по объектам – потребителям. Чтобы достигнуть конечной цели сначала подстанции принимают электроэнергию, затем осуществляется передача.

Для технически верного решения по распределению электроэнергии существует схема трансформаторной подстанции.

Виды трансформаторных подстанций по значению напряжения

Всего существует четыре основных вида подстанций от значения напряжения, такие как:

• Узловая распределительная подстанция – это подстанция, которая рассчитана на напряжение 110. 220 кВ. Она получает электроэнергию от энергосистемы и распределяет ее по подстанциям глубокого ввода, не осуществляя трансформаций.
• Подстанция глубокого ввода – подстанция для напряжения 35. 220 кВ, которая получает питание от энергосистемы или центрального распределительного пункта. Используется для того, чтобы обеспечить группу подстанций либо крупные предприятия.
• Главные понижательные. Данный вид подстанций осуществляет распределение энергии по всему предприятию и, в свою очередь, подпитывается благодаря энергии всего района, трансформаторные подстанции питают непосредственно приемники полученного напряжения.
• Отдельным видом подстанций можно считать тяговые подстанции. Они используются для того, чтобы обеспечить такие объекты-потребители, как трамваи, троллейбусы и другой транспорт электрической энергией.

Трансформаторные подстанции по типам получения энергии

Если углубляться дальше, то следует уяснить и разобрать, какие же еще существуют подвиды трансформаторных подстанций.

Если говорить о типах получения энергии самой подстанции, то таких имеются два:

• тип понижающего принципа работы. Для последующего распределения по объектам он преобразовывает напряжение в более низкое;
• тип повышающего принципа работы. В свою очередь, данный тип наоборот намного повышает напряжение, чтобы достигнуть необходимого результата.

Трансформаторные подстанции по охвату территории

Охватываемая территория также является влияющим фактором, по которому можно классифицировать тип трансформаторной подстанции.

В таком разрезе можно выделить основные группы трансформаторных подстанций:

1. Локальные. Получают напряжение от одного до нескольких крупных объектов, которые находятся на небольшом расстоянии друг от друга либо непосредственно рядом. Примером может быть развлекательный комплекс и парк.
2. Местные, которые осуществляют преобразование напряжения для набора объектов, находящихся в границах микрорайона.
3. Районные трансформаторные подстанции несут ответственность за обработку (т.е. они могут преобразовывать, распределять) напряжение по всему населенному пункту.

Также абсолютно все подстанции оборудованы средствами защиты от перепадов и скачков при осуществлении подачи электроэнергии. На тот случай, когда подача напряжения прекратится, во множестве локальных систем электроснабжения предусмотрены средства, которые осуществляют автоматический ввод резерва, сокращенно – АВР.

Когда происходит спад либо сбой при подаче напряжения, это устройство подключает резервный источник электропитания. Данная система может визуально выглядеть шкафом, стойкой, панелью и монтирована разными способами. Эти способы можно также выделить в подвиды трансформаторных подстанций.

Например, столь популярная комплектная трансформаторная подстанция бывает различных типов:

1. Столбового типа. Имеют большую популярность ввиду того, что такие подстанции дешевы и монтируются на опору ЛЭП, хотя подвержены внешним факторам из-за слабой защищенности.
2. Мачтовая трансформаторная подстанция – это самая компактная из группы подстанций, в отличие от столбового типа. Мачтовая трансформаторная подстанция монтируется не на опору линии электропередач.
   
3. Подстанции киоскового типа, которые являются подстанциями наружной установки. Главной их задачей является прием электрической энергии, а именно переменного тока трех фаз. Киосковые подстанции являются сборносварочной конструкцией.
   
4. Наружной установки. Такой тип служит для приема энергии, ее преобразования и распределения. В основном применяются в газовой промышленности.
5. Внутренней установки. Зачастую широко применяются в народном хозяйстве в районах, которые обладают умеренным климатом. Необходимо обратить внимание на то, что данный тип подстанций является довольно важным и с ним нужно разобраться более детально.

Закрытый тип подстанций делится на такие виды, как:

1. Пристроенные – это такие подстанции, которые являются примыкающими к основному зданию и никак иначе.
2. Встроенные, еще их называют закрытыми подстанциями. Они являются вписанными в контур самого основного здания.
3. Внутрицеховые. Они соответственно располагаются внутри самого здания.

Корпус подстанции играет значительную роль, ведь производя обслуживание трансформаторных подстанций, важно иметь в виду безопасность и нужно быть уверенным в том, что подстанция не будет повреждена внешними факторами, какого бы типа она ни была. Например, мачтовые трансформаторные подстанциине должны подвергаться вибрациям и ударам.

Особенности установки трансформаторных подстанций в зависимости от их типов

Необходимо знать, как и где правильно располагать подстанции, в том числе и мачтовые трансформаторные подстанции.

От места и способа разделяют несколько категорий присоединения подстанций к электрической цепи, а именно:

• тупиковые подстанции получают энергию от определенной электроустановки по одной или же двум линиям, которые, в свою очередь, параллельны между собой. Тупиковые – это такие подстанции, которые получают питание по радиальным схемам и это является самым главным их отличием;
• ответвительные – это такой тип подстанции, которые присоединяются к проходящим линиям (одной или двум) глухой отпайкой;
• проходные. Главная их цель – это присоединение к сети при помощи захода одной или же двух линий, которые обладают только двусторонним питанием;
• узловые. К данной подстанции подсоединено несколько линий питающей сети, которые проходят от двух или более питающих электрических установок.

Схема трансформаторной подстанции необходима и важна, так как благодаря ей можно избежать множества нелепых ошибок и не допустить серьезных проблем. Следует только правильно ею пользоваться и уметь ее читать, и тогда работа пройдет точно и легко.

При разработке схем профессионалы пытаются максимально ее упростить и сделать более понятной для большой аудитории людей, однако, не смотря на все усилия, иногда допускаются неприятные ошибки, которые могут вести к серьезным сбоям и требуют исправления сразу на месте.

Таким образом, трансформаторные подстанции имеют широкие возможности применения и гибкие характеристики, которые позволяют использовать каждый тип подстанции для определенных объектов, в зависимости от поставленной проектировщиком задачи.

Ведущие заводы трансформаторных подстанций

По своей сути подстанция представляет собой специальную установку, используемую для формирования (повышения или понижения) необходимого напряжения и передачи электроэнергии. Такая установка включает силовые трансформаторы, устройства для передачи электроэнергии, а также автоматического управления и защиты и различные необходимые сооружения.

Практически каждый отечественный завод трансформаторных подстанций располагает технически современной производственной базой.

Наиболее известные производители трансформаторных подстанций, а также комплектующих к ним, которые ежегодно принимают участие в выставке «Электро» – это:

• ЗАО «Электронмаш»;
• ХК «Уралэлектротехника»;
• ЗАО «ЭлтКом»;
• ООО «ТМК–ЭНЕРГО»;
• ООО «Вертекс» и многие другие.

Производимые этими и многими другими предприятиями подстанции делятся на два типа. Повышающий тип подстанций монтируется, как показывает практика, по большей части именно на электростанциях. Такие установки изменяют напряжение, которое обеспечивают генераторы, в более высокое напряжение, подходящее для подачи электроэнергии по линиям электропередачи (ЛЭП).

Понижающие трансформаторные установки моделируют первичное напряжение электрической сети в более низкое, вторичное. Все отечественное оборудование отличается высоким качеством, долгим сроком эксплуатации, высокой надежностью и наличием гарантийного обслуживания.

Российские заводы имеют огромный опыт работы с самыми разными клиентами, их работу отличает применение передовых технологий и различных материалов, что гарантирует удовлетворение всех запросов даже самых требовательных клиентов.

За время работы каждый российский завод трансформаторных подстанций, который принимает участие в выставке «Электро», осваивает постоянно развивающиеся технологии, наладил производство передового оборудования, разработал собственные наработки, которые благодаря таким выставкам перенимают другие предприятия страны.

Стоит отметить, что любой участник выставки — это одновременно мощная производственная площадка, высококлассный конструкторский центр, современная лаборатория и сеть региональных представителей.

Больше о типах трансформаторных подстанций и заводов их производящих можно узнать на выставке «Электро»