Электрические подстанции

Ю. Д. Сибикин 

Электрические подстанции 

Учебное пособие 

Издание третье, стеретипное

Москва
Берлин 
2020

УДК 621.311(075) 
ББК 31.277я7 
 С 34 

  Сибикин Ю. Д. 
С 34     Электрические подстанции. Учебное пособие для высшего

  и среднего профессионального образования. – Изд. 3-е, стер.–
Москва ; Берлин : Директ-Медиа, 2020. – 414 с.

ISBN 978-5-4499-0767-7 

Приведены общие сведения о режимах работы электрических 
систем и подстанций; приведены методы расчета токов КЗ и выбора 
элекгрооборудования подстанций и электросетей, дана классификация подстанций, рассмотрены конструкции трансформаторов РУ, 
аппаратов ВН и НН подстанций, вопросы их релейной зашиты, требования ПУЭ и ПТЭ к устройству и эксплуатации подстанций.  
Пособие предназначено для студентов специальностей 140205 и 
140211, изучающих СДОЗ, а также может быть полезным студентам 
среднего профобразования, мастерам и инженерам-электрикам, повышающим свой технический уровень без отрыва от производства.  

УДК 621.311(075) 
ББК 31.277я7 

ISBN 978-5-4499-0767-7 

© Сибикин Ю. Д., текст, 2020 
© Издательство «Директ-Медиа», оформление, 2020

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Основные сокращения
7

Введение
9

Глава I 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РЕЖИМАХ РАБОТЫ 
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ И ПОДСТАНЦИЙ 

1.1. Источники электрической энергии и ее распределение 
на объектах абонентов
12
1.2. Основные параметры качества электрической энергии
16
1.3. Режимы работы электрических систем и подстанций
17
1.4. Основные положения методики расчета установившихся 
режимов электросистемы
20
1.5. Управление режимами и развитием электрических систем . . 
22 
1.6. Режимы работы нейтралей электрических систем 
и установок
24

Глава II 

ОСНОВНОЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ 
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙ 

2.1. Синхронные генераторы
35
2.2. Шинные конструкции и изоляторы
38
2.3. Силовые трансформаторы и автотрансформаторы
41
2.4. 
Конструкторско-технологические особенности трансформаторов ЗАО «Электрощит»
52
2.5. 
Классификация электрических аппаратов и распределительных устройств высокого напряжения
55
2.6. 
Конструктивное исполнение выключателей высокого 
напряжения
60
2.7. 
Конструктивное исполнение разъединителей, отделителей, 
короткозамыкателей и заземлителей
69
2.8. Конструктивное исполнение выключателей нагрузки, 
предохранителей, разрядников, реакторов
75
2.9. Конструктивное исполнение измерительных 
трансформаторов
81

Глава III 

НОВОЕ ВЫСОКОВОЛЬТНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ 
ДЛЯ ЭЛЕКТРО-ПОДСТАНЦИЙ ИМПОРТНОГО 
И ОТЕЧЕСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА 
СТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙ 

3.1. Сухие трансформаторы с литой изоляцией
90
3.2. Высоковольтные коммутационные аппараты для РУ
93
3.3. Реклоузер вакуумный
105
3.4. Литые токопроводы внутреннего и наружного 
применения
108
3.5. Сухие токоограничивающие реакторы
112

Глава IV 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ НАПРЯЖЕНИЕМ ВЫШЕ 1000 В 

4.1. Основные понятия и определения
117

4.2. Конструктивное выполнение электрических сетей
118
4.3. Расчет электрических сетей
128
4.4. Определение потерь электрической мощности 
и электроэнергии
135
4.5. 
Выбор сечений проводов и жил кабелей
139

Глава V 

ПОДСТАНЦИИ И РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА 

5.1. Назначение и классификация подстанций
145
5.2. Схемы и основное электрооборудование главных 
понизительных подстанций
146
5.3. Конструкции подстанций на 6... 10/0,4...0,66 кВ
162
5.4. Распределительные устройства
179
5.5. 
Электрические измерения, контроль, управление 
и сигнализация на подстанциях
204
5.6. Выбор числа и мощности трансформаторов для пункта 
приема электроэнергии объекта
210

Глава VI 

СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОБЪЕКТА 

6.1. Построение системы электроснабжения объекта
216
6.2. Виды схем электроснабжения
219
6.3. 
Выбор числа и мощности цеховых трансформаторных 
подстанций
224

6.4. Компенсация реактивной мощности
226
6.5. Конструктивные особенности электрических подстанций 
нефтяной и газовой отраслей промышленности
230

Глава VII 

ТОКИ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ. ВЫБОР И ПРОВЕРКА 
ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ, ИЗОЛЯТОРОВ И АППАРАТОВ 

7.1. 
Изменение силы тока в трехфазной цепи при коротком 
замыкании
241
7.2. Расчет силы токов короткого замыкания
244
7.3. Действие токов короткого замыкания и способы 
ограничения их силы
260
7.4. Выбор и проверка токоведущих частей, изоляторов 
и аппаратов
265

Глава VIII 

РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА ПОДСТАНЦИЙ 

8.1. Общие вопросы релейной защиты
274

8.2. 
Классификация реле
276
8.3. Конструкция вторичных реле
278
8.4. Токовая защита
287
8.5. Схемы защиты силовых трансформаторов и сетей 
отходящих от подстанций
293
8.6. Автоматика в системах трансформаторных подстанций
301
8.7. Сведения об источниках оперативного тока 
электрических подстанций
311

Глава IX 

КОНСТРУКЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ 
(АППАРАТОВ И УСТРОЙСТВ), НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1000 В 
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОДСТАНЦИЙ 

9.1. Конструкции сетей напряжением до 1000 В, отходящих 
от подстанций
315
9.2. Схемы электрических сетей напряжением до 1000 В
318
9.3. Конструкция аппаратов защиты электрических сетей 
и установок напряжением до 1000 В
321
9.4. 
Низковольтные комплектные распределительные устройства 
трансформаторных подстанций
330
9.5. 
Методические рекомендации по технико-экономическому 
обоснованию проекта электроподстанции
334

Глава X 

ЗАЗЕМЛЯЮЩИЕ И ЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА 

10.1. Защитное заземление
340
10.2. Классификация систем заземления
344
Ю.З.Зануление
348
10.4. Конструктивное выполнение и расчет заземляющих 
устройств
350

Глава XI 

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ ПУЭ И ПТЭ 
ПРИ СООРУЖЕНИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ 
ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИЙ 

11.1. Размещение электротехнических сооружений 
на территории подстанций
358
11.2. Правила сооружения распределительных устройств
359
11.3. Требования к установке трансформаторов
364
11.4. Масляное и ремонтное хозяйство электроподстанций
367
11.5. Надзор и уход за трансформаторами
369

Приложения
372

Приложение 
I. Трансформаторы 
и автотрансформаторы
372

Приложение 
2. Концевые муфты для кабелей, не 
распространяющих горение на напряжение 
I...10 кВ
383

Приложение 
3. Соединительные 
муфты для кабелей не распространяющих 
горение на напряжение 
1 ...10 кВ
385

Приложение 
4. Принципиальные 
однолинейные 
схемы 
главных 

цепей шкафов КРУ серии КРУ2-10-20УЗ
389

Приложение 
5. Основные технические 
показатели 
КРУ
391

Приложение 
6. Однолинейные 
схемы главных цепей ЩО-70
393

Библиографический список рекомендуемой литературы
412

О С Н О В Н Ы Е 
С О К Р А Щ Е Н И Я 

АВР 
— автоматическое включение резерва 
АПВ 
— автоматическое повторное включение 
ВБК 
— высоковольтные батареи конденсаторов 
ВЛ 
— воздушная линия 
ВН 
— высшее напряжение 
г п п 
— главная понизительная подстанция 
ЗРУ 
— закрытое распределительное устройство 
и п 
— источник питания 
и с 
— источник света 
КЗ 
— короткое замыкание 
к л э п 
— кабельная линия электропередачи 
к п д 
— коэффициент полезного действия 
КРУ 
— комплектное распределительное устройство 
к с о 
— камера стационарная одностороннего обслуживания 
к т п 
— комплектная трансформаторная подстанция 
л э п 
— линия электропередачи 
ОРУ 
— открытое распределительное устройство 
ПАР 
— послеаварийный режим 
п в 
— продолжительность включения 
п г в 
— подстанция глубокого ввода 
п к н 
— предохранитель кварцевый для защиты трансформаторов напряжения 
ПУЭ 
— правила устройства электроустановок 
РП 
— распределительный пункт, или распределительная 
подстанция 
РУ 
— распределительное устройство 
РУНН 
— распределительное устройство низкого напряжения 
РШ 
— распределительный шкаф 
СУВН — соединительное устройство со стороны высшего 
напряжения 
СУНН — соединительное устройство со стороны низшего 
напряжения 
ТАВР 
— тиристорное устройство автоматического 
ввода 
резерва 
т п 
— трансформаторная подстанция 
ТЭР 
— технико-экономический расчет 

Основные сокращения 

УВН 
— устройство ввода со стороны высшего напряжения 
ц э н 
— центр электрических нагрузок 
ШБР 
— шкафы блочно-релейные 
ШВВ 
— шкафы ввода высокого напряжения 
ш л 
— шкафы линейные 
ШМА 
— шинопровод магистральный алюминиевый 
ШР 
— шкафы релейные 
ШРА 
— шинопровод распределительный алюминиевый 
ШС 
— шкафы секционные 
ЩСУ 
— щитовая станция управления 
э д 
— электродвигатель 
э д с 
— электродвижущая сила 
э п 
— приемник электрической энергии 
ЭУ 
— электроустановка 
э э 
— электрическая энергия 
э н с 
— энергетическая система 

В В Е Д Е Н И Е 

Развитие и усложнение конструкций электроподстанций, 
возрастающие требования к их надежности и экономичности, 
широкое внедрение автоматизированных систем учета, контроля и управления распределением и потреблением электроэнергии требуют высококвалифицированных инженеров-электриков. 
Стратегия развития Единой национальной (общероссийской) электрической сети (ЕНЭС) на десятилетний период, 
разработанная ФСК ЕЭС предусматривает масштабную замену морально и физически устаревшего электрооборудования 
(износ сетей ФСК в целом составляет 41%, в том числе подстанционного оборудования — 65%, ЛЭП — 36%, зданий 
и сооружений — 23,2%). При этом сетевое хозяйство Российской Федерации характеризуется следующими данными: 
-Ф общая протяженность воздушных линий электропередачи 
0,38... 1150 кВ составляет 3 млн. км., в том числе напряжением 220... 150 кВ — 156,9 тыс. км; 
•ф- протяженность воздушных и кабельных линий 0,38... 110 кВ 
в стране составляет более 3 млн. км, в том числе входящих 
в ЕНЭС (в основном напряжением 220 кВ и выше), превышает 154 тыс. км; 
-ф- количество подстанций 35... 1150 кВ составляет порядка 
18 тыс. штук, установленная мощность трансформаторов — 
610 тыс. М В А , в том числе напряжением 220...750 кВ — 
326 тыс. МВ А; 

•Ф- в распределительных электрических сетях действует около 
17000 подстанций 35... 110/6... 10 кВ, а также около 800 000 
ТП 6-10/0,4 кВ (мощностью до 630 кВ А) с установленной 
мощностью силовых трансформаторов около 180 тыс. MB-А; 
-Ф- в эксплуатации находится более 1,5 млн. комплектов 
устройств релейной защиты и электроавтоматики. 
При выборе видов новой техники и технологий необходим учет имеющегося опыта передовых зарубежных стран, 
возможностей отечественной промышленности и строитель

Введение 

ных организаций. К намеченным к внедрению прогрессивным 
электросетевым технологиям отнесены: гибкие (управляемые) 
системы передачи электроэнергии (FACTS) с использованием 
статических тиристорных компенсаторов (СТАТКОМ), управляемых шунтирующих реакторов и систем их управления 
на базе микропроцессорной техники; использование явления 
«высокотемпературной» и «низкотемпературной» сверхпроводимости; накопители электрической энергии; полностью автоматизированные подстанции с дистанционным управлением 
коммутационными аппаратами; силовые трансформаторы, обладающие повышенной стойкостью к токам короткого замыкания; элегазовые выключатели; элегазовые комплектные распределительные устройства (КРУЭ) и др. 

В этих условиях от будущих ИТР, специализирующихся 
в области электроснабжения, требуются знания широкого комплекса вопросов в сферах производства, передачи, преобразования и потребления электроэнергии. 
При проектировании электрических подстанций проявляется взаимное влияние многих факторов: выбор силовых 
трансформаторов, компенсация реактивной мощности и т. д., 
влияет на качество электроэнергии, надежность и экономичность работы электроподстанции; из многообразия возможных технических решений должны быть получены оптимальные или близкие к ним, что можно сделать только в процессе 
творческой работы. 
Решению многих из указанных задач будет способствовать 
материал сконцентрированный в книге. 
В данном пособии в соответствии с программой специальной дисциплины СДОЗ изложены общие сведения о режимах работы электрических систем и подстанций, приведена 
классификация трансформаторных подстанций; рассмотрены 
действия токов короткого замыкания на оборудование; даны 
методики расчета токов короткого замыкания в электроустановках напряжением до и выше 1000 В; приведены способы 
ограничения токов короткого замыкания, основные сведения 
о трансформаторах, их типах и параметрах, изоляторах и токоведущих частях распределительных устройств; коммутационном и защитном оборудовании распределительных устройств; 
конструкции и принципах действия трансформаторных под