Распределительной подстанцией является электроустановка, содержащая трансформаторы, оснащенные средствами управления и защиты, и служащая для преобразования и распределения электроэнергии; подстанции могут быть открытыми, то есть располагаться на открытом воздухе, либо закрытыми — располагаемыми в помещениях. Частными видами подстанций являются комплектные трансформаторные подстанции (КТП), столбовые, встроенные, внутрицеховые и т. д. Устанавливаемые на подстанциях распределительные трансформаторы понижают напряжение внешней сети с 35 кВ (6—10 кВ) до напряжения питания во внутренних сетях промышленных или жилых помещений (380-220 В, 36—12 В).
Распределительная сеть выполняется шинами, если распределительное устройство (РУ) располагается рядом с распределительными трансформаторами, либо кабелями. Критериями выбора вида распределительной сети являются:
• уровень защиты от поражения током при соприкосновении с оборудованием;
• пожароопасность;
• скорость возможных пересоединений шин или кабелей.
Правила устройства трансформаторных подстанций определяются ПУЭ.
Как правило, каждый маслонаполненный трансформатор должен устанавливаться в отдельной, изолированной от других помещений, камере; это требование не распространяется на сухие и заполненные негорючей жидкостью трансформаторы. Допускается установка в одной общей камере двух масляных трансформаторов мощностью до 1000 кВ-А каждый, имеющих общее назначение, управление и защиту, и рассматриваемых как один агрегат. Допускается устанавливать в одном РУ, напряжением до и выше 1000 В два масляных трансформатора мощностью до 400 кВ • А, разделенных несгораемой перегородкой. В камерах трансформаторов могут устанавливаться относящиеся к ним разъединители, предохранители и выключатели нагрузки.
Для трансформаторов должны предусматриваться устройства релейной защиты от: междуфазных и витковых замыканий в обмотках, однофазных замыканий на землю в сетях с большими токами, перегрузок, понижения уровня масла. Защиты должны действовать на отключение трансформатора, на сигнал или на снижение нагрузки при перегрузках. Допускается установка газовой защиты для трансформаторов мощностью 1000 кВ • А и более, вне зависимости от наличия быстродействующей защиты.
На понижающих трансформаторах мощностью 1000 кВ • А и более в качестве защиты от токов, обусловленных внешними короткими замыканиями, должна применяться максимальная токовая защита без пуска или с комбинированным пуском напряжения; на трансформаторах мощностью менее 1000 кВ • А — максимальная токовая защита с действием на отключение. При максимальной токе эй защите с выдержкой времени 1 с и менее у трансформаторов мощностью менее 1600 кВ-Ас высшим напряжением 35 кВ токовую отсечку допускается не устанавливать.
На стороне ВН сети 6, 10 и 35 кВ работают, как правило, с изолированной нейтралью. Поэтому замыкание одной фазы на землю приводит к повышению напряжения на здоровых фазах до линейного. Отключение происходит при двухфазном или трехфазном замыкании или при замыкании на землю двух фаз.
Защита от перенапряжений требуется только для трансформаторов, оборудованных воздушными сетями определенной конфигурации. Предпочтение отдается ограничивающим устройствам с нелинейным сопротивлением.
Трансформатор должен выдерживать термические и динамические воздействия при протекании по его обмоткам токов коротких замыканий (ГОСТ 11677—85). Например, при токах КЗ, длящихся до 3-х секунд, температура медных обмоток за этот период времени может достигнуть 250 °С. При повторных КЗ возникают ещё большие термические перенапряжения. Поэтому устройства защиты должны обеспечивать отключение аварийного оборудования в самое кратчайшее время. С тепловой точки зрения, общее время отключения оборудования в течение 0,2—0,5 секунд с момента начала возрастания тока считается приемлемым. Но это время слишком велико для возникающих при этом электродинамических усилий в обмотках. На практике, характеристики максимальной токовой защиты зависят от кратности токов КЗ, собственного импеданса трансформатора и системы в целом.
Защиту трансформатора со стороны ВН допускается выполнять посредством предохранителей. С точки зрения быстродействия, применение предохранителей является предпочтительным, при условии правильного выбора их мощности и напряжения. В этом случае срабатывание (разрыв) предохранителя происходит от первого пика тока. Это ограничивает тепловое и динамическое воздействие на трансформатор.
Значение сопротивления КЗ трансформатора оказывает существенное влияние на токи КЗ, электродинамические силы и риски повреждений.
Для защиты от перегрузок трансформаторов применяются устройства:
• термосигнализаторы масла, оснащенные контактами, действующими на отключение или на сигнал; поскольку тепловая постоянная времени масляного трансформатора составляет 2—3 часа, а обмотки — 10 минут, термосигнализаторы масла не устраняют возможность теплового повреждения изоляции обмотки;
• индикаторы температуры обмотки, показывающие среднюю температуру обмотки за счет косвенных измерений;
• реле времени, настраиваемые в зависимости от значения тока.
Заключение
В настоящее время имеется большой выбор трансформаторов для распределительных сетей напряжением до 35 кВ включительно. В зависимости от условий эксплуатации, потребитель может выбрать трансформаторы, имеющие характеристики, отвечающие тем или иным требованиям в части:
• величины потерь,
• стоимости,
• габаритных размеров и массы,
• нагрузочной способности,
• пожаробезопасности,
• защиты от воздействия окружающей среды и прочее.
