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.
Содержание
- Что такое трансформаторная подстанция?
- Устройство
- Принцип работы
- Назначение
- Классификация ТП
- Объекты сетей электроснабжения общего назначения
- Тяговые подстанции электрифицированного наземного транспорта
- Снижение затрат на строительство и эксплуатацию
- Вопросы безопасности
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.
Для регулирования выходного напряжения вторичную обмотку снабжают несколькими отводами.
Назначение
Любая подстанция по отношению к электроэнергии реализует по меньшей мере одну из функций:
- прием;
- преобразование;
- распределение.
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.
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.
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.
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.