Распределительные устройства (РУ) играют ключевую роль в системах электроснабжения различных объектов и потребителей. Они выполняют функции приема, распределения и учета электроэнергии, а также защиты элементов сети.
Классификация распределительных устройств
Существует несколько критериев для классификации РУ:
- По уровню напряжения: низковольтные (до 1000В) высоковольтные (свыше 1000В)
- По размещению: открытого типа (ОРУ) закрытого типа (ЗРУ)
- По конструктивному исполнению: с обходной системой шин без обходной системы одностороннего обслуживания
Низковольтные распределительные устройства
Низковольтные РУ или НКУ работают на напряжении до 1000В. Это могут быть распределительные щиты, шкафы, пульты и ящики.
НКУ устанавливается непосредственно у потребителей электроэнергии и выполняет такие функции как:
- прием и распределение электроэнергии между потребителями
- учет электроэнергии (счетчики и трансформаторы тока)
- защита отходящих линий от перегрузок и КЗ
- сигнализация и управление
Конструктивно НКУ состоит из следующих элементов:
- защитные аппараты (автоматы, предохранители)
- рубильники и переключатели
- клеммные колодки
- сборные шины
НКУ могут устанавливаться как в закрытых помещениях в виде шкафов или пультов управления, так и на открытом воздухе в защищенном исполнении.
Комплектные распределительные устройства
Комплектные РУ или КРУ представляют собой шкафы или блоки заводской готовности для напряжений от 6 до 220кВ. Они состоят из отдельных ячеек и имеют стандартное исполнение.
КРУ широко используются на подстанциях городских электрических сетей, а также на различных производственных объектах благодаря компактности и быстрому монтажу.
Состав оборудования ячеек КРУ:
- высоковольтные выключатели
- разъединители, ЗНЗ, трансформаторы тока
- измерительные приборы и счетчики
- устройства РЗА
Отличительной особенностью КРУ является наличие выкатных элементов для удобства техобслуживания и ремонта оборудования.
Распредустройства высокого напряжения
К высоковольтным РУ относятся устройства с рабочим напряжением от 1 до 750 кВ. Они используются на электростанциях, в системах электроснабжения промышленных предприятий, объектов нефтегазовой отрасли.
Распределительные устройства открытого типа (ОРУ) - это комплект оборудования, устанавливаемый на открытом воздухе на специальных металлоконструкциях и фундаментах.
ОРУ имеют более простую и дешевую конструкцию по сравнению с ЗРУ, их достоинства:
- удобный доступ к оборудованию
- естественная вентиляция и охлаждение
- возможность быстрой замены элементов
К недостаткам ОРУ следует отнести влияние внешних климатических факторов.
Закрытые РУ (ЗРУ) представляют собой помещение, внутри которого на специальных конструкциях установлено высоковольтное оборудование в виде КРУ или КСО.
Преимущества ЗРУ:
- защита оборудования от воздействия окружающей среды
- компактность
- возможность организации ремонтных рабочих мест внутри ЗРУ
К недостаткам ЗРУ можно отнести достаточно высокую стоимость и ограниченность по площади для размещения оборудования.
Схемные решения в распределительных устройствах
В распределительных устройствах применяются различные электрические схемы. Наиболее распространенные из них:
- Радиальная схема - простейшая схема, при которой каждый фидер питается от сборных шин через выключатель и разъединители
- Магистральная схема - отличается наличием общей магистрали (системы шин), к которой через выключатели и разъединители подключены отходящие линии
- Секционированная схема - сборные шины РУ выполнены в виде отдельных секций с устройством их взаимного резервирования
- Кольцевая схема - каждый фидер может быть запитан от нескольких систем шин через выключатели на разных сторонах
При выборе той или иной схемы РУ учитываются особенности энергосистемы, количество и надежность питающих линий, требования к эксплуатации.
Вводно-распределительные устройства
В системах электроснабжения применяются также вводно-распределительные устройства (ВРУ). Их основное назначение - прием и распределение электроэнергии от одного или нескольких источников питания к потребителям.
Как правило, ВРУ выполняются закрытого исполнения и включают в себя:
- аппараты защиты (автоматические выключатели, предохранители)
- устройства учета (счетчики) и измерений (трансформаторы тока)
- коммутационное оборудование (рубильники, переключатели)
- вспомогательные цепи (сигнализация, автоматика)
Вводно-распределительные устройства широко применяются в системах электроснабжения жилых, административных и промышленных зданий для распределения электроэнергии от внешней сети к различным электроприемникам внутри объекта.
Устройства компенсации реактивной мощности
Для повышения эффективности работы энергосистем в состав распределительных устройств включают компенсирующие устройства - конденсаторные батареи, реакторы, управляемые шунтирующие реакторы (УШР).
Эти устройства выполняют следующие функции:
- Снижение потерь электроэнергии в сетях
- Вводно-распределительное регулирование уровня и распределения реактивной мощности
- улучшение качества электроэнергии, стабилизация параметров
Компенсирующие устройства могут устанавливаться на подстанциях и непосредственно у крупных потребителей электроэнергии.
Модернизация распределительных устройств
С развитием цифровых технологий происходит модернизация вводно-распределительных комплексов с переходом к интеллектуальным системам управления:
- Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП)
- Автоматические системы диспетчерского управления (АСДУ)
- Цифровые подстанции на базе микропроцессорных устройств РЗА
Внедрение Smart Grid и цифровых РУ повышает эффективность, управляемость и надежность систем распределения электроэнергии.
Требования к конструкции распределительных устройств
Конструкция любого распределительного устройства должна обеспечивать:
- Надежную работу оборудования в заданных условиях окружающей среды
- Безопасность обслуживания, удобный доступ к оборудованию
- Возможность быстрой замены поврежденных элементов
- Электрические и механические блокировки для предотвращения ошибочных операций
Для этого РУ проектируются с учетом требований нормативных документов, таких как ПУЭ, СНиП, ГОСТ.
Сейсмостойкость распределительных устройств
В районах с повышенной сейсмической активностью распредустройства должны проектироваться как сейсмостойкие, способные противостоять землетрясениям без нарушения работоспособности.
Для повышения сейсмостойкости применяют:
- Специальные металлоконструкции и фундаменты
- Усиленные опорные изоляторы
- Гибкие токопроводы
- Дополнительные растяжки и распорки
Сейсмическое тестирование РУ позволяет подтвердить соответствие реальных характеристик расчетным.
Эксплуатация распределительных устройств
В процессе длительной эксплуатации распредустройств необходимо:
- Проводить плановые и внеплановые осмотры оборудования
- Техническое обслуживание и профилактические испытания
- Модернизация морально устаревшего оборудования
- Оперативные переключения для обеспечения ремонтов
Правильная организация эксплуатации позволяет максимально продлить срок службы РУ и его безаварийную работу.
Утилизация оборудования распредустройств
По истечении срока эксплуатации оборудование распределительных устройств должно быть демонтировано, разобрано на части и утилизировано как отходы с содержанием полезных или токсичных веществ.
Основным методом утилизации является переработка:
- Черных металлов путем переплавки
- Цветных металлов методом аффинажа
- Полимерных изоляционных материалов для получения вторичного сырья
Разновидности распределительных устройств по исполнению
По исполнению распределительные устройства подразделяются на:
- Открытого исполнения (установка на открытом воздухе)
- Закрытого исполнения (размещение внутри помещения)
- Комплектные (полностью собранные на заводе ячейки)
- Сборные (из отдельных конструктивных элементов)
Степень защиты распределительных устройств
Степень защиты оболочки РУ от проникновения пыли, влаги и посторонних твердых предметов классифицируется по IP коду в соответствии с ГОСТ 14254-2015.
Для наружных РУ минимальный IP54, для внутренних - IP31. Более высокий IP обеспечивает расширенную защиту.
Класс напряжения изоляции в РУ
Изоляция распредустройства должна соответствовать рабочему напряжению сети с запасом прочности. Выделяют следующие классы изоляции:
- 0,4 кВ
- 1 кВ
- 3-6 кВ
- 10 кВ
- 20-35 кВ
- 110-750 кВ
Для каждого класса существуют стандартные расстояния утечки, испытательные напряжения изоляции.
Технические характеристики РУ
Основные технические параметры РУ:
- Номинальное напряжение
- Номинальный ток сборных шин и проходных изоляторов
- Номинальный ток отключения выключателей
- Ток термической стойкости
- Ток электродинамической стойкости
- Степень защиты ИР
По этим данным определяется область применения и возможности РУ.
Будущее распределительных устройств
Совершенствование РУ идет по пути цифровизации, внедрения новых материалов, перехода на более высокие классы напряжения.
Перспективные инновационные решения:
- Применение высокотемпературной сверхпроводимости
- Использование газонаполненного оборудования
- Устройства на основе вакуумной и твердотельной коммутации
Основные элементы распределительного устройства
Распределительное устройство состоит из отдельных функциональных элементов. Основные из них:
- Выключатели и разъединители
- Системы сборных шин, токопроводы
- Изоляторы и изоляционные конструкции
- Устройства релейной защиты и автоматики
Также в РУ могут применяться ограничители перенапряжений, средства учета электроэнергии, дополнительные вспомогательные цепи, шторочные механизмы.
Выключатели распределительных устройств
Выключатели предназначены для оперативных переключений, отделения и включения отдельных участков сети в нормальных и аварийных режимах.
Выключатели в РУ могут быть:
- Масляными
- Вакуумными
- Элегазовыми
- Комплектными однофазными или трехфазными с выдвижным элементом
Требования к выключателям РУ
К выключателям в распределительных устройствах предъявляются следующие требования:
- Обеспечение надежной изоляции и гашения дуги
- Большой ресурс по коммутационной стойкости и срок службы
- Высокие скорости включения и отключения
- Стойкость к вибрации и механическим нагрузкам
Системы сборных шин
Система сборных шин предназначена для распределения и передачи электроэнергии между элементами РУ. Шины могут быть:
- Медными или алюминиевыми
- Жесткими (трубными) или гибкими (проводными)
- Открытыми или изолированными
Заключение
Распределительные устройства являются важнейшим элементом систем электроснабжения, выполняя функции приема, преобразования и распределения электроэнергии между потребителями. Статья подробно описывает их классификацию, особенности конструкции, применяемые схемные решения, перспективные инновационные разработки распредустройств. Приведены сравнительные характеристики различных типов комплектных и сборных распределительных устройств для всех классов напряжения.