В сельских местностях сложные и дорогостоящие трансформаторные подстанции в течение последних 30 лет заменялись простыми одно- или двухопорными столбовыми трансформаторными подстанциями.
По статистическим данным высоковольтные плавкие предохранители не являются надежными, они часто перегорают напрасно, особенно при грозе, и причиняют ненужные перерывы в распределении электроэнергии. В подавляющем большинстве трансформаторных подстанций воздушных проводных сетей сегодня вовсе нет плавких предохранителей; защита трансформаторной подстанции основывается на релейной защите подстанции, которая выполнена более селективной и чувствительной, чем раньше.
Защита маломощных распределительных трансформаторов (до 200 кВ • А) от перенапряжений выполнена с помощью разрядников, что является весьма экономичным и надежным решением. Разрядник может располагаться на крыше трансформатора, у разъединителя или у изолятора провода, входящего в трансформаторную подстанцию. Вместо простого разрядника можно использовать разрядник, состоящий из двух частей. Колючка, установленная в середине разрядника, предусмотрена для того, чтобы птицы не сели в искровом промежутке. Применение разрядника требует от распределительного трансформатора большей стойкости к крутой волне перенапряжения при грозе, чем при использовании собственно защиты от перенапряжений. Финские распределительные трансформаторы специально разработаны для применения с разрядниками. Опыт, накопленный уже в течение около двух десятилетий является весьма положительным. На сегодняшний день частота повреждения трансформаторов воздушной проводной сети на годовом уровне составляет порядка 0,5%.
Для трансформаторов мощностью свыше 200 кВ-А используются собственно защиты от перенапряжений. В связи с мощными трансформаторами обосновано использование защит от перенапряжений потому, что их стоимость уже не является значительной, по сравнению со стоимостью защищаемого трансформатора.
Одноопорные трансформаторные подстанции Финляндии: а — проходящий провод; б — концевой провод: 1 — разъединитель 12 кВ; 2 — искровые промежутки; 3 — оттяжки опоры; 4 — линия 0,4 кВ; 5 — рубильник-предохранитель 0,4 кВ; 6 — трансформатор; 7 — привод разъединителя;
8 — изолятор тяги привода разъединителя
По статистическим данным около 70% кратковременных неисправностей составляют однофазные замыкания на землю и большинство из них — перебои в разрядниках, вызванные грозой. В изолированных от земли сетях ток замыкания на землю представляет собой чистый емкостный ток и может гаснуть сам собой только в случае, когда его величина ниже 10 А. На больших токах электрическую дугу через разрядник можно гасить с помощью быстродействующего повторного включения, которое под управлением от реле подстанции отключает выключатель данной линии на 0,3...0,5 с. За это время ионизация успеет исчезнуть с места повреждения и эксплуатация продолжается нормально. Система в широких масштабах применяется уже свыше 30 лет и опыт эксплуатации является весьма положительным. По статистике быстродействующее повторное включение около 80% от всех кратковременных неисправностей. Со стороны 20 кВ трансформаторной подстанции в качестве коммутационного устройства употребляется простой разъединитель с дугогасительными рогами Разъединитель может отключить ток полностью нагруженного трансформатора 500 кВ • А и, следовательно, его можно использовать в качестве главного выключателя ТП.
Схема электрическая двухсторонней трансформаторной подстанции.
В сельских местностях на трансформаторных подстанциях вместо низковольтных щитов часто применяются предохранители-выключатели установленные на опорах, обеспечивающие весьма простую конструкцию трансформаторной подстанции (рис. 2.).
Рис. 2. Самое простое решение столбовой трансформаторной подстанции, трансформатор подключен к проводу 20 кВ без разъединителя, а низковольтный щит заменен предохранителем-выключателем: а — проходящий провод; б — концевой провод: 1 — изолятор; 2 — трансформатор; 3 — рубильник-предохранитель, 4 — отходящая линия 0,4 кВ; 5 — оттяжка опоры
В густонаселенных пунктах, где обычно предусматривается сеть с подземными кабелями, распределительные трансформаторные подстанции представляют собой трансформаторные подстанции наружной установки «камерного» исполнения или расположенные в зданиях — подвальные подстанции. Распределительные устройства среднего напряжения данных трансформаторных подстанций более простые, чем распредустройства на подстанциях, ввиду чего, возможно было заменить силовые выключатели выключателями нагрузки. Распредустройства трансформаторных подстанций изготовлены в ячейковом исполнении, что обеспечивает возможность выполнения мероприятий по обслуживанию безопасно без открытия дверей, снаружи распредустройства. Технология распредустройств трансформаторных подстанций на сегодняшний день испытывает определенный переходой процесс. Ввиду стремления к более маленьким габаритам распредустройств, наряду с традиционным распредустройством с воздушной изоляцией будут использовать распредустройства трансформаторных подстанций с изоляцией SF6 (Ring Main Unit). Трансформаторы — нормальные трансформаторы с масляной изоляцией. Самые обычные мощности в сельских местностях — 30 и 50 кВ * А, а в населенных пунктах — 315 и 500 кВ • А. В центральных районах городов применяются трансформаторы мощностью 800 кВ'А и выше.
Общее число трансформаторных подстанций в Финляндии в 1989 г. составило около 110000 шт., из которых 88000 — столбовые трансформаторные подстанций.
Мы специально обратили внимание читателей на опыт использования ТП в Финляндии. За Полярным кругом — в Норвегии, Швеции, Канаде — широко применяют мачтовые (столбовые) ТП, хотя климатические условия там значительно суровее, чем в России.
Заслуживают внимание сведения о защите силовых трансформаторов не предохранителями 6-10 (у них 20) кВ, а силовыми выключателями в РП или в РУ 6-10 кВ ПС 35/6-10 кВ.
Однако, при использовании этого принципа защиты силовых трансформаторов необходима высокая техническая культура по применению предохранителей в цепях вторичной обмотки трансформаторов: обеспечивать применение калиброванных предохранителей 0,4 кВ, тщательно рассчитывать сопротивление петли «фаза — нуль», более тщательно заземлять и обеспечивать нормативное сопротивление контура заземления ТП и повторных заземлений нулевого провода на BЛ 0,4 кВ и др. Для сведения: в «Мосэнерго» разработаны, а завод РЭТО «Мосэнерго» выпускает секционирующие аппараты для «длинных» BЛ 0,4 кВ трех модификаций" первый — на предохранителях ПН-2, второй — на пробочных предохранителях (для малых токов линий) и, наконец, третий — на однофазных автоматах.
Защита секционирующих шкафов для линий 0,4 кВ обеспечивает селективность срабатывания защит в ТП.
Защиту силовых трансформаторов на напряжении 6-10 кВ силовыми выключателями в головной части линии в российских условиях необходимо применять на коротких линиях 6-10 кВ. Для «Мосэнерго» это вполне современно, так как средняя протяженность BЛ 6-10 кВ составляет 9 км.