Построение первичных схем сетей 0,4 кВ определяется технологией производства, требованиями надежности электроснабжения электроприемников в соответствии с Правилами, удобством обслуживания, технико-экономическими показателями, а также требованиями защиты и автоматики. Схемы могут выполняться радиальными, магистральными и смешанными.
Радиальные схемы (рис. 1).
От главного распределительного щита или комплектной трансформаторной подстанции (КТП) отходят линии питания электродвигателей Д1 и Д8 и других электроприемников большой мощности, а также сборок 1—4 (распределительных пунктов). К главному щиту нецелесообразно подключать большое количество электроприемников малой и средней мощности, так как они снижают его надежность. Для питания таких электроприемников (например, электродвигателей Д2—Д10) образуют вторичные сборки, питающиеся непосредственно от основного щита, и третичные сборки, питающиеся от вторичных сборок. Третичные сборки обладают наименьшей надежностью, их селективную защиту выполнить трудно, и поэтому их применяют лишь в отдельных случаях, для питания мелких и неответственных электроприемников. Токи к. з. на сборках значительно меньше, чем на основном щите 0,4 кВ, что позволяет применять более дешевую и менее стойкую аппаратуру с небольшими номинальными токами. При образовании сборок учитывается территориальное расположение электроприемников, удобство обслуживания, возможность экономии кабелей, поскольку сечение питающего сборку кабеля принимают меньше суммы сечений кабелей индивидуальных электроприемников ввиду их неодновременного включения.
Рис. 1. Радиальная схема
Т — питающее трансформаторы; ДГ — аварийный дизель-генератор; Q — вводные и секционный автоматические выключатели; Д — электродвигатели
Распределение электродвигателей по сборкам зависит от их мощности и возможности выполнения защиты сети. Технико-экономические расчеты показывают, что к главному щиту целесообразно, как правило, подключать электродвигатели большой мощности (более 55 кВт). Электродвигатели малой (до 10 кВт) и средней (10—55 кВт) мощности целесообразно подключать ко вторичным сборкам. Однако в зависимости от конкретных особенностей данной электроустановки одиночные электродвигатели большой мощности (но не более 100 кВт) иногда могут подключаться к вторичным сборкам, а средней — к основному щиту 0,4 кВ.
В ответственных электроустановках с целью обеспечения надежности всю схему делят на две независимые части (подсистемы). Каждая из подсистем состоит из своего понижающего трансформатора Т1 (Т'2), питающегося от независимого источника, соответствующей секции основного щита 0,4 кВ и питающихся от нее вторичных сборок. Подсистемы взаимно резервируются па разных ступенях напряжения с помощью устройств автоматического включения резерва (АВР). Электродвигатели и приводимые ими ответственные механизмы одного назначения обычно дублируют и снабжают технологическим АВР (Д1 и Д8, ДЗ и Д6, Д4 и Д5). Такие электродвигатели также разделяют на две независимые группы, которые подключают к разным подсистемам (к разным секциям основного щита 0,4 кВ, к сборкам 1 и 2, имеющим вводы от разных секций, к разным секциям сборки 3). Ответственные электродвигатели, не имеющие технологического резервирования, подключают либо к секциям основного щита 0,4 кВ, либо к сборке 4, имеющей АВР со стороны питания.
При таком построении схемы надежность работы обеспечивается тем, что в случае погашения одной из подсистем и отказа или неуспешной работы АВР между подсистемами (к.з. на шинах) напряжение в другой подсистеме сохраняется и нарушения технологического процесса не произойдет, так как сработает АВР электродвигателей и других ответственных электроприемников.
Для особо ответственных электроприемников (от которых зависит безаварийный останов производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров, повреждений дорогостоящего оборудования) предусматривают третий, аварийный источник питания, например аварийный дизель-генератор ДГ. Один из вариантов его подключения показан на рис. 1, здесь он резервирует каждую из подсистем независимо от состояния другой подсистемы. Чтобы не перегрузить генератор, все электроприемники, кроме особо ответственных, отключаются при потере основных источников питания защитой минимального напряжения (с выдержкой времени), а затем устройство АВР ДГ включает питание от генератора .
Магистральные схемы (рис. 2).
Распределение энергии от трансформаторов 77 и Т2 до сборок 1, 2 и электродвигателей Д1, Д2 выполняется с помощью шинопроводов магистральных (ШМ) и распределительных (ШР), к которым подсоединяют электроприемники.
Рис. 2. Магистральная схема
Смешанные схемы.
Представляют собой комбинации из радиальных и магистральных схем. На рис. 3 показана одна из таких схем, применяемая для питания собственных нужд тепловых электростанций. К основным секциям щитов 0,4 кВ подключены электродвигатели большой мощности Д1, Д2, ДЗ, к сборкам 1, 2, 3 — двигатели средней мощности Д4—Д9. Сборки 4, 5, 6, подключенные по магистральной схеме и имеющие АВР на вводах, предназначены для питания электродвигателей малой мощности (в основном задвижек). На вводах в сборки 4 и 6 установлены реакторы для снижения токов к. з. и обеспечения стойкости автоматических выключателей АП-50 отходящих линий. Для резервного питания используется специальный трансформатор ТСНр, от которого проложен шинопровод, имеющий ввод на каждый из основных щитов 0,4 кВ.
Построение схемы сети 0,4 кВ в большой степени определяется значениями токов коротких замыканий (к. з.) для выбора аппаратуры и защит, а также ограниченными возможностями применяемых защитных аппаратов (автоматических выключателей и плавких предохранителей).
Для этих сетей характерно весьма значительное (в десятки раз большее, чем в сетях напряжением выше 1000 В) влияние сопротивлений элементов схемы на значения токов к.з., быстрое снижение значений токов к.з. по мере удаления места повреждения от главных шин 0,4 кВ. Например, если при расчетах токов к. з. в сетях 6(10) кВ сопротивление кабеля с алюминиевыми жилами сечением 3X150 мм2 длиной 200 м можно не учитывать, то в сети 0,4 кВ такой же кабель, подключенный к КТП за трансформатором мощностью 1600 кВ-А, снижает значение тока трехфазного металлического к. з. в 8,7 раза по сравнению с аналогичным значением до кабеля.
Рис. 3. Смешанная схема: ТСН — рабочий трансформатор; ТСНр — резервный трансформатор
В сетях 0,4 кВ в отличие от сетей напряжением выше 1000 В применяют только встроенные в автоматические выключатели весьма неточные максимальные токовые защиты или предохранители. Поэтому требования защиты сети накладывают определенные ограничения на типы и характеристики применяемых защитных аппаратов, длины и сечения кабелей и, следовательно, на построение схемы сети.
Например, при питании от основного щита 0,4 кВ кабельными линиями (магистралями) последовательно нескольких сборок с двигателями большой и средней мощности обычно не удается обеспечить необходимую чувствительность защиты этих линий из-за необходимости ее отстройки от токов пуска или самозапуска электродвигателей. Поэтому такая магистральная схема питания применяется только для электродвигателей малой мощности (сборки 4, 5, 6 на рис. 3). Для питания электродвигателей средней мощности используются сборки, имеющие один или два самостоятельных ввода от щита 0,4 кВ (сборки 1, 2, 3, 4 на рис. 1). Однако и для одиночных сильно нагруженных сборок с большим количеством электродвигателей средней мощности также часто не удается обеспечить достаточную чувствительность защит питающих линий. В этих случаях вместо одной такой сборки устанавливают несколько с самостоятельными линиями питания, или питание части двигателей осуществляют непосредственно от щита 0,4 кВ.
Выбор кабелей также может определяться не только нагрузкой, но и условиями защиты, например, в сетях, требующих защиты от перегрузки, или при необходимости обеспечения достаточной чувствительности защиты, когда считается целесообразным увеличить токи к. з. путем увеличения выбранного по нагрузке сечения кабеля (но не более, чем на 1—2 ступени).
Условие селективности действия защит обусловливает необходимость сокращения количества последовательно включенных аппаратов защиты в сети 0,4 кВ. Обычно селективными удается выполнить лишь 1—2 ступени защиты на участках от щита 0,4 кВ до электроприемников, включая защитный аппарат отходящей от щита линии.
Из изложенного следует, что для сетей 0,4 кВ характерно единство процесса построения схемы сети, выбора кабелей, коммутационных аппаратов и защит.