Главная Статьи Комплектные распределительные устройства серии TEL

Комплектные распределительные устройства серии TEL

Добавлено: 26.02.12 | Авторство: А.Н. Пасько, С.В. Малинин, И.Т. Голиков | Просмотров: 5193

Комплектные распределительные устройства серии TEL

Несколько десятилетий с момента изобретения, самодвижущиеся повозки выпускались с характерно высокой посадкой водителей (рис. 1). В каретах такая посадка обеспечивала вознице обзор поверх упряжки и, несмотря на отсутствие лошадей, в неизменном виде копировалась в первых автомобилях. Это один из наиболее ярких примеров традиционализма производства и эксплуатации, в полной мере присущих электротехнике.

Рис. 1. Автомобиль И.В. Романова. 1899 г.

Вакуумные выключатели конца 60-х годов прошлого века не только во многом повторяли компоновку маломасляных и элегазовых коммутационных аппаратов, но и обладали сопоставимыми габаритами. В процессе развития технологии, вакуумные камеры становились всё более компактными (рис. 2), что способствовало уменьшению габаритных размеров выключателей в целом. При этом КРУ уменьшались не столь стремительно (рис. 3). Отчасти это было обусловлено тем, что на начальном этапе привод вакуумных выключателей конструировался на базе технических решений, характерных для коммутационных аппаратов предыдущего поколения. Но, в основном, габаритные размеры шкафов КРУ выбирались на основании минимальных расстояний между открытыми токоведущими частями разных фаз, а также по отношению к заземлённым элементам конструкции, обеспечивающих требуемую [2] электрическую прочность изоляции. Кроме того, производители КРУ сохраняли унификацию, позволяющую устанавливать выключатели разных типов в один корпус.

Рис. 2. Динамика изменения размеров вакуумных дугогасительных камер 15 кВ 12 кА одного из производителей [1]Рис. 3. Среднестатистическая оценка фронтального размера серийных КРУ 10 кВ

В 1995 году, на основании анализа потребностей городских электрических сетей 6 – 10 кВ, предприятие «Таврида Электрик» принимает решение о создании комплектного распределительного устройства с минимальными габаритными размерами, в полной мере реализующее достоинства вакуумного выключателя ВВ/TEL. Высокие эксплуатационные характеристики в части, касающейся механического и коммутационного ресурсов, надёжности и отсутствия необходимости обслуживания при эксплуатации, позволяют разместить вакуумные выключатели стационарно. Поскольку работоспособность ВВ/TEL не зависит от положения в пространстве, выключатель устанавливается высоковольтными модулями вниз, полюсами вглубь шкафа КРУ. Применение современных изоляционных материалов, полностью закрывающих токоведущие части комплектного распределительного устройства и снижающих вероятность развития дугового короткого замыкания, позволило объединить до четырёх присоединений в одном шкафу. Такому решению способствовали компактность и малый вес выключателей ВВ/TEL.

Основой конструкции КРУ/TEL является экструзионный алюминиевый профиль, сечение которого разработано специально для данных распределительных устройств. Он обеспечивает то сочетание простоты конфигурирования и сборки, прочности и малого веса каркаса шкафа, которые невозможно достичь при использовании сварной конструкции. Расположение выключателя определяет функциональное разделение КРУ/TEL на отсек релейной защиты и автоматики (РЗиА), низковольтный, высоковольтный (отсек выключателей) и кабельный отсеки (рис. 4).

Рис. 4.  Комплектное распределительное устройство серии TEL

Отдельного отсека сборных шин, в отличие от общеупотребительной компоновки, нет – сборные шины формируются соединением токоведущих элементов, являющихся составной частью выключателя (рис. 5). В качестве устройства, обеспечивающего видимый разрыв токоведущей цепи, используется разъединитель-заземлитель, главные контакты и привод которого перемещаются аксиально контактам вакуумного выключателя. Разъединитель-заземлитель в положении «включено» соединяет кабельный токоприёмник с неподвижным контактом вакуумной камеры, а в положении «заземлено» - с шиной заземления и основанием высоковольтного отсека. На присоединениях, не требующих заземления токоприёмника, вместо контакта заземления устанавливается изолятор, чем осуществляется схема работы обычного разъединителя.

Рис. 5. Соединение сборных шинРис. 6.  Кабельный токоприёмник

Вывод кабельного токоприёмника, предназначенный для подключения силового кабеля сечением до 240 мм2, проходит через тороидальные трансформаторы тока и служит первичной обкладкой емкостного датчика напряжения (рис. 6). Силовой кабель подключается при помощи специального наконечника, также защищённого изолятором. Контакты разъединителя, соединителя сборных шин и кабельного наконечника – цангового типа, что обеспечивает компактность контактных соединений, простоту монтажа и изоляции, а также повышенную надёжность за счёт использования эффекта «электродинамического поджатия», проявляющегося на ламелях соответствующей конфигурации при протекании токов короткого замыкания [3].

Вакуумный выключатель, разъединитель-заземлитель и кабельные токоприемники образуют модуль отходящей линии. Путём изменения конфигурации и состава модуля в соответствие с его функциональным назначением, формируется сетка схем главных цепей, представленная на рис. 7. При этом для присоединения к сборным шинам используются узлы, основанные на конструктиве вакуумного выключателя. В пределах одного шкафа могут устанавливаться модули, выполняющие разные функции, например, шкаф ввода содержит модуль с выключателем и разъединителем, модуль с измерительным трансформатором напряжения и ограничителями перенапряжений, подключенными к сборным шинам, и модуль секционного выключателя (или разъединителя).

Рис. 7. Схемы главных цепей модулей КРУ/TEL

Технические решения, перечисленные выше, позволяют разместить четыре отходящих линии с вакуумными выключателями, разъединителями-заземлителями, трансформаторами тока и датчиками напряжения на каждой фазе, в шкаф КРУ с фронтальным размером 850 мм., то есть ширина одного присоединения составляет 212,5 мм. Этот рекордный показатель позволяет КРУ серии TEL в течение одиннадцати лет удерживать лидирующие позиции по минимальной величине объёма, занимаемого фидером, среди распределительных устройств с воздушной и комбинированной изоляцией данного класса напряжений.

Для соединения шкафов главных цепей по сборным шинам используются элементы, идентичные применяемым при формировании сборных шин в высоковольтном отсеке, за исключением узлов секционирования, которые соединяются секционной шиной.

Простота управления выключателем ВВ/TEL определила широкий спектр устройств релейной защиты и автоматики, которые можно использовать в комплектных распределительных устройствах серии TEL. Единственное ограничение – соответствие габаритным размерам релейного отсека присоединения. С учетом данного требования, наиболее подходящими для КРУ/TEL являются микропроцессорные реле защиты. В настоящее время, в качестве типового варианта, устанавливаются реле производства «Microelettrica Scientifica» (Италия), которые обеспечивает требуемую функциональность, высокую надёжность и оптимальную стоимость системы РЗиА. Для бесперебойной работы в аварийных режимах используется системы независимого электропитания, гарантирующие работоспособность защит и управления подстанцией в течение требуемого времени при отсутствии внешних источников питания. При необходимости, функции управления вакуумными выключателями, также как и всю информацию о текущем состоянии и истории событий на подстанции, можно вывести на диспетчерский пункт при помощи локальной системы SCADA, которой, при наличии соответствующего требования, комплектуются КРУ/TEL.

Таблица 1. Основные технически характеристики КРУ/TEL.

N Наименование параметра
Значение параметра
1 Номинальное напряжение (линейное), кВ 10,0
2 Наибольшее рабочее напряжение (линейное), кВ 12,0
3 Номинальный ток сборных шин, А 400
4 Номинальный ток главных цепей, А
- сборных шин
- однокабельного присоединения
- двухкабельного присоединения
400
400
630
5 Номинальный ток отключения выключателей, встроенных в КРУ, кА 16,0
6 Ток термической стойкости, кА 16,0
7 Номинальный ток электродинамической стойкости (амплитуда), кА 41,0
8 Действующее значение одноминутного испытательного
напряжения частотой 50 Гц, кВ
- опорной изоляции и выключателя
- воздушного промежутка разъединителя
42
48
9 Испытательное напряжение полных грозовых импульсов с
параметрами по ГОСТ 1516.2, кВ
75
10 Номинальное напряжение вспомогательных цепей, В 220
11 Допустимое отклонение напряжения вспомогательных цепей -15%; +10%
12 Уровень изоляции по ГОСТ 1516.1 нормальная
13 Вид изоляции комбинированная (твердая и воздушная)
14 Наличие изоляции токоведущих шин главных цепей с изолированными шинами
15 Наличие выкатных элементов в шкафах без выкатных элементов
16 Вид линейных высоковольтных присоединений кабельные нижние в шкафу
17 Условия обслуживания с односторонним обслуживанием
18 Степень защиты оболочек по ГОСТ 14254 IР40 (со стороны зоны обслуживания)
19 Климатическое исполнение и категория размещения У3
20 Диапазон рабочих температур -25 ºС - +40 ºС
21 Группа механического исполнения по ГОСТ 17516.1 М39
22 Вид управления местное, дистанционное и телеуправление
23 Срок службы до замены, лет, не менее 25
24 Вид поставки отдельными шкафами

Параметры шкафов КРУ/TEL, приведённые в таблице, полностью соответствуют применению в составе РП/ТП городских кабельных сетей 6 (10) кВ. На каждую секцию двухсекционной подстанция с номинальным напряжением 10 кВ, выполненной на базе комплектных распределительных устройств серии TEL, может быть подключено до 4-х силовых трансформатора 10/0,4 кВ мощностью 1000 кВА. При этом размер такого распределительного устройства не будет превышать четырёх метров (рис. 8).

Рис. 8. Однолинейная схема главных цепей и габаритные размеры подстанции с двумя секциями сборных шин на базе КРУ серии TEL

Экономический эффект от применения КРУ/TEL был рассчитан проектным институтом ГНИПИТИ «Энергоперспектива» (г. Киев) при подготовке типового проекта распределительного пункта, совмещённого с трансформаторной подстанцией 6 (10)/0,4 кВ [4]. По сравнению с аналогичным проектом, выполненном с использованием шкафов КСО 285, сокращение общего строительного объёма (для варианта с трансформаторами 1000 кВА) составило 71 %, а площади застройки – 54%. Даже не принимая во внимание значительное сокращение расходов на строительные материалы и эксплуатационные затраты, при стоимости одного квадратного метра земли в черте города порядка 1 000 гривен, реальная экономия только на площади РП/ТП составляет 54 000 гривен.

Рис. 9. Здание РП/ТП, построенное по типовому проекту У.407-3-0653.2000Рис. 10. Распределительное устройство 10 кВ на базе КРУ/TEL (12 присоединений) в составе РП/ТП

По результатам работы межведомственной комиссии и технического совещания Управления координации работы электрических сетей, малогабаритные комплектные распределительные устройства КРУ/TEL-10 были утверждены к серийному производству и, приказом Государственного Департамента электроэнергетики Минтопэнерго Украины №3 от 13.11.2000 г., рекомендованы к применению в электрических сетях 6 – 10 кВ. С начала 2002 года, уже в качестве серийного изделия, распределительные устройства серии TEL сертифицированы на соответствие общим техническим требованиям и требованиям безопасности в системе УкрСЕПРО, а качество их изготовления обеспечивается производственным процессом, отвечающим требованиям стандарта ISO 9001:2000 к системам менеджмента качества, что подтверждено международным сертификационным центром KEMA (Нидерланды).

На данный момент, в энергосистемах восьми стран мира эксплуатируется около 150 подстанций на базе шкафов КРУ/TEL (более 1500 присоединений), наиболее типичные из которых представлены на рис. 9-12. Десятилетний опыт эксплуатации подтвердил целесообразность применения комплектных распределительных устройства серии TEL в городских электрических сетях 6 – 10 кВ и определил в качестве одного из основных факторов, обеспечивающих бесперебойную работу оборудования, соблюдение эксплуатирующим персоналом требований нормативных документов и инструкции по эксплуатации.

Рис. 11. Котельная «Мустамяэ» (г. Таллинн) до реконструкции. Двустороннее распределительное устройствоРис. 12. Котельная «Мустамяэ». Установлены комплектные распределительные устройства серии TEL (19 присоединений)

Литература

  1. Greenwood. A. Vacuum Switchgear. IEE Power Series. London, Short Run Press Ltd., 1994.
  2. ГОСТ 1516.1-76. Электрооборудование переменного тока на напряжение от 3 до 500 кВ. Требования к электрической прочности изоляции.
  3. Дорошев К.И. Эксплуатация комплектных распределительных устройств 6-220 кВ.-М.: Энергоатомиздат, 1987.-336 с.
  4. Аношин А.О., Петров П.В., Малаховский С.И. О возможности использования силы удержания привода как критерия оценки основных характеристик вакуумных выключателей. // Электрические сети и системы. 2005. - №6.
  5. Типовое проектное решение У.407-3-0653.2000. Распределительный пункт 10 (6) кВ совмещённый с трансформаторной подстанцией 10 (6)/0,4 кВ. – Киев. ГНИПИТИ «Энергоперспектива», 2000.

Опубликовано: «Электрические сети и системы» № 2, 2006 г.