Схемы городских систем распределения электрической энергии

Принципы построения систем распределения электроэнергии в городах основываются на ряде следующих особенностей:

• • большой плотности электрических нагрузок, составляющих от 1 до 20 МВт/км²;
• • относительно равномерном распределении нагрузок на ограниченной территории;
• • стесненных условиях для выбора трасс линий и площадок для подстанций;
• • требованиях высокой надежности элекроснабжения.

С учетом этих особенностей стремятся применять простые схемы подстанций, двухцепные воздушные и кабельные линии.

В системы электроснабжения городов входят:

• • сети внешнего электроснабжения напряжением 110 кВ и выше, которые связаны с системными подстанциями;
• • сети внутреннего электроснабжения напряжением 110—35 кВ, предназначенные для связи сетей внешнего электроснабжения с сетями 10 (6) кВ;
• • питающие сети напряжением 10 (6) кВ;
• • распределительные сети напряжением 10 (6) кВ.

В крупных городских мегаполисах для питающих и распределительных сетей начинает применяться напряжение 20 кВ.

Схемы сетей внешнего электроснабжения формируются по принципам, изложенным в подразделах 11.1, 11.4 (см. рис. 11.7—11.12). При этом предпочтительной считается схема в виде кольца, охватывающего весь город и состоящего их двухцепных линий напряжением 110 кВ и выше (см. рис. 11.2, б). Часть подстанций, включенных в кольцо, соединяется с источниками питания (электростанциями и системными подстанциями).

Сети внутреннего электроснабжения напряжением 110—35 кВ выполняются в виде глубоких вводов, которые доставляют электроэнергию от подстанций сети внешнего электроснабжения к центрам нагрузки с наименьшим количеством ступеней промежуточной трансформации.

Питающие сети напряжением 10 (6) кВ соединяют шины подстанции глубокого ввода, являющиеся центром питания распределительной сети ЦП, с распределительными пунктами (РП). К наиболее характерным относятся схемы питающих сетей, приведенные на рис. 11.13. При питании РП от одного центра питания (рис. 11.13, а) две линии подключаются к двум секциям шин ЦП, разделенным секционным выключателем СВ, и двум секциям шин РП. Между секциями РП также устанавливают секционный выключатель. Если по условию нормального режима сети секционные выключатели в ЦП и (или) РП отключены, то на них выполняют устройства автоматического ввода резерва АВР. Тогда в случае непредвиденного исчезновения напряжения на одной из секций оно подается от другой секции автоматическим включением секционного выключателя.

Рис. 11.13. Схемы городских питающих сетей: а — с двумя раздельно работающими линиями; б— с резервной перемычкой между РП

Отдельные распределительные пункты могут получать напряжение от двух ЦП путем сооружения перемычки между РП (рис. 11.13, б). Если в нормальном режиме сети перемычка отключена, то устройство АВР выполняют на выключателе перемычки со стороны РП с одной секцией шин.

Распределительные сети напряжением 10 (6) кВ в зависимости от категории потребителей по надежности формируются по следующим схемам:

• • радиальными без резервирования, в которых при повреждении любого линейного участка происходит полное погашение;
• • замкнутыми, работающими в разомкнутом режиме, в которых при повреждении какого-либо участка сети восстановление электроснабжения осуществляется вручную после отыскания и отключения поврежденного участка;
• • разомкнутыми с автоматическим вводом резерва для всех ответственных потребителей.

Распределительные сети подключают непосредственно к центрам питания либо к распределительным пунктам.

В радиальной нерезервированной сети (рис. 11.14) все трансформаторные подстанции питаются от одной линии, которая заходит на каждую ТП. При повреждении любого участка линии она автоматически отключается выключателем со стороны ЦП. Если повреждение произошло на неголовном участке, то он вручную может быть отключен ближайшим разъединителем со стороны ЦП, после чего часть ТП обеспечивается питанием от ЦП. Трансформаторы на ТП могут присоединяться к сети на высшем напряжении через разъединители и выключатель В, предохранитель П или выключатель нагрузки ВН. На низшем напряжении 0,38 кВ в цепи трансформатора используются контактор К или предохранители с разъединителями (рубильниками).

К преимуществам радиальной нерезервированной сети относятся простота, невысокая стоимость, отсутствие повышенных нагрузок в послеаварийных режимах по сравнению с нормальным режимом. Недостаток проявляется в погашении всех ТП в случае повреждения линии в любом месте.

Замкнутая распределительная сеть может быть выполнена по конфигурации, приведенной на рис. 11.2, а, в виде петли, питающейся от одного ЦП. На одной из ТП петлю разрывают, и сеть работает в разомкнутом режиме. Однако наиболее часто используют конфигурацию сети с питанием от двух ЦП (см. рис. 11.2, в). Такая сеть

Рис. 11.14. Схема радиальной нерезервированной распределительной сети

обладает свойствами замкнутой сети, так как каждая ТП может получать питание с двух сторон. В этом случае схема сети выглядит так, как показано на рис. 11.15. При размыкании сети, например разъединителем Р, в нормальном режиме ТП1 и ТП2 получают питание от ЦП1, а ТПЗ — от ЦП2. Если происходит повреждение на одном из участков сети, то оно устраняется отключением выключателя на соответствующем ЦП. После этого поврежденный участок вручную может быть отключен разъединителями с двух сторон и подано напряжение на обесточенные ТП. Здесь важно то, что после отключения поврежденного участка имеется возможность обеспечить напряжением все ТП от того или иного ЦП. Заметим, что площади сечения проводников участков сети должны быть такими, которые позволяют пропускать необходимую мощность и обеспечивать качество напряжения в наиболее тяжелых послеаварий- ных режимах, когда повреждается участок, примыкающий к тому и другому ЦП.

Рис. 11.15. Схема распределительной сети с двумя источниками питания

В случае необходимости обеспечить надежное электроснабжение ответственным потребителям применяют разомкнутые многолучевые автоматизированные схемы с АВР на стороне высшего или низшего напряжения. В двухлучевой схеме (рис. 11.16, а) устройство АВР на высшем напряжении выполняют с помощью выключателей нагрузки ВН1 и ВН2. В нормальном режиме каждая ТП питается от одной из линий через ВН1 или ВН2. Если какая-то линия повреждается, то все трансформаторы ТП, подключенные к этой линии, с помощью устройства АВР посредством выключателей нагрузки автоматически переключаются на питание от другой линии. При двухлучевой схеме в нормальном режиме сети загрузка каждой линии не должна превышать 50% допустимой по условию нагревания.

Рис. 11.16. Двухлучевые схемы распределительной сети с АВР на стороне: а — высшего напряжения; б — низшего напряжения

На рисунке 11.16, б показана двухлучевая схема с устройствами АВР на стороне низшего напряжения. На каждой ТП установлено по два трансформатора, один из которых питается от первого луча линии, а другой — от второго луча линии. В нормальном режиме секция I шин 0,38 кВ питается от трансформатора Т1, подключенного к первому лучу, через включенный контактор К1, а секция II — от трансформатора Т2, подключенного ко второму лучу через контактор К2. Контакторы КЗ и К4 при этом отключены. Если один из лучей линии или один из трансформаторов ТП повреждается, то на соответствующей секции шин 0,38 кВ исчезает напряжение. При этом рабочий контактор К1 (или К2) автоматически отключается, а контактор КЗ (или соответственно К4) включается от устройства АВР. В результате нагрузка обесточенной секции 0,38 кВ получает напряжение от трансформатора, оставшегося под напряжением.