Электрооборудование электрических сетей, станций и подстанций
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Электроэнергетика. Электротехника
Издательство:
Инфра-Инженерия
Год издания: 2023
Кол-во страниц: 176
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-9729-1361-9
Артикул: 688322.06.99
Рассмотрены основные вопросы, касающиеся электрических сетей, станций и подстанций. Дается характеристика воздушных и кабельных линий, электропроводок и токопроводов, силовых трансформаторов и автотрансформаторов, электрических аппаратов станций и подстанций напряжением до и выше 1 кВ; распределительных и трансформаторных подстанций. Предложены схемы электрических соединений в системе электроснабжения, а также схемы электрических соединений станций и подстанций. Для студентов, обучающихся по направлениям 13.03.02 и 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника» и смежным направлениям, а также специалистов, занимающихся проектированием, строительством или обслуживанием электрических сетей, станций и подстанций.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 13.03.02: Электроэнергетика и электротехника
- ВО - Магистратура
- 13.04.02: Электроэнергетика и электротехника
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
А. Е. Немировский, И. Ю. Сергиевская, Л. Ю. Крепышева ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ, СТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙ Учебное пособие 5-е издание, дополненное Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023
УДК 621.311 ББК 31.277.1 Н50 Рецензенты: главный инженер производственного отделения «Вологодские электрические сети» филиала ПАО «МРСК Северо-Запада» «Вологдаэнерго» Циберный Ю. П.; заведующий кафедрой электрооборудования Липецкого государственного технического университета доктор технических наук, профессор Шпиганович А. Н. Немировский, А. Е. Н50 Электрооборудование электрических сетей, станций и подстанций : учебное пособие / А. Е. Немировский, И. Ю. Сергиевская, Л. Ю. Крепышева. - 5-е изд., доп. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. - 176 с. : ил., табл. ISBN 978-5-9729-1361-9 Рассмотрены основные вопросы, касающиеся электрических сетей, станций и подстанций. Дается характеристика воздушных и кабельных линий, электропроводок и токопроводов, силовых трансформаторов и автотрансформаторов, электрических аппаратов станций и подстанций напряжением до и выше 1 кВ; распределительных и трансформаторных подстанций. Предложены схемы электрических соединений в системе электроснабжения, а также схемы электрических соединений станций и подстанций. Для студентов, обучающихся по направлениям 13.03.02 и 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника» и смежным направлениям, а также специалистов, занимающихся проектированием, строительством или обслуживанием электрических сетей, станций и подстанций. УДК 621.311 ББК 31.277.1 ISBN 978-5-9729-1361-9 Немировский А. Е., Сергиевская И. Ю., Крепышева Л. Ю., 2023 Издательство «Инфра-Инженерия», 2023 Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................................... 5 ГЛАВА 1. КАНАЛИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ................................. 6 1.1 Воздушные линии .......................................................................................................... 6 1.2 Кабельные линии ......................................................................................................... 14 1.3 Электропроводки ........................................................................................................ 23 1.4 Токопроводы ................................................................................................................ 25 ГЛАВА 2. СИЛОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ И АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ ................................................................. 28 2.1 Типы трансформаторов и их параметры ................................................................... 28 2.2 Схемы и группы соединений обмоток трансформаторов ....................................... 31 2.3 Системы охлаждения силовых трансформаторов .................................................... 31 2.4 Особенности конструкции и режимы работы автотрансформаторов ................... 34 2.5 Регулирование напряжения в трансформаторах и автотрансформаторах ............. 35 2.6 Выбор силовых трансформаторов ............................................................................. 37 ГЛАВА 3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ СТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙ ... 40 3.1 Коммутационные аппараты напряжением до 1 кВ ................................................. 40 3.1.1 Неавтоматические выключатели ..................................................................... 40 3.1.2 Предохранители ................................................................................................ 41 3.1.3 Автоматические выключатели ........................................................................ 42 3.1.4 Контакторы и магнитные пускатели ............................................................... 46 3.2 Коммутационные аппараты напряжением выше 1 кВ ............................................ 48 3.2.1 Разъединители, короткозымыкатели, отделители ......................................... 48 3.2.2 Плавкие предохранители ................................................................................. 50 3.2.3 Высоковольтные выключатели ....................................................................... 52 3.2.4 Выбор высоковольтных выключателей .......................................................... 63 3.2.5 Разрядники ......................................................................................................... 64 3.2.6 Ограничители перенапряжений ...................................................................... 64 3.3 Измерительные трансформаторы тока ...................................................................... 67 3.4 Измерительные трансформаторы напряжения ......................................................... 72 3.5. Выбор измерительных трансформаторов.................................................................. 75 3.5.1 Условия выбора трансформаторов тока ......................................................... 75 3.5.2 Условия выбора трансформаторов напряжения ............................................ 77 3.6 Контрольно-измерительные приборы на станциях и подстанциях ........................ 77 ГЛАВА 4. РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ И ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПОДСТАНЦИИ........................................ 78 4.1 Комплектные распределительные устройства наружной и внутренней установки . ............................................................................................ 78 4.1.1 Комплектные распределительные устройства наружной установки ......... 82 4.1.2 Комплектные распределительные устройства элегазовые (КРУЭ) ............. 83 4.1.3 Комплектные распределительные устройства внутренней установки ....... 85 4.2. Низковольтные комплектные устройства ................................................................ 86 4.2.1 Распределительные щиты ................................................................................ 88 3
4.2.2 Распределительные шкафы и пункты ............................................................. 90 4.2.3 Выбор распределительных пунктов и шкафов .............................................. 91 4.2.4 Щиты станций управления . ............................................................................ 92 4.3 Открытые распределительные устройства ............................................................... 92 4.4 Закрытые распределительные устройства . .............................................................. 94 4.5 Комплектные трансформаторные подстанции ......................................................... 95 4.5.1 Классификация КТП ......................................................................................... 97 4.5.2 Конструкция КТП ............................................................................................. 98 4.5.3 КТП наружной установки. Столбовые КТП ................................................. 99 4.5.4 КТП наружной установки. Мачтовые КТП ................................................... 99 4.5.5 Мачтовые железнодорожные трансформаторные подстанции ................. 102 4.5.6 КТП промышленных предприятий ............................................................... 104 4.5.7 КТП напряжением 35-110/6-10 кВ .............................................................. 106 4.5.8 КТП специального назначения ...................................................................... 107 4.5.9 КТП проходного типа ..................................................................................... 110 ГЛАВА 5. СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ................................... 112 5.1 Схемы электрических соединений в системе электроснабжения ........................ 112 5.1.1 Схемы электрических сетей на стороне 6-10 кВ ........................................ 112 5.1.2 Схемы городских распределительных сетей 6-10 кВ. ................................ 114 5.2 Схемы электрических соединений станций и подстанций ................................... 115 5.2.1 Схемы электрических соединений на стороне 6-10 кВ .............................. 115 5.2.2 Схемы электрических соединений на стороне 35 кВ и выше .................... 117 5.2.3 Схемы распределительных подстанций напряжением до и выше 1 кВ .... 121 ГЛАВА 6. РЕЖИМЫ РАБОТЫ НЕЙТРАЛЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ... 123 6.1 Изолированная нейтраль ........................................................................................... 123 6.2 Компенсированная нейтраль .................................................................................... 125 6.3 Эффективно-заземленная нейтраль ......................................................................... 127 6.4 Глухозаземленная нейтраль ...................................................................................... 127 ЗАКЛЮЧЕНИЕ .............................................................................................................. 130 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ....................................................................... 131 ПРИЛОЖЕНИЕ А. Справочные данные воздушных и кабельных линий ........ 132 ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Справочные данные трансформаторов ................................. 151 ПРИЛОЖЕНИЕ В. Технические параметры электрооборудования станций и подстанций ............................................................................... 153 4
ВВЕДЕНИЕ Раздел «Электрооборудование электрических сетей, станций и подстанций» является неотъемлемой составляющей, без которой невозможно полноценное изучение многих специальных дисциплин направлений 13.03.02 и 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника». Основным назначением электрического оборудования является обеспечение надежной и безопасной работы всей энергосистемы. Условия выбора зависят от основных параметров электрооборудования, окружающей среды, температуры воздуха и т.д. При разработке и эксплуатации электрических сетей выбирают параметры линий электропередачи, оборудование и характеристики устройств релейной защиты и автоматики. Экономичность работы сетей характеризуют значения потерь активной и реактивной мощности в рассматриваемых режимах работы, а также значения потерь электроэнергии. В свою очередь, минимизация потерь мощности и электроэнергии зависят от рационального выбора трансформаторов, воздушных и кабельных линий и прочих элементов электрооборудования подстанций и сетей. На всех стадиях проектирования станций и подстанций важно не только правильно выбрать электрооборудование, но и схемы электрических соединений. Для этого необходимо учесть следующие факторы: назначение подстанции, температуру среды, скорость ветра, диапазон напряжений, вид распределительного устройства и другие параметры. Знание вышеупомянутых вопросов позволяет перейти к изучению специальных дисциплин по электроснабжению, релейной защите, монтажу и эксплуатации электроустановок, технике высоких напряжений и т.д. Именно этим руководствовались авторы при написании данного учебного пособия. Учебное пособие предназначено для дисциплин Б1.В.ОД.9 «Электрооборудование источников энергии, электрических сетей и промышленных предприятий», Б1.Б5 «Электрооборудование подстанций» согласно Федеральному государственному образовательному стандарту высшего образования для направления подготовки бакалавров и магистров 13.03.02, 13.04.02 - Электроэнергетика и электротехника, а также при изучении других дисциплин студентами указанных направлений. Учебное пособие состоит из пяти разделов: канализация электрической энергии, силовые трансформаторы и автотрансформаторы, электрические аппараты станций и подстанций, распределительные и трансформаторные подстанции, схемы электрических соединений. Авторы выражают глубокую признательность рецензентам рукописи: главному инженеру производственного отделения «Вологодские электрические сети» филиала ПАО «МРСК Северо-Запада» «Вологдаэнерго» Циберному Ю. П. и заведующему кафедрой электрооборудования Липецкого государственного технического университета доктору технических наук, профессору Шпигановичу А. Н. Отзывы и предложения просим направлять по адресу: 160000, г. Вологда, ул. Ленина, 15, ВоГУ, кафедра электрооборудования. 5
ГЛАВА 1. КАНАЛИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Электрической сетью называется совокупность электроустановок для передачи и распределения электроэнергии на определенной территории, состоящая из подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий электропередачи, аппаратуры защиты и управления. Канализация электроэнергии в системах электроснабжения осуществляется: воздушными линиями, кабельными линиями, токопроводами, электропроводками. 1.1 Воздушные линии Воздушные линии - устройства для передачи и распределения электроэнергии по проводам, расположенные на открытом воздухе и прикреплен- ные при помощи изоляторов и арматуры к опорам или кронштейнам, стойкам на зданиях и инженерных сооружениях (мостах, путепроводах, эстакадах и т. п.). Основными элементами воздушных линий напряжением до и выше 1 кВ являются провода, изоляторы, линейная арматура, опоры и фундаменты. По количеству цепей ВЛ делят на одно-, двух- и многоцепные. Количество цепей определяется схемой электроснабжения и необходимостью ее резервирования. Если по схеме электроснабжения требуются две цепи, то эти цепи могут быть подвешены на двух отдельных одноцепных ВЛ с одноцепными опорами или на одной двухцепной ВЛ с двухцепными опорами. Расстояние между соседними опорами называется пролетом. Для воздушных линий напряжением до 1 кВ могут применяться следующие виды опор: 1. Промежуточные опоры, устанавливаемые на прямых участках трассы ВЛ. 2. Анкерные опоры, устанавливаемые на пересечениях с различными сооружениями, а также в местах изменения количества, марок и сечений проводов. 3. Угловые опоры, устанавливаемые в местах изменения направления трассы ВЛ. 4. Концевые опоры, устанавливаемые в начале и конце ВЛ, а также в местах, ограничивающих кабельные вставки. 5. Ответвительные опоры, на которых выполняются ответвления от ВЛ. 6. Перекрестные опоры, на которых выполняется пересечение ВЛ двух направлений. Опоры ВЛ напряжением выше 1 кВ разделяются на два основных типа: анкерные опоры и промежуточные. По роду материала различают деревянные, стальные и железобетонные опоры. 6
странах, агающих лесными Дер ревянны е опоры ы примен и. Достои инствами дерева ка няются в ак матери иала для о , распола опор явля яются: не ебольшой и й й вес, вы ысокая ме еханическ кая проч ность, хо орошие э электроиз оляционриродный круглый й сортаме ент, обесп печивающ щий прос стые конйства, пр и. Недост ревесины является я ее гниен ние, для у уменьшен ния кото- - - запасами удельны ные свой струкции рого при ики. Для именяют а я ВЛ напр татком др антисепти ряжением кВ целес о примен нять одно стоечные е бразные» ьным расп сообразно положени одов. Сто ойку опо- м 20 и 35 треуголь олняют с опоры с оставной й: верхню юю часть (собстве ием прово енно стой йку) - из з бревен, , юю часть зываемый й «пасын из железо обетона с м ры с желе езобетонн нок») - и ным пасы ынком соч четают в с сечением себе преь (так на ные опор м. Состав тва желез зобетонны ых и дер ревянных опор: гр розоустой йчивость и сопро- - «свечеоб ры выпо а нижню 20î20 см имущест тивляемо ость гние нию в ме есте касан ния с грун нтом. сравнеЖелез зобетонн ные оп поры по ию с ме еталличес олее дол лговечны как треэкономи ичны в эк скими бо ксплуатац ции, так ьше уход да и рем монта. О Основное ство - ум меньшени ие расход ни и бу пр на уют мен реимущес а 40-75 , недостат ток - боль да стали са. По сп пособу из зготовлен льшая мас ния желез зобетоные опоры онируемы ые на мете устано ы делят на овки (боль а: а) бето ьшей част тью таки ие опоры рименяют т за рубе жом); б) заводско ого изгоны ст пр то ироко при ьные оп поры ши овления. Сталь а ВЛ нап пряжением м 35 кВ именяют По контруктивно ому испо олнению и выше. стальные е опоры или одмогут быть ь двух ви идов: а) б башенные на ст м но остоечны ые; б) порт тальные. Достои инством с яется их подверысокая п прочность стальных ь, недоста опор явл атком - женность к , что треб бует при э ации про периоди ической .1 – Конст трукция ста альной Рисунок 1 одноцепн жуточной о опоры ли нане коррозии, оведения сения ан нтикорро озийного эксплуаокраски покры- н ной промеж напряжение ем 35 кВ вы ж та ил ти ия. Кон я стально ой одноце епной пр ромежуто оры напр ряжением м чной опо 35 кВ пр нструкция редставлен на на рис . 1.1 (разм меры при метрах). Про овода возд душных л линий вы полняют иведены в неизолир рованным ми, состоя ящими из з ли нескол льких сви итых пров волок. Пр одной пр и, называ- имеют м меньшую ровода из прочност ть и прим роволоки меняют т только на а лочными, до 1 кВ. одной ил емые одн ВЛ напря нопровол яжением Мно огопровол провода, с свитые из з несколь ьких пров волок, пр рименяют т на ВЛ вс сех напряж лочные п жений. 7
Материалы проводов и тросов должны удовлетворять следующим основным требованиям: 1) иметь высокую электрическую проводимость ( наибольшую имеет медь, затем бронза и алюминий, сталь имеет более низкую электрическую проводимость); 2) обладать достаточной прочностью; стальная проволока имеет предел прочности 65-70 (до 120), медная - 39, алюминиевая - 15-16 кг/мм2; 3) выдерживать атмосферные воздействия (в этом отношении наибольшей стойкостью обладают медные и бронзовые провода; провода из алюминия подвержены коррозии, особенно на морских побережьях, где в воздухе содержатся соли; стальные провода разрушаются даже в нормальных атмосферных условиях, поэтому их оцинковывают). Медь как материал для проводов ВЛ является дорогим и дефицитным материалом, поэтому основными материалами, используемыми для изготовления проводов, можно считать алюминий, сталь и их сплавы. Желание повысить механическую прочность привело к изготовлению алюминиевых проводов со стальным сердечником, называемых сталеалюминиевыми. Сердечник провода выполняется из одной или нескольких свитых стальных оцинкованных проволок. Алюминиевые проволоки, покрывающие стальной сердечник одним, двумя или тремя повивами, являются токоведущей частью провода. Электропроводность стального сердечника мала и поэтому не учитывается. Для ВЛ напряжением до 1 кВ применяют однопроволочные стальные провода диаметром не менее 4 и не более 5 мм. Ограничение нижнего преде- ла обусловлено тем, что провода меньшего диаметра имеют недостаточную механическую прочность. Верхний предел ограничен из-за того, что изгибы однопроволочного провода большего диаметра могут вызвать в его внешних слоях такие остаточные деформации, которые снижают его механическую прочность. Многопроволочные провода, скрученные из нескольких проволок, обладают большой гибкостью, такие провода могут выполняться любым сечением. Диаметры отдельных проволок и их количество подбирают так, чтобы сумма поперечных сечений отдельных проволок дала требуемое общее сечение провода. Как правило, многопроволочные провода изготовляют из круглых проволок, причем в центре помещаются одна или несколько проволок одинакового диаметра. Провода и тросы изготовляют следующих марок: А - из алюминиевых проволок марки АТ (твердой неотожженной) или АМ (отожженной мягкой) сплавов АН, АЖ; АС, АСКС - из стального сердечника и алюминиевых проволок; ПС - из стальных проволок; ПСТ - из стальной оцинкованной проволоки. Сталеалюминевые провода изготавливаются следующих марок: АС; АСО (облегченной конструкции); АСУ (усиленной конструкции). Наиболее целесообразно применение проводов АСО. 8
Например, А-50 обозначает: алюминиевый провод, сечение которого равно 50 мм2. Номинальным сечением называется округленная величина фактического сечения провода. Принята следующая шкала номинальных сечений неизолированных проводов: 4, 6, 10, 16, 25, 35, 50, 70, 95, 120, 185, 240, 300, 400, 500, 600, 700 мм2. Для ЛЭП напряжением 110 кВ и выше минимальное сечение проводов по механической прочности - 70 мм2. Самонесущий изолированный провод (СИП) - тип провода, предназначенного для передачи и распределения электроэнергии в воздушных силовых и осветительных сетях напряжением от 0,6/1 кВ или до 35 кВ. Самонесущие изолированные провода в отличие от проводов неизолированных, имеют изолирующее полиэтиленовое покрытие на фазных проводах и, в зависимости от модификации, имеют или не имеют подобное покрытие на несущем нейтральном проводе. Кроме того, есть разновидность СИП без несущего провода, у которого все четыре провода изолированы. Все три системы СИП на сегодняшний день являются равноправными, поскольку они одинаково широко получили распространение в десятках стран. Преимущества СИП состоят в том, что при его использовании: 1) не требуется заземление каждой опоры ВЛ; 2) отсутствует риск схлестывания проводов; 3) не происходит короткого замыкания во время дождя; 4) не требуют монтажа дополнительных изоляторов и так далее; 5) уменьшается ширина просеки; в городе требуется меньшая полоса отчуждения земли; 6) применение СИП снижает эксплуатационные расходы до 80 ; 7) затрудняется возможность незаконных подключений для кражи электроэнергии. На современном рынке, провод СИП представлен следующими классификациями: 1) система с неизолированной несущей сталеалюминевой жилой (СИП-1); 2) системы с изолированной несущей жилой (СИП-2); 3) самонесущие изолированные конструкции (СИП-3, СИП-4, СИП-5). СИП-1 (рис. 1.2) довольно редко используют при монтаже ВЛ, т.к. у них достаточно высокая стоимость, низкая эффективность (технические характеристики) и их сложно монтировать. Провод данной марки конструктивно изготавливается из одного или трехжильного (при трехфазной системе электроснабжения) токоведущего проводника, который по всей протяженности линии окутывает неизолированную нейтраль. 9
Рисун нок 1.2 – Ко онструкция я самонесу ущего изоли ированного о провода ( (СИП–1, СИ ИП–2) СИП П-2 (рис. . 1.2) в о от СИП-1 имеет изоляцию ю абсолю ютно всех х и нейтра отличии о али). Про П-2 также состоит из одног о или чеом числе оковедущ щих фазны ых жил и вод СИП одного и изолирова анного ну улевого п проводниляция СИ ИП-2 вып полнена и из сшитог го полиэт тилена (с светостаб билизиро- - - жил (в то тырех то ка. Изол ванного) ). 3 Р Рисунок 1.3 3 – Констр рукция само онесущего изолирован нного пров вода СИП–3 СИП П-3 (рис. 1.3) - эт сущий из нный пров вод, кото орый спо- ередавать электроэ на больши золирован ие расстоя анном пр роводе вс ю изолир ие к опо- собен пе В да яния. ованы, а исходит с о самонес нергию н е жилы п ю специа полностью альных ан нкерных з надежно о с помощь вую несущ щую жилу у. Провод д СИП-3 зажимов, состоит и креплени которые из 1 или 4 4 токове- ков и пр редназнач чен для м монтажа в в высоко овольтных х линиях х рам прои закрепля дущих п (до 20 кВ яют нулев проводник В). Нул ла в СИП -3 состои ит из нес скольких десятков жил (в з ависимо- сти от се левая жил ечения), с крученны ых вокруг г централь ьной стал льной про оволоки. 10