Подстанции 6—10 кВ. В целях наибольшего приближения электроприемникам рекомендуется применять внутренние, встроенные в здания или пристроенные к ним трансформаторные подстанции напряжением 6—10 кВ, питающие отдельные цехи (корпуса) или их части. Такое размещение дает экономию в электрической части и имеет преимущества в компактности генплана, так как позволяет сократить расстояния между цехами и уменьшить размеры проездов и подъездов и, следовательно, получить экономию территории и затрат на подземные и надземные технологические, электрические и транспортные внутризаводские коммуникации.
При недопустимости или затруднительности размещения подстанций внутри цеха, а также в цехах небольшой ширины (одно- или двухпролетных, а иногда и трехпролетных), или же при питании части нагрузок, расположенных за пределами цеха, применяются подстанции, встроенные в цех либо пристроенные к нему. Встроенные и пристроенные подстанции обычно располагаются вдоль одной из длинных Сторон цеха, желательно ближайшей к источнику питания, или же при небольшой ширине цеха в шахматном порядке вдоль двух его сторон. Рекомендуются встроенные подстанции, более удобные с точки зрения построения генплана и архитектурного оформления цеха, чем пристроенные.
Рис. 7-16. Встроенная двухтрансформаторная подстанция (КТП), совмещенная с комплектным распределительным устройством (КРУ) и конденсаторной батареей (ККУ).
Распределительные пункты (РП), в том числе крупные, также рекомендуется пристраивать или встраивать в производственные здания и совмещать с ближайшими трансформаторными подстанциями во всех случаях, когда это не вызывает значительного смещения последних от центра их нагрузок.
Если РП служит для приема электроэнергии от энергоснабжающей организации, следует предусматривать выделение камер вводов и транзитных линий с тем, чтобы они были недоступными для обслуживающего электротехнического персонала предприятия. На рис. 7-16 приведен пример встроенной двухтрансформаторной подстанции, совмещенной с распределительным пунктом и конденсаторной батареей, с применением комплектных устройств (КТП, КРУ, ККУ).
Внутренние цеховые подстанции, в которых доступ ко всему электрооборудованию осуществляется из цеха, целесообразны главным образом в многопролетных цехах большой ширины, когда это не мешает размещению технологического оборудования.
При применении упрошенных схем коммутации цеховых подстанций их оборудование состоит из трансформатора с вводом высокого напряжения и КРУ или щита вторичного напряжения.
Допускается открытая установка в цехах КТП в соответствии с § IV-2-1 11-4-IV-2-113 ПУЭ, что облегчает размещение подстанций внутри цехов.
Внутрицеховые подстанции, в том числе и КТП, могут размещаться только в зданиях со степенью огнестойкости I и II и с производствами, отнесенными к категориям Г и Д согласно противопожарным нормам.
В зданиях с производствами категории В внутренние подстанции допускаются лишь по согласованию в каждом отдельном случае с органами Государственного пожарного надзора.
В деревянных зданиях внутрицеховые подстанции размешать нельзя, а в зданиях с деревянными перекрытиями над подстанциями предусматриваются несгораемые зоны, выступающие за контуры подстанции на 2 м в каждую сторону, или же стены подстанции выводятся до перекрытия цеха, которое в пределах подстанции делается несгораемым. Внутрицеховые подстанции наиболее целесообразно размещать в пределах мертвой зоны кранов, тельферов и других подъемно-транспортных механизмов, преимущественно у колонн или около постоянных внутрицеховых помещений с таким расчетом, чтобы не занимать подкрановых площадей. Их следует по возможности удалять от путей внутрицехового транспорта. Если это не удается, то предусматриваются мероприятия для их защиты от случайных повреждений путем устройства отбойных тумб, световой сигнализации и т. п.
Нельзя размещать внутрицеховые КТП в ремонтной эоне мостовых кранов, так как возможно падение во время ремонта на КТП инструментов и других предметов. В случае необходимости можно сдвинуть или удлинить ремонтную зону крана так, чтобы КТП в эту зону не попадала.
Число масляных трансформаторов на внутрицеховых подстанциях не должно быть более трех. Предельная мощность КТП с масляными трансформаторами 2Х Х1600 кВ-А.
На втором этаже допускается размещение подстанций с масляными трансформаторами мощностью не более 1000 кВ-A.
Минимальное расстояние между соседними камерами разных внутрицеховых подстанций, а также между КТП допускается 10 м. Отступления от этих условий нужно согласовывать с органами Государственного пожарного надзора. Эти ограничения не распространяются на трансформаторы сухие или заполненные негорючей жидкостью, а также на масляные трансформаторы печных подстанций, непосредственно связанных с технологическим процессом производства, для которых они предназначены. Мощность трансформаторов на таких подстанциях определяется мощностью печи.
Пример размещения цеховых комплектных подстанций в трехпролетном цехе крупного машиностроительного завода приведен в гл. 3. Если по условиям среды или же по производственным соображениям КТП нельзя установить открыто, предусматриваются стены. Чтобы сэкономить площадь в цехе и расход металла, перед шкафами КРУ низкого напряжения можно делать съемные ограждения без проходов внутри ограждения и расстояние от шкафов до ограждений принимать минимальное (до 200 мм).
Не допускается размещать подстанции под помещениями с мокрым технологическим процессом, а также под душевыми, уборными и т. п. Поэтому при вынужденном размещении подстанций под упомянутыми помещениями необходимо предусматривать дополнительное перекрытие в виде кровли с гидроизоляцией и с отводом стоков за пределы помещения подстанции и другие мероприятия. Подстанции всех видов с масляными трансформаторами нельзя размещать под помещениями, в которых возможно массовое скопление людей (более 50 чел. на период более 1 ч) или над ними. К размещению подстанций в пожароопасных и взрывоопасных помещениях и установках предъявляются специальные требования, изложенные в ПУЭ.
Если по разным причинам нельзя применить внутренние или встроенные цеховые подстанции, нужно рассматривать возможность расположения трансформаторов 6—10 кВ на крышах зданий, на балках, фермах или же применять подземную установку трансформаторов.
При большой плотности нагрузок и равномерном их распределении и при загруженности цеха технологическим оборудованием, а также в цехах с производствам и категории выше Г и Д выделяются специальные пролеты или специальные электротехнические помещения типа широких коридоров, отделенные от производственных помещений и имеющие выход непосредственно наружу. В крупных энергоемких корпусах предприятий применяются специальные
Многоэтажные электротехнические пролеты (рис. 7-17,а) шириной 6—9 м, в которых размешается не только КТП, но все электрооборудование подстанции. Электротехнический пролет может быть встроен в производственный корпус или пристроен к нему. Общая компоновка такого пролета показана на рис. 7-17,6. На верхнем (четвертом) этаже проложены две «нитки» многоамперных симметричных токопроводов 10 кВ, служащих для передачи энергии от основного узла питания (ГПП, УРП, ТЭЦ). На третьем этаже размещены КРУ и реакторы, на втором этаже проложены кабели и предусмотрен проезд. Такая компоновка позволяет приблизить к центру нагрузок и удобно разместить РУ, подстанцию и другое электрооборудование, а также улучшить условия эксплуатации, когда производство характеризуется наличием химически активных, пыльных и пожароопасных сред. Так как КТП размещены на втором этаже, трансформаторы принимаются сухие или с негорючим заполнением.
Отдельно стоящие цеховые подстанции применяются редко, например при питании от одной подстанции нескольких цехов, при невозможности размещения подстанций внутри цехов или у наружных их стен по соображениям производственного или архитектурного характера; при наличии в цехах пожароопасных или взрывоопасных производств.
На рис. 7-18 показана двухрядная компоновка отдельно стоящего распределительного пункта (РП) на напряжении 6—10 кВ, совмещенного с однотрансформаторной КТП и с компактной батареей конденсаторов (ККУ). РП выгодно размещать на границе питаемых ими участков сети, чтобы не было обратных потоков мощности, во избежание перерасхода кабелей, увеличения потерь энергии и капитальных вложений в сеть.
Рис. 7-18. Отдельно стоящий распределительный пункт 6—10 кВ с двухрядным расположением камер, совмещенный с КТП и ККУ.
В ряде случаев целесообразны цеховые подстанции с открытой установкой трансформаторов около наружной стены цеха и с размещением распределительного устройства напряжением до 1000 В внутри обслуживаемого им здания. Такие подстанции применяются на металлообрабатывающих и других предприятиях. Иногда над трансформатором предусматривается навес. Имеются соответствующие исполнения КТП (рис. 7-19). Токопроводы, соединяющие выводы низкого напряжения с комплектным распределительным устройством, заключены в короба из листовой стали. При размещении РУ напряжением до 1000 В на втором этаже предусматриваются дополнительные звенья токопроводов. Такое размещение требует меньше затрат и дает экономию цеховых площадей. Однако в загрязненных зонах требуется специальное уплотнение вводных шкафов высокого напряжения и кожухов для шинных токопроводов низкого напряжения.
К открытой установке трансформаторов около производственных зданий предъявляют строгие противопожарные требования, так как пожар в одном небольшом цеховом трансформаторе может вывести из работы целый производственный корпус, а иногда и технологически связанные с ним другие смежные производства. Такая установка допускается лишь для производств категории Г и Д на расстоянии от стены здания не менее 0,8 м, при соблюдении изложенных в [1-9] и в § 1V-2-69 ПУЭ специальных требований к участкам стен этих зданий, расположенным непосредственно перед трансформатором и в зоне по 1,5 м в каждую сторону от трансформаторов мощностью до 1600 кВ-A и по 2 м от трансформаторов мощностью более 1600 кВ-А.
Транспортировка цеховых трансформаторов должна предусматриваться по возможности с помощью заводских кранов или других цеховых транспортных приспособлений, а при размещении подстанций на верхних этажах или крыше цехов должны предусматриваться соответствующие подъемные средства. При выдаче заданий на проектирование строительной части помещений, в которых устанавливаются подстанции, указываются нагрузки от наиболее тяжелых частей электрооборудования (например, трансформаторов) и места приложения этих нагрузок. Намечаются также зоны передвижения этого электрооборудования в пределах производственного здания во время монтажа и эксплуа тации для того, чтобы строительная часть в этих зонах была рассчитана соответствующим образом или же были рекомендованы временные мероприятия по усилению перекрытий здания на период передвижения электрооборудования.
Рис. 7-19. Двухтрансформаторная КТП с наружной установкой трансформаторов.
1 — трансформатор; 2 — шкафы распределительного устройства напряжением до 1000 В; 3 — шкаф ввода выше 1000 В; 4 — шинопроводы.
Подстанции 35—220 кВ. Подстанции глубоких вводов, как правило, размещаются рядом с обслуживаемыми ими производственными корпусами или машинными залами, а их распределительные устройства вторичного напряжения 6—10 кВ рекомендуется встраивать в эти помещения, соединяя их с трансформаторами голыми шинами, которые при загрязненной среде заключаются в металлические кожухи. При невозможности встройки ЗРУ 6—10 кВ рекомендуется двухэтажная компоновка ПГВ с размещением ЗРУ 6—10 кВ на первом этаже, а ОРУ или ЗРУ 110—220 кВ—над ними.
Главные понизительные подстанции размещаются по возможности ближе к центрам электрических нагрузок питаемых ими районов предприятия насколько это возможно по условиям планировки, прохождения воздушных линий 35—220 кВ, состояния окружающей среды и др.
При напряжении 110 кВ и выше в незагрязненных зонах применяются открытые распределительные устройства (ОРУ). Трансформаторы во всех случаях устанавливаются открыто, если нужно — с усиленной изоляцией.
На рис. 7-20 показана открытая подстанция 110 кВ, выполненная без выключателей и без сборных шин первичного напряжения с применением короткозамыкателей и отделителей. Она может быть подключена как к ответвлениям от проходящей линии, так и к радиальным линиям. В последнем случае отделители не устанавливаются. Распредустройство 6—10 кВ с одной системой шин разделено на четыре секции (см. рис. 7-9). В нем применены комплектные камеры типа КРУ. На рисунке оно показано в отдельностоящем здании, но может быть встроено в производственный корпус без нарушения общей компоновки подстанции 110 кВ.
При напряжении 35 кВ в ряде случаев целесообразны закрытые распределительные устройства даже при нормальной окружающей среде, особенно при небольших токах к. з. и, следовательно, более компактной и дешевой аппаратуре (например, горшковые выключатели С-35 и др.). На рис. 7-21 показана закрытая двухтрансформаторная подстанция 35 кВ. Распределительные устройства первичного (35 кВ) и вторичного (6—10 кВ) напряжения размещены в одном одноэтажном здании.
При размещении подстанций на предприятиях с производствами, выделяющими газы, пыль и другие аэрозоли, вредно действующие на изоляцию и токоведущие части электроустановок, предусматриваются специальные мероприятия для устранения или ограничения этих воздействий, зависящих от степени удаленности подстанций от очагов загрязнения.
Рис. 7-20. Открытая подстанция 110 кВ с короткозамыкателями и отделителями. а — план; б — разрез.
Рис. 7-21. Закрытая подстанция 35/6—10 кВ.
Зона загрязнения (минимальный защитный интервал) условно разделена на две половины [1-9]. В первой половине, характеризующейся наибольшим загрязнением (так называемая III степень загрязнения), при сложной схеме коммутации можно ставить только закрытые распределительные устройства. Во второй, менее загрязненной половине (II степень загрязнения) можно ставить открытые распределительные устройства при напряжении не более 330 кВ, но применять при этом электрооборудование с усиленной изоляцией или на следующий класс напряжения. При отсутствии такого оборудования разрешается и во второй половине минимального защитного интервала ставить закрытые распределительные устройства.
Схемы коммутации подстанций в загрязненных зонах выбираются наиболее простыми (ом. рис. 7-7), чтобы сократить число изоляторов и аппаратов и тем самым уменьшить число элементов изоляции, контактов и токоведущих частей. Применяются трансформаторы тока, встроенные в силовые трансформаторы, или же накладные трансформаторы тока. Релейная защита и измерения проектируются таким образом, чтобы не применять трансформаторов напряжения на первичной стороне силовых трансформаторов. Присоединение вентильных разрядников для защиты трансформаторов предусматривается при помощи так называемых «захватов» (предложение К. Д. Вольнова), которые позволяют подключать и отключать разрядники для чистки изоляции под напряжением без отключения трансформатора [1-9].
Место подстанции выбирается с учетом розы ветров и преобладающего их направления, характера и концентрации выделяе мых вредностей, протяженности их распространения, а также зон преимущественного их оседания, степени их воздействия на изоляцию электроустановок и устойчивости образуемых осадков па изоляции. Подстанция должна быть по возможности удалена от наиболее сильных очагов загрязнения и не попадать в факел загрязнений или в полосу газовых уносов. Это особенно важно при неблагоприятных условиях увлажнения: изморозь, туман, мокрый снегопад.
Крупные открытые узловые распределительные подстанции (УРП) 110—220 «В с развитой схемой коммутации следует выносить за пределы загрязненной эоны и располагать их у ее границы. На рис. 7-22 показан разрез по ячейке отходящей от УРП кабельной линии 110 кВ, которая питает ПГВ 110 кВ, расположенную в зоне с загрязненной средой. Питающие и транзитные линии УРП, а также линии, отходящие от УРП к подстанциям ПО кВ данного предприятия, расположенным в зонах с нормальной средой, выполняются воздушными.
Так как распространения газовых уносов весьма разнообразны, непостоянны и зависят от многих факторов, которые трудно предвидеть заранее, то питание особо важных объектов в загрязненных зонах предусматривается не менее чем от двух источников, расположенных таким образом, чтобы была исключена возможность одновременного попадания их в факел загрязнения.
ПГВ 35—220 кВ, размещаемые в загрязненных зонах непосредственно возле обслуживаемых ими производственных объектов или районов предприятия, выполняются по простейшей схеме. Такне подстанции состоят только из трансформаторов с глухим присоединением воздушных линий или с закрытыми кабельными муфтами. Наиболее надежным решением является установка на ПГВ специальных трансформаторов с кабельными вводами (рис. 7-23), так как при этом никаких открытых голых токоведущих частей, контактов и аппаратов на стороне высшего напряжения ПГВ нет. При вынужденной необходимости применения так называемых «отпаечных» (от воздушных линий) подстанций выбирается наиболее простое конструктивное их выполнение без перемычек между двумя линиями, а взамен короткозамыкателей целесообразна подача отключающего импульса на головной выключатель магистрали. Выводы вторичного напряжения 6—10 кВ выполняются шинами в закрытых коробах. Распредустройство 6—10 кВ рекомендуется встраивать в производственный корпус.
При двухтрансформаторных ПГВ при питании трансформаторов от разных источников и при наличии АВР на вторичном напряжении трансформаторов и АПВ на питающих линиях 110—220кВ надежность питания получается вполне достаточной для электроприемников любой категории, расположенных в пределах загрязненной зоны.
Рис. 7-22. Узловая распределительная подстанция 110 кВ со смешанными линиями.
При напряжении 35 кВ в загрязненных зонах выгоднее применять ЗРУ, чем переходить на следующий класс изоляции — 110 кВ. Иногда это выгодно и при сооружении подстанции 110 кВ, так как при переходе на следующий класс изоляции — напряжением 154 кВ не всегда можно получить полный набор необходимой аппаратуры и приходится применять дорогую и громоздкую аппаратуру на 220 кВ. Однако не следует забывать, что если число вводов в ЗРУ получается не меньше числа изоляторов при открытой установке, то сооружение ЗРУ с точки зрения загрязнения изоляции становится нецелесообразным.
Применение компактных ЗРУ целесообразно при стесненной площадке предприятия или при его реконструкции независимо от степени загрязненности окружающей среды. При экономическом сравнении вариантов ОРУ и ЗРУ необходимо учитывать стоимость земельного участка, эксплуатационные расходы, возникающие при открытом варианте, необходимые для повышения надежности изоляции, а также ущерб производству вследствие аварий и отключений по указанным причинам.
Для закрытых подстанций в зонах с большими выделениями пыли (например, на цементных заводах) рекомендуется применять строительные конструкции повышенной плотности, а в некоторых случаях предусматривать повышенное избыточное давление внутри зданий и постоянные устройства для удаления пыли. В пыльных зонах не следует применять наружные комплектные распределительные устройства (КРУН), так как они не обеспечивают надлежащей защиты от загрязнения.
Рис. 7-23. Двухтрансформаторная подстанция с глухими кабельными вводами 110 кВ.
1 — трансформатор 110/10/10 кВ; 2 — ввод кабеля 110 кВ в трансформатор; 3 — шинопровод 10 нВ; 4 — шкафы КРУ 10 кВ; 5 — кабель 110 кВ.
В районах Крайнего Севера и вечной мерзлоты к выполнению подстанций предъявляются дополнительные специальные требования, обусловленные низкой температурой, гололедами, большими снежными заносами, сильными ветрами и вечно мерзлыми грунтами. Эти условия затрудняют быстрое восстановление повреждений на подстанциях и требуют несколько повышенного резервирования и высокого качества электрооборудования, которое выбирается холодоустойчивого исполнения с хорошими уплотнениями, могущее работать при температуре до —60°С.
Выбираются простейшие схемы коммутации вплоть до глухого присоединения питающих линий 110—220 кВ к трансформаторам. При более сложных схемах применяются баковые масляные выключатели. Трансформаторы выбираются таким образом, чтобы они несли постоянную нагрузку не менее 50% во избежание загустевания масла и нарушения его циркуляции при сильных холодах. Трансформаторы могут допускать длительную перегрузку особенно в зимний период.
Рис. 7-24. Подстанции 110 кВ в районе Крайнего Севера, а — на уровне земли; б — на крыше здания: 1 — площадка для обслуживания аппаратов.
Рис. 7-25. Пример выполнения глубокого ввода 220/10 кВ при стесненной площадке предприятия.
1 — трансформатор; 2 — конденсатор связи; 3 — высокочастотный заградитель ВЗ-1000-0,6; 4 — разъединитель РНДЗ-220-У12000; 5 — короткозамыкатель КЗ-220М; 6 — разрядник РВМГ-220М; 7 — грозозащитный трос; 8 — ВЛ 220 кВ; 9 — токопровод 10 кВ; 10 — ОРУ 220 кВ; 11 — РУ 10 кВ; 12 — аккумуляторная батарея; 13 — кабельный и шинный этаж подстанции; 14 — электромашинное помещение; 15 — кабельный этаж электромашинного помещения.
Рис. 7-26. Типовое закрытое распределительное устройство 110 кВ с воздушными и кабельными вводами и перемычкой между питающими линиями.
а — схема; б — элемент разреза по кабельному вводу; в — разрез A-А по воздушному вводу; г — план при воздушных вводах; д — разрез по перемычке при воздушном вводе; 1 — отделитель; 2 — разъединитель; 3 — короткозамыкатель; 4 — ввод маслонаполненный; 5 — разрядник вентильный; 6 — заградитель высокочастотный; 7 — конденсатор связи; 8 — концевая кабельная муфта с баками среднего давления; 9 — гирлянда изоляторов.
Аппараты (разъединители, разрядники, измерительные трансформаторы) располагаются на высоте 3—3,5 м и сооружаются площадки для их обслуживания (рис. 7-24,а). В стесненных условиях и при особо сильных снежных заносах ОРУ 110 кВ сооружается на крыше здания (рис. 7-24,б), а трансформатор ставится рядом открыто.
На рис. 7-25 показан характерный пример размещения мощной ПГВ 220/10 кВ в непосредственной близости от новых нагрузок в сложных условиях расширяемого металлургического завода.
Питание подстанции предусмотрено от двух независимых источников: районной подстанции 500/220 кВ и заводской УРП 220 кВ.
Для резервирования питания электроприемников «особой» группы предусмотрена кабельная линия 10 кВ от ГРУ ТЭЦ. От трансформаторов 1 и 2 питаются электроприемники вспомогательных механизмов и общецеховые нагрузки со «спокойным» режимом работы. К трансформаторам 3 и 4 присоединены главные приводы с резкопеременной толчковой нагрузкой с вентильными преобразователями. Резервирование питания главных приводов автоматически осуществляется от трансформатора 2; при этом вся спокойная нагрузка автоматически переводится на трансформатор 1.
Подстанция примыкает к электромашинному помещению прокатного стана. В закрытой ее части размещены распределительные устройства 10 кВ, аккумуляторная батарея, щитовые и подсобные помещения, кабели и токопроводы. Трансформаторы 220/10 кВ установлены снаружи на уровне земли. Открытое распределительное устройство (ОРУ) 220 кВ размещено на крыше здания подстанции.
Над ним предусмотрено укрытие в виде шатра с открытым проемом по всей длине со стороны установки трансформаторов и подвода ВЛ 220 кВ. Это повышает надежность работы и увеличивает удобство эксплуатации в отношении уменьшения загрязнения изоляции и предохранения от снежных заносов.
Для обслуживания изоляторов 220 кВ на отметке +31 устроены мостики. Для подъема оборудования на отметках +18, +12,6 и +7,2 предусмотрена электролебедка.
На рис. 7-26 представлено типовое ЗРУ 110 кВ по упрощенной схеме с отделителями и короткозамыкателями с воздушными и кабельными вводами. При отсутствии перемычки между линиями размер на разрезе Б-Б сокращается с Ί8 до 12 м при сохранении прочих размеров и общей компоновки ЗРУ. Кабельный вариант показан только в изменяющейся части по сравнению с воздушным.
