Распределительные устройства трансформаторной подстанции: основные компоненты и их функции

Трансформаторная подстанция — это сложный инженерный узел, в котором много компонентов. Она принимает электричество высокого напряжения от электростанций, понижает его до требуемого уровня и распределяет по объектам. Основой любой подстанции является распределительное устройство (РУ). Именно оно предназначено для приёма и распределения электроэнергии.

Что такое распределительное устройство?

Если говорить просто, распределительное устройство — это ячейка, заполненная аппаратурой. Через эту аппаратуру осуществляется соединение линий электропередачи, силовых трансформаторов и потребителей в единую схему. К основным задачам распределительного устройства относятся:

• приём электрического тока и его распределение по необходимым объектам;
• включение и отключение отдельных участков сети;
• мгновенный разрыв цепи при коротком замыкании для предотвращения повреждения и аварий;
• предоставление инженерам информации о текущем состоянии сети.

Все распределительные устройства делятся на два больших типа. Высоковольтные распределительные устройства принимают электроэнергию от питающих линий, например напряжением 6–10 кВ и выше. Низковольтные передают электроэнергию конечным потребителям.

Основные компоненты распределительного устройства

Любое РУ состоит из набора стандартных элементов. Каждый из них отвечает за свой участок работы.

Выключатели нагрузки

Это главный коммутационный аппарат системы, но значительно более совершенный, чем обычный выключатель. В отличие от бытового выключателя света, он способен разрывать электрическую цепь при протекании через него мощного рабочего тока. Принцип работы компонента можно сравнить с водопроводным краном, перекрывающим бурный поток. Выключатель нагрузки позволяет безопасно обесточить линию при любой необходимости.

Разъединители

Этот аппарат часто путают с выключателем, однако у него иная задача. Разъединитель создаёт видимый физический разрыв цепи. Если выключатель гасит электрическую дугу внутри себя, то разъединитель буквально разводит металлические контакты на несколько сантиметров. Это необходимо для безопасности персонала. Электрик приступает к работе с оборудованием только тогда, когда видит, что контакты разъединителя физически разошлись. При этом действует важное правило: разъединителем нельзя отключать сеть под нагрузкой — сначала всегда срабатывает выключатель.

Предохранители

Это самый простой и надёжный защитный аппарат. Внутри предохранителя находится тонкая проволока — плавкая вставка. Как только сила тока превышает допустимую норму, например из-за короткого замыкания, проволока мгновенно плавится, и цепь размыкается механически.

Ограничители перенапряжений (ОПН)

Природа непредсказуема: во время грозы в провода может ударить молния, создав скачок напряжения в тысячи вольт, от которого обычная техника сгорит за доли секунды. Ограничитель перенапряжений действует подобно громоотводу. При нормальном напряжении он находится в дежурном режиме. А при опасном всплеске мгновенно сбрасывает избыточную энергию в землю. После чего возвращается в исходное состояние.

Сборные шины

Это своего рода общая магистраль внутри распределительного устройства. Шины представляют собой толстые медные или алюминиевые полосы. К ним идут все входящие кабели от трансформатора и все выходящие линии к потребителям. Шины распределяют общую мощность между всеми направлениями. Часто систему шин делят на секции с помощью специальных выключающих утройств. Это нужно, чтобы при аварии на одном участке вторая половина подстанции продолжала работать.

Системы автоматики и защиты

Эти системы — центральный узел управления подстанции. В их составе реле и микропроцессорные блоки. Они измеряют напряжение и ток сотни раз в секунду. При отклонении, например росте тока, автоматика даёт команду выключателям. Размыкание происходит за сотые доли секунды, предотвращая аварию.

Как всё это работает вместе

В обычном режиме энергия идёт от трансформатора через сборные шины к потребителю. Трансформатор понижает напряжение, а шины служат общей магистралью. Затем идут разъединители, ограничители и выключатели нагрузки. Разъединитель создаёт видимый разрыв цепи, а ограничитель защищает от перенапряжений. Выключатель нагрузки разрывает цепь под током и гасит дугу. В рабочем режиме выключатели нагрузки замкнуты, и ток проходит через них. Пока всё исправно, ток свободно проходит всю эту цепочку.

При аварии порядок действий строго определён. И каждый аппарат решает свою задачу:

• Сначала автоматика фиксирует сверхток, который указывает на короткое замыкание;
• Затем выключатель нагрузки мгновенно разрывает цепь и гасит электрическую дугу;
• После этого разъединитель создаёт видимый разрыв для безопасности ремонтной бригады;
• Каждая секция шин работает отдельно. Если одна выходит из строя, остальные продолжают питать объект.

Сейчас управление всё чаще становится цифровым. На смену тяжёлым масляным выключателям приходят вакуумные и элегазовые аппараты. Они обслуживаются гораздо реже и работают надёжнее. За ними следят удалённо, с экрана компьютера. Так подстанция становится цифровой и почти не требует ремонта. Правильный подбор компонентов и регулярное обслуживание распределительных устройств — залог того, что лампочка в вашем доме будет гореть стабильно, а промышленное производство не остановится из-за внезапного скачка напряжения.