Kopņu sistēmas sadales un transformatoru apakšstacijām

Elektroenerģijas pārvadei un sadalei tiek izmantotas gaisvadu līnijas vai spēka kabeļi ar dažādiem sprieguma līmeņiem, kuru izvēle balstās uz tehnisko un ekonomisko aspektu analīzi.

Lai nodrošinātu augstu elektroapgādes drošumu, elektriskie tīkli var būt vairāk vai mazāk daudzķēžu. Tas ļauj atsevišķu pārvades līniju atteices gadījumā turpināt piegādāt patērētājus pa citām līnijām.

Punktus tīklā, kur saplūst divas vai vairākas līnijas, sauc par mezglpunktiem. Šajos savienojuma punktos vienmēr tiek uzstādītas komutācijas ierīces, kas paredzētas atsevišķu līniju ķēžu atslēgšanai bojājumu vai apkopes un remonta gadījumā.

Ir izvietotas visas tam nepieciešamās komutācijas ierīces, kā arī mērīšanas, vadības, aizsardzības un palīgiekārtas sadales apakšstacijā.

Ja papildus šīm ierīcēm sadales apakšstacijā tiek uzstādīti transformatori, lai tomēr mainītu līmeni, šādu apakšstaciju sauc apakšstacija.

Sadales apakšstacijas ir aprīkotas ar šādiem galvenajiem konstrukcijas elementiem:

• Šīna;
• Atvienotājs;
• Strāvas slēdzis;
• strāvas un sprieguma pārveidotāji;
• Pārsprieguma ierobežotājs;
• Zemējuma slēdzis;
• Iespējams: transformators.

Apakšstacijas ir aprīkotas ar mezgliem un detaļām ar tehniskajiem parametriem, kas atbilst prasībām un iespējamām mehāniskajām un elektriskām slodzēm.

Tā kā mūsdienu apakšstacijas galvenokārt tiek vadītas attālināti, tās ir aprīkotas ar papildu uzraudzības un vadības ierīcēm. Papildus apakšstacijas ir aprīkotas ar patērētājiem piegādātās elektroenerģijas uzskaites un mērierīcēm, kā arī pārsprieguma aizsardzības ierīcēm.

Sadales apakšstacijas galvenais elements ir kopne. Kā likums, tas izskatās kā īsa gaisa līnija. Ļoti lielām strāvām tas tiek ievietots iekšēji eļļas dzesēšanas caurulē.

Ir vairāki kopņu izkārtojuma veidi, un konkrēta izkārtojuma izvēle ir atkarīga no dažādiem faktoriem, piemēram, sistēmas sprieguma, apakšstacijas novietojuma sistēmā, barošanas avota drošuma, elastības un izmaksām.

No fiziskā viedokļa kopne ir tīkla mezgls. Šajā punktā sākas un beidzas atsevišķas līnijas, kuras šajā kontekstā sauc barotavas.

Padevējus var ieslēgt un izslēgt, izmantojot slēdžus. Tā kā šie slēdži nodrošina darba strāvu un darbības traucējumu gadījumā avārijas strāvu, tos sauc par strāvas slēdžiem.

Mūsdienīgi augstsprieguma jaudas slēdži līmenis līdz 380 kV spēj droši un bez bojājumiem ieslēgt / izslēgt strāvas līdz 80 kA. Strāvas slēdžiem nepieciešama regulāra apkope.

Lai nodrošinātu šāda darba drošību, automātiskie slēdži ir aprīkoti ar t.s atvienotāji… Atšķirībā no strāvas slēdžiem, atvienotājus var ieslēgt/izslēgt tikai izslēgtā stāvoklī, t. tikai pēc attiecīgo automātisko slēdžu atvēršanas.

Lai izvairītos no kļūdainām pārslēgšanas darbībām, atvienotāji un automātiskie slēdži ir savstarpēji mehāniski bloķēti.

Turklāt atvienotāji ir paredzēti, lai izveidotu redzamu izslēgšanas punktu, jo strāvas slēdžos šis punkts atrodas loka teknē un ir paslēpts. Saskaņā ar drošības noteikumiem, atvienojot elektrolīniju posmus, atslēgšanas vietai jābūt redzamai.

Lai veiktu kopņu apkopes darbus, nepārtraucot barošanu, sadales apakšstacijai jābūt aprīkotai ar vismaz divām paralēlām kopnēm.

Lai palielinātu tīkla elastību, ir iespējams pieslēgt kopnēm atsevišķus padevējus, izmantojot atdalītājus. Turklāt, lai palielinātu darbības brīvību, sliedi var sadalīt vairākās sekcijās (tā sauktajā sliedes garengriezumā).

Pateicoties šiem pasākumiem, lielu elektrotīklu var sadalīt vairākās sekcijās ar galvanisko izolāciju, kas ierobežo strāvu apjomu iespējamā īssavienojuma gadījumā.

Aprakstītās darbības parasti sauc par koriģējošām komutācijas darbībām, un optimālā tīkla konfigurācija tiek noteikta iepriekš, izmantojot slodzes sadales un īssavienojumu aizsardzības programmas.

Optimizējot šīs darbības, var izmantot visu elektrotīkla potenciālu, neradot bīstamus darba apstākļus.

Sadales un transformatoru apakšstacijas ir sadalītas atsevišķos paneļos, kas veic noteiktas funkcijas. Ir barošanas paneļi, kontaktligzdas barošanas paneļi un savienojuma paneļi.

Atsevišķu paneļu dizains parasti ir vienots. Elektriskās shēmās paneļi vienmēr ir parādīti vienpolārā formā. Tas nozīmē, ka šāda veida diagrammās, izmantojot standarta simbolus, ir attēlotas tikai iekārtas darbībai nepieciešamās ierīces.

Strāvas padeves shematiskā shēma

Saskaņā ar attēlā redzamo shēmu tiek būvēti gan barošanas paneļi, gan paneļi ar izejošām barošanas ierīcēm. Abi atvienotāji ir paredzēti slēdža atslēgšanai kopā ar strāvas un sprieguma mērīšanas transformatoriem.

Ja iekārta sastāv no vairākām kopnēm, kopnes atvienotāju skaits ir jāpalielina par atbilstošu reižu skaitu divām kopnēm.

Instrumentu transformatori fiksē attiecīgos parametrus, kas nepieciešami darbībai, skaitīšanas un aizsardzības ierīcēm.

Zemējuma slēdzis tiek izmantots, lai aizsargātu līniju no blakus esošo līniju induktīvās un kapacitatīvās ietekmes apkopes laikā, kā arī aizsardzībai pret zibens spērieniem. Savas funkcijas dēļ zemējuma slēdzi dažreiz sauc par dienesta zemējuma slēdzi.

Lai avārijas gadījumā atslēgtu lielākus tīkla posmus vai veiktu nepieciešamos apkopes darbus, parasti tiek izmantotas vismaz divas paralēlas kopnes.

Dubultā sliežu sistēma

Izmantojot pieslēguma plāksnes strāvas slēdzi, abas kopnes var savienot ar vienu mezgla punktu. Šo savienojuma veidu sauc par šķērssavienojumu. Pateicoties šķērssavienojumam, kopnes var mainīt, nepārtraucot barošanu.

Strāvas paneļus un paneļus ar izejošām barošanas ierīcēm, ja nepieciešams, var pieslēgt dažādām kopnēm, kā rezultātā netiek pārtraukta strāvas padeve.

Tā kā atvienotājus var ieslēgt/izslēgt tikai izslēgtā stāvoklī, strāvas slēdzis ir jāintegrē abu kopņu savienojumā. Ja kopnes ir savstarpēji savienotas, tad vispirms ir jāaizver abi atvienotāji un tikai pēc tam strāvas slēdzis.

Pieslēdzot kopnes, attiecīgi jārīkojas (piemēram, jāpārslēdz transformatoru slēdži), lai izlīdzinātu to potenciālus, pretējā gadījumā, pieslēdzot kopnes, kopnēs parādīsies lielas pārejas strāvas.

Pēc kopņu pievienošanas var veikt jebkuru barošanas bloku pievienošanu un atvienošanu, jo kopnēs vairs nav potenciālu starpības.

Ir nepieciešams tikai nodrošināt, lai otrs atvienotājs tajā pašā padevējā aizvērtos pirms viena atvienotāja atvēršanas. Pretējā gadījumā atvienotājs atvēršanas laikā tiks pakļauts slodzei, kas var izraisīt citu instalācijas sastāvdaļu iznīcināšanu un pat bojājumus.Tāpēc atvienotāji ir aizsargāti pret nejaušu atvēršanu, izmantojot īpašas bloķēšanas ierīces (elektriskas un pneimatiskas).

Lai izpētītu sadales apakšstacijā notiekošos pamatprocesus, var salikt eksperimentālu ķēdi, ar kuru var veikt pamata pārslēgšanas darbības.

Eksperimentālais stends

Eksperimentālā stenda shematiskā diagramma

Šāds eksperimentālais stends sadales un transformatoru apakšstaciju kopņu sistēmu izpētei (vācu firmas Lucas-Nuelle laboratorijas stends) atrodas resursu centrā "Econtechnopark Volma".

Resursu centra mācību laboratorijas aprīkojuma aprakstu skatiet šeit un šeit

SCADA ekrānuzņēmums jaudas laboratorijai: dubultā kopne

Sprieguma un strāvas parametru analīze tiek veikta, izmantojot SCADA for power Lab (SO4001-3F) programmatūru. Lai maksimāli izmantotu divu kopņu sistēmu, ieteicams katru kopni pievienot savam sprieguma avotam.