По ту сторону розетки. Как устроена трансформаторная подстанция?

По ту сторону розетки.
Как устроена трансформаторная подстанция?

Трансформаторная подстанция – одно из ключевых звеньев в цепочке, по которой электроэнергия добирается от места выработки (турбины электростанции) до места потребления – плавильной печи завода, конвейера сборочного предприятия, осветительной вышки автомагистрали или розетки у нас дома. Для чего нужна трансформаторная подстанция, как она устроена, и какое энергетическое оборудование на ней установлено - читайте в нашем материале!

Для чего нужна ТП?

Ах, как было бы хорошо, если бы электрический ток, вырабатываемый на электростанции, мог без всяких трансформаций прийти к нам в розетку! Увы, напрямую в сеть 220 В выдавать невыгодно: слишком велики потери. Поэтому электроэнергия транспортируется до потребителя в «концентрированном» виде по линиям электропередач (ЛЭП) высокого напряжения: 35, 50, 110, 220, 330, 500, 750 и даже 1150 киловольт! До относительно безопасных 220 В высоковольтное напряжение следует понизить через сложное устройство – трансформаторную подстанцию.

Именно сюда приходит линия высокого напряжения – или две, для страховки: одна основная, вторая резервная. Та часть подстанции, куда эти линии заходят, называется стороной высшего напряжения, ВН, или, как говорят энергетики – «верхней стороной». А дальше начинается работа по трансформации энергии до более низких классов (35, 10 или 6 кВ), чтобы можно было распределить ее на подстанции населенных пунктов или предприятий-потребителей.

По сути, трансформаторная подстанция – это распределительные устройства: ОРУ (открытое) и ЗРУ (закрытое). Если совсем просто – то, что под открытым небом, это открытое распределительное устройство (ОРУ), а ЗРУ находится в специальном здании. Но всему свое время.

Под небом голубым… Открытое распределительное устройство

Главная часть любой техники – это выключатель. Именно к нему подходит высоковольтная линия с опоры ЛЭП. Основная его задача – под управлением автоматики разомкнуть контакты, тем самым обесточив подстанцию для выполнения работ. Однако на эти контакты приходит до миллиона ста пятидесяти тысяч вольт, и при попытке просто взять и их разомкнуть обязательно возникнет электрическая дуга такой мощности, что окружающий пейзаж превратится в оплавленную пустыню. Поэтому размыкать контакты можно только в диэлектрической (непроводящей) среде. Для этих целей ранее использовались многотонные емкости со специальным маслом (масляные выключатели). Однако масло нередко загоралось и кипело, загрязняя окружающую среду и сильно усложняя укрощение дуги. Позже было придумано более современное решение – выключатель элегазовый. Внутри него – гексафторид серы, специальный газ, сопротивление пробою которого в 3 раза выше, чем у воздуха. Поэтому шансов на возникновение дуги практически нет.

Элегаз еще называют «прозрачной водой», потому что он в пять раз тяжелее воздуха. Если наполнить сосуд элегазом, а сверху поместить легкий металлический предмет (например, лист фольги), то он так и будет плавать по поверхности. Кроме того, элегаз малоопасен для человека, его даже можно вдыхать, только голос станет низким, как у оперного баса. По этой причине элегазовые выключатели ставят на подстанции, расположенные в пределах населенных пунктов. Однако элегаз довольно текуч, поэтому за его давлением ведется постоянный контроль.

Итак, подстанцию от ЛЭП отключили. Но производить на ней работы все еще нельзя. Для безопасности необходимо обеспечить «видимый физический разрыв» - хорошо заметное разъединение электрической цепи. Для этого используются разъединители – специальные устройства между контактами выключателей, которые разводятся в стороны автоматикой либо вручную.

Для коммутации подстанций в энергосистеме необходима надежная линия связи. Чаще всего это высокочастотная, или ВЧ-связь. Суть ее в том, что по линии электропередач можно не только передавать энергию – по тем же проводам или грозозащитным тросам идут сигналы аппаратуры релейной защиты, противоаварийной автоматики, телемеханики и телефонной связи. Дело это важное, поэтому на подстанции устанавливается аппаратура ВЧ-связи: заградители, конденсаторы связи, фильтры присоединения и разделительные фильтры. С ее помощью на частотах 24 – 1000 кГц формируются каналы, защищенные от помех, создаваемых работой остального энергетического оборудования подстанции. Связь получается высококачественной, очень надежной и практически бесплатной – срок службы такого оборудования составляет десятки лет.

Сердце трансформаторной подстанции – сам трансформатор (он может быть и не один). Его функция – приняв напряжение с высокой стороны, понизить его до требуемого класса или классов, к примеру, с 220 кВ до 110 и 6 кВ, если у трансформатора две вторичных обмотки. При этом выделяется очень много тепла, поэтому трансформатор непрерывно охлаждают – например, специальным трансформаторным маслом. Это масло тоже имеет склонность к закипанию, горению и расплескиванию. Поэтому последнее время внимание к себе все больше приковывают современные сухие трансформаторы.

За семью замками. Закрытое распределительное устройство.

Пройдя через трансформатор, ток 110 кВ уходит на отдельную линию, к другим подстанциям, а ток 6-35 кВ поступает по системе металлических шин на закрытое распределительное устройство – ЗРУ. Это здание, в котором установлен комплект высоковольтного оборудования – ячейки КРУ (комплектное распределительное устройство), КСО (камера сборная одностороннего обслуживания). Одна ячейка – один потребитель. Здесь требования к безопасности чуть послабее – нельзя касаться токоведущих частей, для этого в каждой ячейке производитель энергетического оборудования предусматривает целый комплект блокировок. Однако специальные диэлектрические боты все равно необходимы. И само собой, все ремонтные и регламентные работы производятся только при снятом напряжении. Для этого в ячейках устанавливают еще один тип выключателя – вакуумный.

Отсюда напряжение 6 кВ расходится по подстанциям нижнего уровня, установленных в городских районах или поселках. И уже от них идет в распределительные щитки та самая трехфазная сеть, 380 В, которые энергетики в разговоре округляют до 0,4 кВ.

Отдельная система подстанции – низковольтное оборудование: щиты собственных нужд постоянного и переменного тока. Щиты переменного тока (ЩПТ) питают все подстанционное хозяйство, пока на подстанции есть энергия от ЛЭП. Но так как переменный ток хранить мы пока не научились, своего часа ждут системы оперативного постоянного тока (СОПТ) – на них вся надежда, если напряжение в ЛЭП вдруг пропало.

В главном здании подстанции находится главный распределительный щит и системы АСУ ТП – автоматизированной системы управления трансформаторной подстанцией. Отсюда диспетчеры контролируют работу подстанции и вносят необходимые коррективы.

Так что если у вас вдруг погас свет – это к щитку. Если свет погас во всем доме – проблемы с подстанцией во дворе. А если света нет во всем районе – значит, беда на большой подстанции. И сейчас там спешно меняется сгоревшее, восстанавливается поврежденное, соединяется отсоединившееся – в общем, трудятся энергетики. Чтобы дать людям свет.

Потому что нести свет – это их работа.