Распределительные устройства - конструкция и разработка

Компоновка распределительного устройства (РУ) выполняется после выбора и разработки электрической схемы подстанции, выбора оборудования, токоведущих частей и силовых трансформаторов.
По способу сооружения РУ подстанций могут быть:

1. сборные для внутренней установки;
2. сборные для наружной установки;
3. комплектные для внутренней установки (КРУ);
4. комплектные для наружной установки (КРУН). ;

Современные РУ крупных подстанций имеют комбинированную конструкцию: частично как сборные и частично как комплектные.

Конструкция закрытых распределительных устройств (ЗРУ)

1. Строительная часть ЗРУ выполняется из стандартных железобетонных элементов. Габариты зданий ЗРУ должны быть кратны: длина — 6 м, ширина — 3 м, высота — 0,6 м.
2. Электрические аппараты и токоведущие части размещаются так, чтобы выдерживались установленные   наименьшие изоляционные расстояния в воздухе между проводниками разных фаз, а также от проводников до заземлённых конструкций и частей здания. Не огражденные токоведущие части должны быть недоступны для случайного прикосновения.

Практически рекомендуемые расстояния между осями фаз составляют:
для 6 кВ — 250—500 мм; для 10 кВ — 300—700 мм; для 35 кВ — 500—700 мм; для 110 кВ — 1250—1600 мм; для 220 кВ — 3000 мм.
Неизолированные токоведущие части, расположенные над полом на высоте меньше 2,5 м в установках 6—10 кВ и 2,7 м в установках 35 кВ, должны ограждаться сетками, причём высота прохода под сеткой должна быть не менее 1,9 м.

1. Длина ЗРУ определяется его схемой, принятой конфигурацией сборных шин, количеством и размером ячеек.

Для обслуживания сборных ЗРУ и перемещения оборудования предусматриваются коридоры обслуживания и коридоры управления. Ширина коридоров обслуживания в свету между ограждениями принимается не менее 1 м при одностороннем расположении оборудования и 1,2 м при двухстороннем. В коридорах управления указанные размеры должны быть увеличены соответственно до 1,5 и 2 м. Количество выходов из ЗРУ принимается исходя из его длины: при длине РУ до 7 м допускается один выход, расположенный таким образом, чтобы расстояние от любой точки коридора до выхода было не более 30 м.
Отечественные заводы изготавливают КРУ с односторонним и двухсторонним обслуживанием. При двухстороннем обслуживании КРУ ширина прохода с задней стороны КРУ должна быть не менее 0,8 м. Расположение шкафов КРУ в здании РУ может быть однорядным и двухрядным. При однорядном расположении КРУ ширина коридора управления должна быть больше длины выкатной тележки не менее чем на 0,6 м, но не менее 1,5 м, а при двухрядном расположении больше длины тележки на 0,8 м, но не менее 2 м.

1. Токоограничивающие реакторы располагаются в отдельных камерах ЗРУ. Размещение реакторов в цепях трансформаторов может быть выполнено в пристройках к зданию РУ с горизонтальным расположением фаз в один ряд или по треугольнику. Линейные и групповые реакторы размещаются в ячейках вертикально в виде колонн из трёх фаз. Наличие линейных реакторов, как правило, приводит к необходимости сооружения ЗРУ смешанного типа.
2. Силовые и контрольные кабели на понижающих подстанциях небольшой и средней мощности могут выводиться из РУ либо через трубы, либо до выхода их наружу могут быть проложены в кабельных каналах, закрытых съёмными плитами. При большом количестве кабелей устраиваются специальные кабельные сооружения: тоннели, кабельные подвалы. Кабели прокладываются вдоль стен на конструкциях, выполненных в виде полок. Высота тоннеля в свету должна быть не менее 1,8 м. Наименьшее расстояние в свету между конструкциями для прокладки кабелей при двухрядном их расположении — 1 м, от конструкций до стены при однорядном расположении конструкций — 0,9 м.
3. Подводка от трансформатора до ЗРУ выполняется шинами: посредством гибких связей или в виде шинного моста. Вводы в здание РУ осуществляются через проходные изоляторы. Для трансформаторов небольшой мощности может быть выполнен кабельный ввод.

Вводы в шкафы КРУ выполняются по-разному: сверху, сбоку или сзади. Схемы вводов также могут быть весьма разнообразными: глухое присоединение к сборным шинам КРУ, через разъединитель или штепсельные разъединяющие контакты и выключатель. В связи с этим выбор вводов следует производить обязательно по каталогам.

Разработка компоновки и конструкции ЗРУ

1. Разработка конструкции исследует за выбором типа РУ и сводится, главным образом, к компоновке электрооборудования в распределительных устройствах и в ячейках.

Компоновка электрооборудования в РУ складывается из размещения секций сборных шин в здании РУ, распределения ячеек всех присоединений в пределах каждой секции и в размещении электрооборудования в пределах каждой ячейки (для сборных РУ). При этом не должно быть никаких отступлений от разработанной ранее электрической схемы.
Работа по компоновке электрооборудования в РУ оформляется в виде эскизов — разрезов по ячейкам, поэтажных планов и схем заполнения, выполненных карандашом от руки на миллиметровой бумаге.
Приступая к компоновке, нужно сначала определить общее количество вcex присоединений и их шинных разъединителей для каждой секции сборных шин, включая межсекционные и междушинные соединения, заземляющие разъединители на сборных шинах, трансформаторы напряжения и все другие присоединения, предусмотренные схемой электрических соединений. Для каждой секции выявляется потребное количество ячеек или камер для размещения шинных разъединителей, выключателей, реакторов (с учетом способа их установки), измерительных трансформаторов напряжения, разрядников и другого оборудования. Составляется схема заполнения ЗРУ.

1. Схема заполнения наглядно связывает схему электрических соединений с конструкцией РУ. Она выполняется карандашом на миллиметровой бумаге. Все аппараты и соединения между ними показываются в условных обозначениях, принятых для схем, в пределах контуров тех камер РУ, в которых они устанавливаются. Чертеж выполняется не в масштабе. На нем показывают в плане все камеры, а также коридоры и проходы. Стенки и перегородки, отделяющие камеры друг от друга и от проходов и коридоров, и перекрытия между этажами наносятся тонкими сплошными линиями. Все этажи условно объединяются в одном чертеже.

На рис. 2 показана схема заполнения ЗРУ, соответствующая упрощённой схеме электрических соединений подстанции, изображённой на рис. 1.

Рис. 1. Схема электрических соединений ЗРУ 6—10 кВ комплектных подстанций

Рис. 2. Схема заполнения ЗРУ 6-10 кВ

При определении конфигурации сборных шин и расположения секций следует учитывать удобство эксплуатации и требования надежности. В частности, как при однорядном, так и при двухрядном расположении камер РУ, секции вдоль здания располагаются одна за другой, что позволяет отделить секции одну от другой поперечными перегородками и избежать распространения аварии на другие секции.
Вместе с расположением секции следует наметить и расположение шинных перемычек между сборными шинами одной секции, находящимися по разные стороны коридора управления, а также межсекционные связи.
Следующей весьма важной частью компоновки является определение местоположения вводов в РУ трансформатора. Расположение камер для этих присоединений должно быть выбрано так, чтобы соединения шинами получились короткими и прямыми. Ячейки для отходящих линий желательно распределить по обе стороны от вводов, чтобы потоки мощности от них распределились в сборных шинах примерно поровну в обе стороны от вводов.
Камеры для трансформаторов напряжения, разрядников, трансформаторов с.н. размещают в последнюю очередь, занимая свободные камеры.
Заключительным этапом в разработке конструкции является план ЗРУ, выполненный в масштабе на листе № 2 графической части проекта.

Конструкция открытых распределительных устройств (ОРУ)

1. В проектах закладываются, как правило, типовые конструкции ОРУ с учётом возможности дальнейшего расширения ОРУ и использования на всех этапах строительства и эксплуатации современных средств механизации работ [7,9].
2. В ОРУ аппараты устанавливаются как можно ниже, чтобы облегчить обслуживание, но вместе с тем так, чтобы исключить возможность случайного прикосновения к токоведущим частям. Многообъёмные масляные выключатели 110—220 кВ могут быть установлены на фундаментах высотой 0,6—0,8 м. Малообъёмные масляные и воздушные выключатели, разъединители, измерительные трансформаторы тока и напряжения устанавливаются на стальных или железобетонных основаниях высотой 2—4,5 м. Для транспорта тяжёлого оборудования на площадке ОРУ предусматриваются бетонированные или рельсовые дороги.
3. В качестве проводников для сборных шин ОРУ и ответвлений от них применяются многопроволочные провода марок А и АС, а также жёсткие трубчатые шины. При напряжениях 220 кВ и выше необходимо расщепление проводов, чтобы уменьшить потери на коронирование.

Минимально допустимые изоляционные расстояния в воздухе между проводниками разных фаз, а также от проводников до заземлённых конструкций и частей здания регламентируются ПУЭ.
Практически рекомендуемые расстояния между осями фаз приведены в табл. 1 в мм.
Таблица 1

1. Длина ОРУ определяется его схемой, принятой конфигурацией сборных шин, количеством и размером ячеек. Шаг ячейки зависит от типа используемого оборудования. Рекомендуемый шаг ячейки составляет: для 35 кВ — 6 м, для 110 кВ — 8 м, для 220 кВ — 11 м. Полная длина ОРУ, с учётом размеров до ограды, ориентировочно определяется как произведение шага ячейки на число ячеек, увеличенное на единицу.

Ширина ОРУ зависит от выбранной схемы подстанции, расположения выключателей (однорядное, двухрядное и т.д.) и линий электропередачи. Кроме того, должны быть учтены подъездные пути для автомобильного или железнодорожного транспорта.
ОРУ должно иметь ограду высотой не менее 2,4 м.

1. Опорные конструкции ОРУ изготавливаются из профильной стали, а также из стандартизированных железобетонных конструкций — колонн, траверс и т.д.

В ОРУ токоведущие части аппаратов, проводники сборных шин и ответвления от сборных шин во избежание пересечений размещают на различной высоте в два и три яруса. При гибких проводах сборные шины размещают во втором ярусе, а провода ответвлений в третьем.
Минимальное расстояние от проводников первого яруса до земли для 35 кВ — 3100 мм, 110 кВ — 3600 мм, 220 кВ — 4500 мм.
Минимальное расстояние по вертикали между проводами первого и второго ярусов с учётом провеса проводов для 35 кВ — 440 мм, для 110 кВ — 1000 мм, для 220 кВ — 2000 мм.
Минимальное расстояние между проводами второго и третьего ярусов для 35 кВ — 1150 мм, для 110 кВ — 1650 мм, для 220 кВ — 3000 мм.

1. Под силовыми трансформаторами и баковыми выключателями 110 кВ и выше укладывается слой гравия толщиной не менее 250 мм, и предусматривается сток масла в систему отвода ливневых вод. Между трансформаторами при расстоянии между ними менее 15 м устанавливаются железобетонные или кирпичные перегородки, предотвращающие распространения пожара.

Кабели оперативных цепей, цепей управления, релейной защиты и автоматики прокладываются в каналах, расположенных вдоль рядов оборудования, а также без заглубления их в почву.

Разработка компоновки и конструкции ОРУ

Для выбора конструкции ОРУ необходимо иметь следующие данные:
Схему электрических соединений на всех напряжениях; типы электрических аппаратов и сечений проводников; направления подхода линий электропередачи; климатические условия и характер загрязнения среды; ограничения по территории, конфигурации ОРУ, рельефу местности (если они заданы).
При компоновке ОРУ сначала определяется общее количество присоединений, количество ячеек и их размеры.
Составляется схема заполнения ОРУ. При составлении схемы заполнения должны быть учтены направления подходящих линий электропередачи, возможность подъезда к тяжёлому оборудованию подъёмно-транспортных машин.
В схеме заполнения определяется взаимное расположение систем шин и электрических аппаратов, расположение аппаратов в каждой ячейке. Обращается особое внимание на выполнение кратчайших связей между РУ различных напряжений.
Принципы расположения выключателей в ОРУ (однорядное или двухрядное), конфигурация систем шин, а также количество ярусов проводников по высоте ОРУ оценивается по площади занимаемой территории ОРУ, а также его высотой и удобством обслуживания выключателей.
Работа по компоновке ОРУ оформляется в виде эскизов- разрезов по ячейкам и схем заполнения, выполненных карандашом от руки на миллиметровой бумаге.
Заключительным этапом в разработке конструкции является план ОРУ и разрез по одной из ячеек. В чертежах используются упрощённые графические изображения элементов конструкций и аппаратов РУ, которые в масштабе отражают габаритные размеры оборудования и расстояния до токоведущих частей. На плане наносятся также дороги, вспомогательные сооружения и ограждение ОРУ.