Для обеспечения надежного электроснабжения электроприемников II категории схема сети должна иметь резервные элементы, которые вводятся в работу (после повреждения основных элементов) оперативным персоналом. При этом может быть непосредственное резервирование линий напряжением 6-20 кВ, трансформаторов и линий 0,4 кВ, а также взаимное резервирование отдельных элементов сети (трансформаторов через сеть 0,4 кВ, резервирование линий 6-50 кВ и трансформаторов через сеть 0,4 кВ).
Поэтому основной принцип построения распределительной сети для электроснабжения приемников II категории состоит в сочетании петлевых линий напряжением 6-20 кВ, обеспечивающих двухстороннее питание каждой ТП, и петлевых линий напряжением 0,4 кВ, присоединяемых к одной или разным ТП для питания: потребителей. Допускается также использование автоматизированных схем (многолучевой, двухлучевой), если их применение увеличивает приведенные затраты городской электрической сети не более чем на 5 %.
Типовые схемы электроснабжения промышленных предприятий
Схема, показанная на рис. 1, предусматривает возможность двухстороннего питания ТП по сети напряжением: 6-20 кВ и вводов 0,4 кВ, присоединенных к петлевым линиям напряжением 0,4 кВ, и предназначена для питания приемников II и III категорий.
Рис 1. Схема электроснабжения потребителей II категории (петлевая схема сети напряжением 6-20 кВ и 0,4 кВ)
Мощность трансформаторов ТП выбирается с резервом на случай питания потребителей, подключенных к петлевым линиям 0,4 кВ, отходящим от одной ТП, т.е. мощности трансформатора должно быть достаточно для обеспечения ограниченного резервирования питания потребителей.
Сеть напряжением 0,4 кВ может работать в замкнутом режиме и, следовательно, трансформаторы ТП окажутся параллельно работающими через сеть пряжением 0,4 кВ. В этом случае питание ТП по линиям 6-20 кВ должно осуществляться от одного источника, а в цепи 0,4 кВ трансформаторов устанавливают автоматы обратной мощности.
На рис. 1 петлевые распределительные линии напряжением 0,4 кВ питают приемники II категории (а1, а2, b1, b2, l1, l2). Приемники III категории (с1, d1) питаются по радиальным нерезервированным линиям или отдельным вводам к ним.
Для питания потребителя II категории с2 предусмотрены два ввода от ТП2, а для потребителей а1 и а2 петлевая линия от одного источника (ТП1). Такая схема питания допустима при наличии в городской сети централизованного резерва трансформаторов и возможности замены поврежденного трансформатора в течение суток.
Питание потребителей b1, b2 и l1, l2 осуществляется от петлевых линий напряжением 0,4 кВ, соединяющих ТП1 и ТП2, а также ТП2 и ТП3.
Петлевые линии напряжением 0,4 кВ содержат специальное распределительное устройство, так называемый соединительный пункт (П1, П2), конструкция которого предусматривает возможность установки предохранителей на подходящих к нему линиях.
В нормальном режиме распределительная сеть напряжением 0,4 кВ в соединительном пункте разомкнута и каждая ТП питает свой район сети. По этим условиям выбираются сечения проводов линий напряжением 6 - 20 кВ и 0,4 кВ и мощности трансформаторов ТП.
Выбранные параметры проверяются далее в условиях, возникающих при нарушениях нормального режима. Так, сечение линий напряжением 6-20 кВ должно обеспечить пропуск всей мощности ТП, присоединенных к петлевой линии. Аналогичным образом выбирается сечение линий напряжением 0,4 кВ, т.е. сечение проводов должно обеспечить пропуск всей мощности, подключенной к петлевой линии напряжением 0,4 кВ (в нашем примере это мощности потребителей a1 и а2, или l1 и l2,или b1 и b2). Сечение вводов к потребителю с2 принимается по условию питания этого потребителя по одному вводу при аварийном, отключении второго.
Мощность трансформаторов в ТП выбирается с учетом поочередного выхода соседних трансформаторов из работы и резервирования электроснабжения потребителей, питающихся только петлевым линиям напряжением 0,4 кВ. Так, при выходе из строя трансформатора ТП2 нагрузка потребителя b2 должна получить питание от ТП1 после установки предохранителя F11, а нагрузка потребителя l1 - от ТП3 после установки предохранителя F17. При повреждении трансформатора ТП3 нагрузка потребителя l2 получает питание от ТП2, а нагрузка d1 отключается на время ремонта или замены поврежденного трансформатора ТП3.
Таким образом, мощность трансформатора ТП1 должна быть определена с учетом необходимости питания потребителя b2, а мощность трансформатора ТПЗ - с учетом необходимости питания потребителя l1.
Мощность трансформатора ТП2 должна определяться с учетом необходимости питания наибольшей из мощностей нагрузок потребителей b1 и l2 (см. рис. 1). Резервная мощность трансформатора определяется конфигурацией сети напряжением 0,4 кВ, и в принципе можно установить в ТП трансформаторы такой мощности, которой было бы достаточно для удовлетворения потребностей всех потребителей отключившихся ТП. Однако в этом случае резко возрастет стоимость сооружения сети.
Если в соединительном пункте П1 установить предохранитель, то петлевая линия напряжением 0,4 кВ окажется замкнутой и трансформаторы ТП (если они удовлетворяют условию параллельной работы) будут связаны между собой параллельной работой через сеть напряжением 0,4 кВ. Сеть в таком случае называется полузамкнутой. В такой сети минимален уровень потерь энергии улучшается качество подаваемой потребителю энергии, повышается надежность работы сети.
Как видно из рис. 1, на параллельную работу включаются трансформаторы, связанные только с одной линией напряжением 6-20 кВ. На параллельную работу могут включаться также трансформаторы, питание которых производится от разных распределительных линий напряжением 6-20 кВ, отходящих только от одного источника, во избежание подпитки точки короткого замыкания в сети напряжением 6-20 кВ через есть напряжением 0,4 кВ от параллельно работающего трансформатора в цепях 0,33 кВ трансформаторов должны устанавливаться автоматы обратной мощности.
При работе сети напряжением 0,4 кВ в замкнутом режиме в соединительных пунктах устанавливаются предохранители с номинальным током на две-три ступени меньше, чем на головных участках петлевой линии 0,4 кВ и ТП.
При повреждении участка петлевой линии 0,4 кВ, например в точке K1 (см. рис. 1), перегорает предохранитель П1 и предохранитель на головном участке этой линии в ТП1. Потребитель при этом продолжает получать питание от ТП2. Нахождение места и определение характера повреждений, а также необходимые переключения в сети производятся обслуживающим персоналом.
Рис. 2. Петлевая схема сети напряжением 6 - 20 кВ и 0,4 кВ
При отсутствии в замкнутой сети напряжением 0,4 кВ предохранителя П1 и повреждении а точке K1 должны перегореть предохранители на головных участках петлевой линии в ТП1 и ТП2, в результате чего прекращается подача электроэнергии потребителям.
В схеме, приведенной на рис. 1, выпадение любого элемента сети связано с нарушением электроснабжения отдельных потребителей. При повреждении, например, на головном участке линии напряжением 6-20 кВ от ЦП1 эта линия вместе с ТП1 и ТП2 отключается релейной защитой со стороны ЦП1. Одновременно перегорает предохранитель П1. В результате нарушается электроснабжение потребителей, питаемых от ТП1 и ТП2.
После выявления и локализации поврежденного участка включается разъединитель Р1 и петлевая линия получает питание от ЦП2, тем самым восстанавливается электроснабжение ТП1 и ТП2.
При повреждении трансформатора в любой из ТП перегорают предохранители со стороны 6-20 кВ и предохранители соединительных пунктов. В результате нарушается электроснабжение потребителей, питаемых от ТП.
Заметим, что местонахождение нормального размыкания петлевой линии 6-20 кВ (разъединителем Р1) выявляется в результате расчета на основе минимума потерь мощности или энергии в схеме сети. Отметим особенности построения замкнутых сетей напряжением 0,4 кВ, получивших широкое распространение за рубежом. Наличие замкнутой сети напряжением 0,4 кВ обеспечивает параллельную работу всех трансформаторов сети.
Распределительная сеть 6-20 кВ должна при этом выполняться радиальными линиями одностороннего питания. Резервирование отдельных элементов сети при их повреждении производится автоматически через замкнутую сеть 0,4 кВ, При этом обеспечивается бесперебойное питание потребителей при повреждении линий 6-20 кВ и трансформаторов, а также линий 0,4 кВ в зависимости от принятого способа их защиты (рис. 3).
Рис. 3. Замкнутая сеть напряжением 0,4 кВ без применения защиты
При защите замкнутых линий 0,4 кВ плавкими предохранителями происходит отключение потребителей в случае повреждения самих линий. Если бы защита сети базировалась на принципе самоликвидации места повреждения за счет выгорания кабеля и запекания его изоляции с обеих сторон, как это имело место в первых глухо замкнутых сетях США, то бесперебойность электроснабжения потребителей нарушалась бы только в случае повреждений: на вводах 0,4 кВ к ним.
Указанный принцип защиты оказался наиболее приемлемый для сетей с одножильными кабелями с искусственной изоляцией, прокладываемыми в блоках. В сетях е четырехжильными кабелями с бумажно-масляной изоляцией, используемыми в нашей стране, применение подобного принципа вызывает затруднения.
Самоликвидация места повреждения происходит за счет того, что дуга, возникающая в месте короткого замыкания, через несколько периодов гаснет сама собой вследствие образования большого количества неионизированных газов, выделяющихся при горении изоляции кабеля и низкого напряжения сети, не способного поддерживать дугу.
Надежное гашение дуги происходит при напряжении 0,4 кВ и токе через дугу 2,5-18 А. В месте повреждения кабель выгорает, концы его оказываются закодированными спекшейся массой из изоляции кабеля. Однако с увеличением мощности короткого замыкания и ухудшением условий выгорания кабеля в сетях США стали применяться ограничители (грубые предохранители), локализующие поврежденный участок при затяжном процессе гашения дуги в месте повреждения кабеля.
В отличие от петлевой схемы выбор параметров отдельных элементов сети производится по условию питания всех ее потребителей в нормальном и послеаварийном режимах, возникающих в сети при повреждениях ее элементов.
Сечение линий напряжением 0,4 кВ и мощность трансформаторов должны определяться с учетом потокораспределения в замкнутой сети и проверяться по условиям послеаварийного режима при выходе из работы одной да распределительных линий 6-20 кВ вместе с трансформаторами. При этом пропускная способность линий и мощность оставшихся в работе трансформаторов должны быть постаточными для обеспечения работы всех потребителей сети без ограничения их мощности па время послеаварийного режима. Сечение линий напряжением 6-20 кВ также должно определяться с учетом выхода из работы других линий 6-20 кВ.
Сеть напряжением 0,4 кВ выполнена замкнутой без применения защиты. Сеть напряжением 6-20 кВ состоит из отдельных распределительных линий Л1 и Л2. На стороне 0,4 кВ трансформаторов устанавливаются автоматы обратной мощности, отключающиеся при повреждениях в сети 6-20 кВ (линии или трансформаторов) и подпитке места повреждения от неповрежденной линии Л2 через трансформатор и замкнутую сеть напряжением 0,4 кВ. Отключение автомата производится только при изменении направления потока энергии на обратное.
При повреждении распределительной линии напряжением 6-20 кВ в точке К1 линия Л1 отключается со стороны ЦП. Трансформаторы, связанные с данной линией, отключаются от сети напряжением 0,4 кВ автоматами обратной мощности, установленными в ТП на напряжении 0,4 кВ, Места повреждения таким образом локализуется, а питание потребителей 0,4 кВ осуществляется от Л2 и ТП3.
При повреждении в точке К2 сети напряжением 0,4 кВ, место повреждения должно самоликвидироваться за счет выгорания кабеля, и электроснабжение может быть нарушено лишь при повреждениях на вводах к потребителю.
Так как использование явления самовыгорания четырехжильного кабеля с изоляцией с вязкой пропиткой встретило значительные затруднения, для защиты сети стали применять автоматы обратной мощности с селективными предохранителями, которые устанавливаются на всех линиях 0,4 кВ.
При повреждении линии 0,4 кВ перегорают предохранители, установленные на ее концах, и электроснабжение потребителей, подключенных к данной линии, нарушается. Поскольку объем отключений потребителей небольшой, то сочетание автоматов обратной мощности, с предохранителями при наличии замкнутой сети напряжением 0,4 кВ наиболее распространено в городах Европы.
Замкнутые сети напряжением 0,4 кВ применяются у нас в стране и за рубежом с питанием от одного источника. Это позволяет использовать простейшее устройство автомата обратной мощности. При питании замкнутой сети от разных источников и кратковременном снижении напряжения на шинах одного из ЦП происходит изменение направления потока мощности через автоматы обратной мощности. Последние отключаются, следовательно, отключаются все ТП, связанные с этим источником.
Автоматы обратной мощности в этой случае должны быть оборудованы устройствами автоматического повторного включения, работающими в зависимости от уровня напряжения на вторичной стороне трансформаторов. При восстановлении напряжения отключенные автоматы обратной мощности автоматически включаются и схема замкнутой сети восстанавливается. Устройство автоматического повторного включения значительно усложняет автоматы обратной мощности, так как необходимы автоматический привод для воздушного выключения и специальное реле напряжений. Поэтому схемы замкнутой сети с питанием от разных источников распространения не получили.
Замкнутая сеть напряжением 0,4 кВ обеспечивает более надежное электроснабжение потребителей, пониженные потери электроэнергии в сети и лучшее качество напряжения у потребителей. Поскольку питание такой сети осуществляется от одного источника, она может быть использована лишь для электроснабжения потребителей II категории.
На основе замкнутой схемы сети напряжением 0,4 кВ была разработана ее модификация, предусматривающая дополнительную установку устройств автоматического ввода резерва (АВР) в сети напряжением 6-20 кВ, пусковым органом которых служат автоматы обратной мощности. При этом сеть 0,4 кВ защищается предохранителями.