ПЛЕТНЕВ Л. Ф., инж. МКС Мосэнерго
В 1920 г. городские электрические сети страны состояли из отдельных участков напряжением 120 В, обеспечивающих в основном освещение зданий и улиц центральной части города. В ряде крупных городов электроэнергия использовалась для нужд промышленности и транспорта (трамваев).
Потребление электроэнергии на душу населения было весьма незначительным. Так, например, в 1917 г. Москва с населением около 2 млн. чел. потребляла всего 195 млн. кВт-ч, или 100 кВт-ч на одного жителя (в настоящее время более 3000 кВт-ч).
Подстанции с трансформаторами мощностью 50—70 кВ-А размещались в подвальных помещениях либо в металлических отдельно стоящих колонках и питались от сети генераторного напряжения 2—6 кВ городских электростанций.
Первоначально на напряжении 120 В применялись трехжильные кабели с джутовой изоляцией и концентрическим расположением жил. Кабели с бумажной изоляцией стали выпускать в 1907 г. Эксплуатацией и ремонтом электросетей занимался персонал специализированных отделов при городских электростанциях.
С принятием плана ГОЭЛРО темпы электрификации быта и промышленности стали быстро нарастать, особенно в городах. Повсеместно электростанции и электрические сети объединялись в энергосистемы, в городах сооружались подстанции 110—220 кВ.
Для питания городских трансформаторных подстанций (ТП) применялось напряжение 6 кВ, а с середины сороковых годов начинает внедряться напряжение 10 кВ. Еще ранее низковольтные сети стали сооружать четырехпроводными с глухозаземленной нейтралью трансформаторов на напряжении 380/ 220 В.
Для повышения надежности электроснабжения потребителей линии 6—10 кВ объединяются в кольцо, а в распределительных пунктах внедряются устройства автоматического включения резервного питания (АВР) и режимы параллельной работы линий с направленными защитами. Кроме того, проводятся эксперименты по созданию замкнутых участков сети низкого напряжения. Меняется организация эксплуатации и ремонта в электросети — возникают самостоятельные предприятия городских электросетей, входящие в состав энергосистемы.
В первые послевоенные годы в связи с ростом нагрузок и недостаточностью средств для сооружения новых сетей с целью повышения пропускной способности имеющихся сетей и снижения потерь электроэнергии стали переводить электрические сети на повышенное напряжение— с 6 на 10 кВ и со 127 на 380/220 В и заменять трансформаторы в ТП агрегатами большей мощности. Если в 1940 г. средняя мощность трансформаторов в ТП составляла 100 кВ-А, то к 1960 г. она возросла до 200 кВ-А (в настоящее время — более 400 кВ • А).
Увеличение электросетевого хозяйства в городах нашей страны за 70 лет можно оценить на примере Москвы, где за этот период протяженность кабельных линий возросла с 2 до 44 тыс. км, установленная трансформаторная мощность — с 92 тыс. кВ-А до 9,5 млн. кВ-А, число центров питания — с 3 до 120 (ТЭЦ и подстанций 110—220/10 кВ).
С начала 60-х годов в городах на месте бывших окраин развернулось массовое жилищное строительство, что потребовало сооружения подстанций 110/10 кВ непосредственно в районах жилой застройки по схемам так называемых «глубоких вводов». Для питания таких подстанций стали применяться маслонаполненные кабельные линии 110 кВ низкого давления. Первая маслонаполненная кабельная линия 110 кВ была включена в Москве в 1942 г. (сооружение ее было начато еще в предвоенные годы).
В настоящее время в крупных городах страны для питания подстанций «глубокого ввода» уже эксплуатируется примерно 1000 км маслонаполненных кабельных линий 110—220 кВ (в трехфазном исполнении, из них более 600 км только в Москве. Наряду с маслонаполненными кабелями низкого давления стали применять кабельные линии 110— 220 кВ высокого давления большей пропускной способности, а в последние годы кабели 110 кВ с полиэтиленовой изоляцией, выпуск которых освоен отечественной промышленностью.
При сооружении электрических сетей 1—10 кВ уже давно и широко применяются бронированные (ААБ) и небронированные (ААШв) кабели с бумажной изоляцией, алюминиевыми жилами и оболочками. Разработанные способы оконцевания и соединения таких кабелей обеспечивают достаточную надежность работы при соблюдении условий и особенностей их прокладки.
Наряду с традиционными свинцовыми соединительными муфтами применяются и эпоксидные. Концевые заделки кабелей, как правило, стали выполнять только эпоксидными с использованием для изоляции жил термоусаживаемых поливинилхлоридных трубок (заделки типа КВЭтв), трубок из найритовой резины (КВЭН), трехслойных трубок (КВЭТ), изготовление которых промышленностью пока еще ограничено и следует увеличивать.
В электрической сети до 1 кВ достаточно широко внедряются кабели с пластмассовой изоляцией. На кабельных заводах намечается выпуск одножильных кабелей 10 кВ с пластмассовой изоляцией и соответствующей гарнитурой для их оконцевания и соединения.
В крупных городах для прокладки пучков кабелей на выходе от центров питания и по основным магистралям сооружаются кабельные туннели и коллекторы с целью совместной прокладки кабелей с другими коммуникациями.
В районах массовой жилой застройки внедряется способ прокладки кабелей во внутриквартальных коллекторах.
Строительство трансформаторных подстанций 6—10/0,4 кВ, как правило, выполняется по типовым проектам из кирпича или железобетонных панелей, а в Москве — из объемных железобетонных блоков с монтажом всего электрооборудования ТП на заводе (кроме силовых трансформаторов).
Изготовленные на заводе блоки ТП (каждый на один трансформатор) доставляются на место и устанавливаются на заранее подготовленный фундамент. Затем к ТП подводятся кабельные линии и монтируются силовые трансформаторы. Такой способ сооружения ТП значительно сокращает сроки строительства.
В настоящее время в связи с повышением этажности жилой застройки и внедрением электроплит наиболее распространенным стал типовой проект ТП на два трансформатора мощностью по 630 кВ-А.
На трансформаторных подстанциях с учетом повышения требований к надежности электроснабжения потребителей стали широко применять устройство АВР на напряжении 6—10 кВ с использованием выключателей нагрузки или на напряжении 0,4 кВ с применением трехполюсных контакторов переменного тока на 600—1000 А.
Следует отметить, что схема автоматики на низком напряжении предпочтительнее, так как в зону резервирования входит силовой трансформатор. Она обладает свойствами самовосстановления и быстродействия, проще в обслуживании. Внедрение устройств автоматики на распределительных подстанциях (РП) и ТП городских электрических сетей потребовало одновременно и установки на диспетчерских пунктах новых средств контроля за работой сети — телесигнализации (ТС) положения выключателей, контроля появления однофазных замыканий на «землю», телеизмерений (ТИ) токов нагрузки кабельных линий. Телеуправление (ТУ) используется крайне редко.
В настоящее время средствами телемеханики оснащаются только распределительные пункты. Применяемые для этого устройства телемеханики, например, ТМ-320 рассчитаны на значительно большее число объектов ТС-ТИ-ТУ, чем это требуется для РП городских электросетей. Отсюда излишняя сложность и повышенная стоимость этих устройств, лишние затраты труда на обслуживание.
В качестве каналов связи, как правило, используются прямые телефонные пары, абонируемые у городской телефонной сети, что также создает трудности при проведении телемеханизации РП в связи с недостаточностью развития телефонных сетей в городах.
Разработка и выпуск малообъемных устройств телемеханики, способных работать по любым каналам связи РП и РДП (прямые телефонные пары, через аппаратуру городских АТС, по силовым кабельным линиям), значительно расширят возможности применения устройств телемеханики в городских электросетях.
В последние годы во многих городах внедряются АСУ в области производственно-хозяйственной и оперативно-диспетчерской (АСДУ) деятельности электросетевых предприятий.
С целью эксплуатации и проведения ремонтных работ в городских электросетях используются передвижные мастерские и лаборатории, которые выполняются самими предприятиями, и их, как правило, недостаточно.
Чтобы повысить производительность труда персонала, ПКБ Энергомаш Минэнерго СССР в настоящее время занимается разработкой передвижных мастерских, испытательных и измерительных установок, специальных механизмов для вскрытия асфальтобетонных покрытий и раскопок при ремонте кабельных линий (всего 15 самоходных установок различного назначения). В тринадцатой пятилетке намечается их выпуск на заводах Минэнерго СССР.
Дальнейший технический прогресс в городских электросетях в первую очередь должен быть направлен на повышение надежности и экономичности работы сетей, что в большей степени зависит от качества и долговечности применяемого в электрических сетях оборудования и кабелей.
В отличие от электроустановок 1—10 кВ промышленных предприятий сетевые сооружения не имеют постоянного персонала и обслуживаются выездными оперативно-ремонтными бригадами. Электрооборудование размещается в неотапливаемых помещениях с высоким уровнем влажности. С учетом этих факторов оно должно иметь повышенную надежность и большой срок службы без проведения частых профилактических ремонтов.
Поскольку все РП и ТП городских электросетей располагаются в непосредственной близости от жилых зданий (или встроены в здания), электрооборудование должно также отвечать требованиям соблюдения норм по уровню шума, а также пожаро- и взрывобезопасности для населения.
Прежде всего необходимо освоить выпуск малошумных трансформаторов с негорючим заполнением мощностью до 630 кВ-А. При этом большое значение имеет и уменьшение габаритных размеров трансформаторов и оборудования для размещения их в жилых зданиях, что позволило бы значительно сократить затраты на сооружение электрических сетей.
Коллективы предприятий городских электрических сетей ищут новые формы организации эксплуатационных и ремонтных работ, повышающие производительность труда на основе экономических стимулов, начинают внедрять внутрихозяйственный расчет и арендные отношения и обретать большую производственную и экономическую самостоятельность.
