Трансформаторные подстанции

Трансформаторная подстанция (ТП) — это электротехнический узел, который преобразует напряжение электрической энергии и распределяет её по потребителям. Она принимает электроэнергию с линий высокого напряжения, понижает или повышает его до нужного уровня и направляет к домам, предприятиям, участкам и т. д..

Основные функции

• Преобразование напряжения. Электроэнергия передаётся по магистральным линиям электропередачи (ЛЭП) на высоком напряжении (35, 110 кВ и выше) для минимизации потерь. ТП принимают эту энергию и понижают напряжение до уровня распределительных сетей (6 или 10 кВ) и конечного потребления (0,4 кВ)
• Распределение электроэнергии. После преобразования подстанция распределяет электроэнергию по фидерам (отходящим линиям), питающим различных потребителей в соответствии с их нагрузками
• Защита и управление сетью. ТП оснащаются комплексами релейной защиты и автоматики (РЗА), которые мгновенно отключают повреждённые участки сети при коротких замыканиях, перегрузках и других аварийных режимах, предотвращая выход из строя дорогостоящего оборудования и длительные простои
• Контроль и учёт. Современные подстанции интегрируются в системы телемеханики и диспетчерского управления (SCADA), позволяя вести непрерывный мониторинг параметров сети и осуществлять коммерческий и технический учёт электроэнергии

Основные компоненты

• Силовой трансформатор. Главный элемент подстанции. Повышает или понижает напряжение переменного тока за счёт электромагнитной индукции. Может быть масляным (охлаждается трансформаторным маслом) или сухим (охлаждается воздухом)
• Распределительные устройства. Принимают и распределяют электроэнергию. Состоят из шинопроводов и коммутационной аппаратуры (автоматических выключателей, разъединителей, предохранителей и контакторов)
• Система релейной защиты и автоматики. Отслеживает параметры сети в реальном времени. При аварии автоматически отключает повреждённый участок и переключает питание на резервный источник
• Система учёта электроэнергии. Измеряет объём принятой и переданной электроэнергии с помощью счётчиков и измерительных трансформаторов тока и напряжения
• Система заземления и молниезащиты. Обеспечивает защиту персонала и оборудования от поражения электрическим током, а также от ударов молнии

Классификация

Трансформаторные подстанции можно классифицировать по разным критериям. 

По направлению преобразования напряжения:

• повышающие — увеличивают напряжение генератора электростанции для передачи энергии на дальние расстояния с минимальными потерями;
• понижающие — снижают напряжение до безопасного уровня для потребителя (220/380 В)

По конструктивному исполнению:

• мачтовые (столбовые) — размещаются на опорах, обслуживают посёлки и отдельные объекты;
• комплектные (КТП) — заводской сборки, монтируются из готовых блоков;
• закрытые (киоскового типа) — оборудование внутри защитного корпуса;
• открытые — оборудование размещают на открытом воздухе 

По уровню напряжения:

• высоковольтные (110–750 кВ) — объекты магистральных сетей;
• средневольтные (6–35 кВ) — распределительные подстанции городов и предприятий;
• низковольтные (до 1 кВ) — питание конечных потребителей

По способу присоединения к сети:

• ответвительные — подключаются к проходящей линии как «боковая ветка»;
• тупиковые — получают электричество по одной или двум линиям, которые заканчиваются прямо на этой подстанции;
• проходные — стоят прямо «на пути» линии электропередачи (она будто проходит сквозь подстанцию);
• узловые — к ним подходит сразу несколько линий от разных источников 

По назначению:

• распределительные — осуществляют распределение электроэнергии потребителям;
• силовые — обеспечивают электропитанием промышленные предприятия и крупные объекты;
• тяговые — обеспечивают электропитание электрифицированного транспорта;
• объектов связи — обеспечивают электропитание телекоммуникационных устройств

Принцип работы

Энергия поступает на ТП по кабелю или воздушной линии 6–10 кВ. Перед входом в распределительное устройство проходит через вводный выключатель, который позволяет отключить всю подстанцию при необходимости. Измерительные трансформаторы тока (ТТ) и напряжения (ТН) на ВН стороне служат для подключения защитных реле, счётчиков и сигнальных приборов. Эти трансформаторы понижают высокое напряжение и токи до безопасных значений. В распределительном устройстве (КРУ или порталы) энергия распределяется между несколькими вводами (если их несколько) или поступает к трансформаторам (при многотрансформаторной подстанции). Разъединители позволяют выбрать, какой входной фидер работает, для оперативного управления и ремонтов

Электроэнергия поступает на первичную обмотку силового трансформатора (ВН). При протекании тока через первичную обмотку создаётся переменный магнитный поток в железном сердечнике (магнитопроводе). Этот поток переходит из первичной обмотки во вторичную, где индуцирует напряжение в соответствии с законом электромагнитной индукции (закон Фарадея). Соотношение напряжений определяется отношением витков обмоток: U₂/U₁ = N₂/N₁. Мощность на вторичной обмотке примерно равна мощности на первичной (за вычётом потерь 3–5%)

Преобразованное напряжение передаётся в низковольтное распределительное устройство. Здесь электроэнергия расходится по отходящим линиям. Все этапы контролируются системой защиты и автоматики. При аварии срабатывает автоматическое отключение повреждённого участка и питание переключается на резервный источник

Эксплуатация и обслуживание

Эксплуатация трансформаторных подстанций требует регулярного технического обслуживания и соблюдения правил безопасности. Основными мероприятиями по обслуживанию являются:

• регулярная проверка изоляции и целостности контактов оборудования;
• периодический осмотр состояния корпусов и защитных покрытий;
• своевременная замена износившихся деталей и узлов;
• выполнение профилактических работ по очистке оборудования от загрязнений и пыли;
• проверка работоспособности релейной защиты и автоматики

Работа должна проводиться квалифицированным персоналом, прошедшим специальную подготовку и инструктаж по технике безопасности