Трансформаторна підстанція СН/НН зсередини

Роль підстанції СН/НН у розподільній мережі

Трансформаторна підстанція СН/НН має три основні завдання:

• трансформацію напруги із середньої (наприклад, 15 або 20 кВ) до низької (0,4 кВ);
• розподіл енергії на кілька кіл низької напруги, що живлять споживачів поблизу;
• комутацію та захист — дає змогу вимкнути трансформатор або кола, захищає їх від наслідків коротких замикань і перевантажень, а на підстанціях із кількома лінійними комірками також дозволяє перемикати живлення з боку СН.

У розподільній мережі таких підстанцій десятки тисяч. У містах це здебільшого підстанції внутрішньої установки та контейнерні, у сільській місцевості досі дуже багато щоглових.

Розташування підстанції не випадкове. Проєктувальник прагне розмістити її якомога ближче до «центру навантаження», тобто туди, де зосереджена більшість споживачів. Що коротші кола низької напруги, то менші втрати напруги та енергії, а споживачі на кінцях кіл отримують якісніше живлення. Тому з розвитком забудови оператори часто додають нові підстанції замість подовження наявних кіл НН.

Типи підстанцій: щоглові, контейнерні, внутрішньої установки

Тип підстанції	Характеристика	Типове застосування
Щоглова	трансформатор закріплений на опорній конструкції, живлення від повітряної лінії, РП НН у шафі на опорі або біля її основи	сільська місцевість, менші потужності та невеликі групи споживачів
Контейнерна (комплектна)	збірний бетонний або металевий корпус із РП СН, трансформатором і РП НН; обслуговування ззовні або з внутрішнього коридору	кабельні мережі, житлові масиви, підприємства, СЕС, сільські території після кабелювання
Внутрішньої установки (у будівлі)	обладнання розміщене в мурованій будівлі або окремому приміщенні іншого об'єкта	центри міст, великі об'єкти, промислові підприємства

У нових кабельних мережах переважають контейнерні підстанції. Вони надходять на будівництво як готові, перевірені на заводі модулі, що скорочує час монтажу на місці й допомагає забезпечити стабільну якість.

Вибір типу підстанції залежить від кількох чинників: способу живлення (повітряна чи кабельна лінія), потрібної потужності та кількості кіл НН, доступності ділянки, вимог оператора щодо можливості розширення, а також умов під'їзду для обслуговування та можливої заміни трансформатора. Оператори зазвичай мають власні стандарти, що визначають допущені типи підстанцій та їх оснащення.

Щоглова підстанція — як вона влаштована

Щоглова підстанція — найпростіший тип підстанції СН/НН. На опорі або групі опор монтують:

• роз'єднувач або вимикач навантаження зовнішньої установки — дає змогу від'єднати підстанцію від лінії СН, наприклад на час робіт;
• запобіжники СН — захищають мережу від наслідків короткого замикання в трансформаторі;
• обмежувачі перенапруг — захищають трансформатор від грозових перенапруг;
• трансформатор — зазвичай масляний, у зовнішньому виконанні;
• РП НН — шафу із захистом кіл низької напруги, що відходять до споживачів.

Перевага щоглової підстанції — низька вартість і мала площа, недоліки — обмежена потужність, чутливість до погодних умов і залежність від повітряної лінії. Тому під час кабелювання ліній СН щоглові підстанції часто демонтують і замінюють контейнерними.

Роботи на щогловій підстанції потребують вимкнення лінії або відгалуження, від якого вона живиться, і виконуються з дотриманням процедур оператора, зокрема з підготовкою робочого місця уповноваженими особами. Монтаж трансформатора на конструкції також потребує відповідної підіймальної техніки.

Контейнерна підстанція — що всередині

Типова контейнерна підстанція складається з трьох відсіків або зон:

1. Відсік СН із розподільним пристроєм середньої напруги, до якого приєднано кабелі СН із кінцевими муфтами (часто роз'ємними).
2. Камера трансформатора з трансформатором СН/НН і маслоприймачем.
3. Відсік НН із розподільним пристроєм низької напруги, від якого відходять кабелі до споживачів або кабельних шаф.

Корпус стоїть на фундаменті або збірній підземній частині з кабельним простором — кабелі вводять у нього крізь герметичні проходи. Корпус забезпечує природну вентиляцію камери трансформатора, захист від води та доступу сторонніх осіб і має попереджувальне маркування.

Підстанції відрізняються способом обслуговування. У підстанціях із зовнішнім обслуговуванням двері відчиняються безпосередньо в окремі відсіки, а обслуговування ведеться з рівня землі. Підстанції з коридором обслуговування більші, але дають змогу виконувати оперативні перемикання під дахом, незалежно від погоди. Вибір залежить від стандартів оператора, доступного місця та очікуваної потужності.

РП СН — лінійні та трансформаторні комірки

Розподільний пристрій СН складається з комірок, кожна з яких має певне призначення:

• лінійні комірки — до них приєднують кабелі лінії СН; дві лінійні комірки дають змогу ввімкнути підстанцію «в розріз», щоб лінія могла живитися з обох напрямків;
• трансформаторна комірка — живить трансформатор, найчастіше через вимикач навантаження із запобіжниками СН;
• комірки обліку або відгалуження — залежно від функції підстанції, наприклад на підстанціях приєднання споживачів чи джерел ВДЕ.

Сучасні підстанції зазвичай оснащують компактними РП з елегазовою або повітряною ізоляцією, із заземлювачами та блокуваннями, що забезпечують безпечне обслуговування. У мережах, де оператор застосовує автоматику, лінійні комірки можуть мати моторні приводи й дистанційне керування через телемеханіку, а також індикатори проходження струму короткого замикання, що полегшують пошук пошкоджень.

Трансформатор СН/НН

Серце підстанції — трансформатор, що знижує напругу з рівня СН до 0,4 кВ. У розподільних мережах переважають масляні трансформатори в герметичному виконанні — масло виконує ізоляційну та охолоджувальну функції, а герметичний бак обмежує контакт масла з повітрям. У деяких випадках, наприклад усередині будівель, застосовують сухі трансформатори з обмотками в смолі.

Потужність трансформатора підбирають до потреб споживачів і перспектив розвитку території. На щоглових підстанціях це зазвичай менші одиниці, на контейнерних — більші. Під масляним трансформатором монтують маслоприймач, який захищає ґрунт від витоку масла в разі аварії.

Трансформатор має перемикач відгалужень, що дає змогу пристосувати коефіцієнт трансформації до умов напруги в конкретному місці мережі — положення вибирають під час уведення підстанції в роботу відповідно до вказівок оператора.

Трансформатор працює без постійного персоналу, але потребує періодичних оглядів, які проводить оператор: перевірки стану бака та прохідних ізоляторів, рівня та стану масла (в одиницях, де це можливо), з'єднань і умов охолодження. Під час проєктування підстанції передбачають можливість заміни трансформатора на потужніший, якщо попит у районі зросте, — тому камера та двері мусять мати відповідні розміри, а до підстанції має бути забезпечено під'їзд.

РП НН, облік і заземлення

Розподільний пристрій низької напруги розподіляє енергію від трансформатора на відхідні кола. Найчастіше в ньому застосовують запобіжники-вимикачі навантаження (наприклад, планкові) зі вставками, підібраними до перерізу кабелів і навантаження. РП може містити також:

• вузол обліку енергії або балансового обліку, якщо цього вимагає оператор;
• живлення власних потреб підстанції (освітлення, сервісна розетка);
• обмежувачі перенапруг НН.

Кожна підстанція має заземлювальний пристрій — заземлювачі, забиті в ґрунт або прокладені в траншеї навколо підстанції, з'єднані з конструкцією, нейтраллю трансформатора та екранами кабелів згідно з проєктом. Опір заземлення перевіряють вимірюванням перед уведенням підстанції в експлуатацію, і результат має відповідати вимогам проєкту та оператора.

З боку НН підстанція зазвичай живить кілька кабельних або повітряних кіл, що ведуть до кабельних шаф ZK біля садиб або до розподільних шаф углибині мережі. У кабельних мережах шафи слугують точками розгалуження та межами балансової належності між мережею оператора та установкою споживача.

Як відбувається будівництво контейнерної підстанції

Будівництво нової контейнерної підстанції зазвичай відбувається в такій послідовності:

1. Підготовка ділянки — геодезичне винесення, котлован під фундамент або підземну частину, влаштування основи.
2. Заземлення — прокладання заземлювачів і заземлювальних провідників до встановлення підстанції.
3. Встановлення — монтаж збірної підземної частини та корпусу за допомогою крана або автомобіля з краном-маніпулятором (HDS).
4. Монтаж обладнання — якщо трансформатор постачається окремо, його встановлюють у камеру; підключення РП.
5. Уведення кабелів — кабелі СН і НН вводять крізь проходи, монтують кінцеві муфти та підключають до комірок РП.
6. Вимірювання та випробування — вимірювання заземлення, опору ізоляції, перевірка роботи апаратури та блокувань, вимірювання кабельних ліній.
7. Уведення в роботу — після приймання оператором підстанцію вмикають під напругу і перемикають на неї споживачів.

Важливий елемент — логістика. Бетонний корпус і трансформатор — важкі елементи, які доставляють спеціальним транспортом і встановлюють краном, тож потрібно забезпечити під'їзд, місце для крана та безпечну робочу зону. Перед встановленням перевіряють рівень і несучу здатність основи, бо від цього залежить правильне встановлення підстанції та герметичність кабельних проходів.

Під час реконструкції мереж будівництво нових підстанцій іде пліч-о-пліч із демонтажем старих щоглових підстанцій, які стають непотрібними.

Підстанції СН/НН у наших проєктах

У роботі для ENEA Operator у гміні Niegosławice, яку ми виконували як лідер консорціуму, обсяг охоплював монтаж і будівництво трьох комплектів нових трансформаторних підстанцій СН/НН і водночас демонтаж трьох щоглових трансформаторних підстанцій. Та сама робота включала будівництво кабельної лінії СН 1×150/25 мм² довжиною 3 × 5715 м, кабельних ліній НН і кабельних шаф, а також розбирання 8,266 км повітряної лінії СН-20 кВ — типовий приклад реконструкції, під час якої змінюється вся схема живлення території.

Ми будуємо трансформаторні підстанції СН/НН і кабельні шафи для операторів, підрядників та інвесторів, зокрема як елемент приєднань ВДЕ. Можемо також узяти на себе комплектацію постачання обладнання. Більше інформації — на сторінці Трансформаторні підстанції СН/НН.