Розподільні пункти та трансформаторні підстанції

Ніщо не береться звідки і зникає нікуди. Цей логічний вираз повною мірою застосовується до електрики, адже величезні підприємства та маленькі будинки живляться електроенергією, виробленою генераторами електростанцій. Про те, як енергія надходить від джерела до споживачів, розповідалося у минулій статті. У ній же йшлося про трансформаторні підстанції та розподільні пункти. Яку роль вони грають у процесах виробництва, передачі та розподілу енергії? І який принцип їхньої роботи? Саме цим важливим елементам системи електропостачання присвячено цю тему.

Почнемо з найпростішого – трансформаторів. Принцип роботи цих електричних машин заснований на законі Фарадея: при зміні (у часі чи просторі) магнітного поля всередині витка, зігнутого з провідника, у цьому витку індукується електрорушійна сила, просторіччя – напруга. Однак для трансформації змінного струму цей закон був вперше використаний більш ніж через сорок років, коли Яблочков отримав патент на трансформатор у 1876 році. Найпростіший трансформатор складається із сталевого сердечника (магнітопроводу) та двох електричних обмоток. Усередині магнітопроводу проходить магнітне поле, по обмотках тече струм. Для зниження нагріву та втрат потужності сердечник комплектується з тонких пластин завтовшки близько 0.5 мм. Пластини виготовляють із електротехнічної сталі та ізолюють один від одного лаком, це дозволяє знизити вихрові струми. Обмотки вищої та нижчої напруги намотують впритул один до одного для максимально ефективного використання магнітного поля, так що звична багатьом схема має мало спільного з реальністю.

Схематичне зображення трансформатора. У справжніх екземплярів обмотки намотуються поверх одне одного

Так як же, наприклад, трансформатор дозволяє знижувати напругу з 10 000 В до 400 В, що використовуються в багатоквартирних будинках? Первинна обмотка (вищої напруги) підключається до кабелів живлення 10 кВ, що йдуть від підстанції. Струм у цій обмотці створює магнітне поле, точніше, магнітний потік, який протікає в осерді. Цей магнітний потік, проходячи через витки вторинної обмотки, індукує в ній напругу 400 В. Різниця у величині напруги пояснюється різною кількістю витків на обмотках: «вхідна» обмотка 10 кВ з більшою кількістю витків створює потужне змінне магнітне поле. На «вихідній» обмотці кількість витків приблизно 25 000 разів менше, відповідно, магнітний потік створює напруга 25 000 разів менше, тобто 0.4 кВ.

Сердечник (магнітопровід) трансформатора

Трансформатори встановлюються на трансформаторних підстанціях (ТП), що перетворюють напругу рівня споживача. Головні понижуючі підстанції (ГПП) перетворять напругу рівня енергосистеми та комплектуються найпотужнішими трансформаторами (32-80 МВ·А). На підстанції глибокого введення (ПГВ) може подаватися напруга 10 кВ (частіше) або 330 кВ (рідко). ПГВ використовуються на потужних підприємствах і вбудовуються безпосередньо в енергоємний цех. Подальший розподіл енергії на підприємстві йде від ПГВ. Комплектні трансформаторні підстанції (КТП) часто розраховані на напругу 10 кВ і поставляються виробниками зібраними обладнання, тобто. із встановленими трансформаторами, ізоляторами, вимикачами, розподільними пристроями, обмежувачами напруги тощо.

Існує два подібних поняття: розподільний пункт (РП) та розподільний пристрій. Останні являють собою електроустановку, що входить до складу підстанції, що приймає та розподіляє електричну енергію на одній напрузі. Розподільний пункти ж не входять до складу ТП, а підключаються до розподільних пристроїв і служать для подальшого розподілу енергії по дрібним споживачам. Це і зумовлює рекомендації щодо їх розміщення – якомога ближче до споживача. Найпростіший приклад розподільчих пунктів 0.4 кВ – розподільні панелі, шафи та щити, силові ящики та пункти (СП), а також щитки освітлення. Принцип роботи розподільчих пунктів 0.4-10 кВ та пристроїв заснований на першому законі Кірхгофа, який свідчить, що сума струмів, що витікають у вузол, дорівнює сумі струмів, що випливають із цього вузла (згадаймо афоризм на початку статті). Умовно кажучи, якщо трансформатор видає 600 А для живлення кількох розподільчих пунктів, то струми в будь-якому з цих пунктів, якщо вони підключені до навантаження, не можуть перевищувати 600 А. апаратами, вимірювальними приладами і можуть поставлятися зібраними, КТП.

Силовий розподільчий пункт 0.4 кВ. Від кожного запобіжника на фазах живиться різне навантаження

Схема демонструє різні рівні середньостатистичної системи електропостачання

Вибір обладнання трансформаторних підстанцій та розподільчих пунктів визначається навантаженням.Так, наприклад, модернізація деревообробного підприємства в Мостах у 2013 році спричинила реконструкцію підстанції 110 кВ, до якої входило встановлення нових трансформаторів на 40 МВ·А, чотирьох секцій закритого розподільчого пристрою 10 кВ, та розподільчого пункту на цю ж напругу.

Чи знали ви, Що в історії 27-кілометрового великого адронного колайдера, (БАК) найбільшого в Сонячній системі прискорювача частинок, була парочка інцидентів, пов'язаних з трансформаторами? У 2008 році причиною відмови кріогенних систем, що підтримують температуру -271°С, став несправний трансформатор на 12 МВ·А вагою 30 тонн. Роком пізніше птах упустив шматок хліба у вентиляційний отвір, і французька булка, що впала на ізолятори, знову вивела з ладу кріосистеми. Через 7 років через хорек, що пробрався в трансформатор 66 кВ, на тиждень відключив колайдер. І, нарешті, ще через півроку черговий тхір, який пробрався на ТП, що живить ВАК, відключив трансформатор на 18 кВ.

Для того, щоб унеможливити несправність ваших ТП та розподільчих пунктів, можна звернутися до лабораторії електрофізичних вимірювань ТРМсила-М, що має багаторічний досвід вимірювань в електроенергетиці.