Оборудване за подстанции СН/НН

Подстанциите са част от електрическата инсталация, включваща комутационна апаратура, a в някои случаи и трансформатори, в която завършват преносните или разпределителните линии. Тези съоръжения обикновено са оборудвани и с всички необходими устройства за управление и защита.

В зависимост от изпълняваната функция подстанциите могат да бъдат трансформаторни, преобразувателни, преносни или разпределителни. Трансформаторните електрически подстанции СН/НН включват набор от устройства, предназначени за преобразуване на подаденото от разпределителната мрежа средно напрежение до стойности, подходящи за захранването на линиите за ниско напрежение.

В допълнение, електрическите подстанции могат да бъдат разделени и на обществени и частни. Първите са собственост на електроразпределителнитe компании и доставят на частни потребители едно- или трифазен променлив ток (типичните стойности на напрежението за двата типа захранване могат да бъдат 230 V и 400 V). На свой ред те са разделени на градски или селски подстанции, състоящи се от един-единствен малък трансформатор.

Частните подстанции често могат да се разглеждат като терминални, т. е. където линията средно напрежение завършва. Те могат да захранват както цивилни (училища, болници и т. н.), така и промишлени потребители, свързани към обществената мрежа СН. Собствениците на такива съоръжения трябва да предоставят специално помещение, достъпно за персонала на разпределителните дружества, в което да бъде инсталирано оборудването, за което те отговарят. Предлагат се решения с различна конфигурация, като напоследък все по-широко разпространено става използването на фабрично сглобени подстанции.

Разединители

Системите СН трябва да включват изолиращо устройство преди всеки товаров прекъсвач-разединител, който не отговаря на стандартите за прекъсвачи. Предпазителите СН пък трябва да са свързвани към комутиращо и разединително устройство, което позволява безопасната им подмяна.

Тъй като разединителите нямат затваряща и изключваща мощност, те трябва да работят при отсъствие на ток и обикновено са блокирани със съответното комутационно оборудване, за да не се отварят или затварят под товар. В допълнение, всяко устройство за разединяване трябва да бъде свързано със заземен комутатор, блокиран в отворено или изключено положение. Поради тези причини често се предпочита използването на многофункционални устройства, които са координирани и позволяват елиминирането на всички проблеми, свързани с блокировките. На пазара се предлагат два основни вида многофункционални устройства – линеен товаров прекъсвач-разединител/заземителен комутатор и прекъсвач/линеен разединител/заземителен комутатор.

Прекъсвачи

Общо изискване е всички потребители СН да бъдат защитени срещу къси съединения към земята. Изборът на защита се свежда или до многофункционалните устройства, които вече бяха разгледани, или до прекъсвачи, ако е необходимо по-традиционно решение и с по-добри електрически характеристики по отношение на номиналния ток и комутиращата способност. В системите СН прекъсвачите трябва да имат достатъчна комутираща и затваряща способност за тока на късо съединение, изчислен в точката на монтаж. Някои стандарти препоръчват и включване на аларма, която веднага да сигнализира за прекъсване на захранването за работния механизъм, и по този начин да позволи предприемането на незабавни действия за възстановяването му.

Измервателни трансформатори

Измервателните трансформатори (токови и напреженови) са необходими в подстанциите за понижаване на тока и напрежението на инсталацията до стойности, които могат да бъдат отчетени от измервателните и защитните устройства. Друга тяхна важна функция е да се направят вторичните вериги за измерване и защита галванично независими от първичната верига на захранване, като по този начин се гарантира по-голяма безопасност за операторите.

Основен фактор при избора на измервателните токови трансформатори е, че класът на точност е гарантиран за вторични товари с 25% по-високи от номиналните характеристики. В миналото, когато измервателните уреди бяха електромеханични, беше логично да се ползват токови трансформатори с високи спецификации, но днес цифровите инструменти позволяват прилагането и на такива с ограничени експлоатационни характеристики (обикновено 5, максимум 10 VA).

Основна характеристика на измервателните токови трансформатори е насищането за токове малко над номиналния първичен ток, за да се гарантира защита на инструментите в случай на късо съединение. За измервателните токови трансформатори трябва да бъде определен коефициент на безопасност така, че за по-високи от определена стойност токове насищането да е с достатъчно ниво на сигурност и да се осигури защита за вторичната верига.

В действителност токовите трансформатори не се натоварват във вторичната верига до достигане на номиналните си характеристики, а до по-ниски стойности. Реалният коефициент на безопасност следователно е по-голям от номиналния и това обуславя необходимостта от проверка, за да се гарантира, че свързаната към вторичната верига апаратура е адекватно защитена.

Защитно реле

Всяка верига, включваща прекъсвач, трябва да бъде оборудвана с устройства за максималнотокова релейна защита, които се задействат от командата за отваряне на прекъсвача. Предпазните устройства могат да бъдат: директни релета, монтирани върху прекъсвача и захранвани директно от първичния ток (не се използват при средно напрежение); индиректни релета без спомагателно захранване; индиректни релета със спомагателно захранване.

Максималнотоковите релейни защити трябва се избират, като се вземат предвид характеристиките на конкретната верига и селективната координация на защитите. Ако разпределителното дружество изисква защита с незабавно изключване, може да не е възможно да се постигне селективна координация на защитите като част от вътрешната разпределителна мрежа СН (ако има такава) поради незабавното изключване на главния прекъсвач. В този случай обаче е възможно да се ограничи пробивът в резултат на неизправност във вътрешната мрежа например чрез използването на подходяща разпределителна схема (двойна радиална, отворен пръстен) и подходящи устройства за идентифициране на дефектния сегмент или за внедряване на селективност на тока с мрежата НН.

Осигурените защити в точката на свързване между потребители и разпределителните дружества не са предназначени за предпазване на оборудването и системите, а се използват само за определяне на договорните стойности, над които потребителят трябва да се изключи от мрежата. Поради това инсталирането на защитно устройство в точката на доставка не е гаранция за адекватна защита на мрежата надолу по веригата.

Като цяло, защитната система трябва да осигурява най-малко следните функции:

• предпазване от фаза на претоварване с три прага: първи праг със задействане, отнемащо повече време при по-ниско претоварване и по-малко време при по-високо претоварване; втори праг за идентифициране на незначителни многофазни къси съединения в мрежата на потребителя; трети праг за идентифициране на многофазни къси съединения в мрежата на потребителя;
• защита от униполярно претоварване: тази защита може да бъде реализирана по два различни начина в зависимост от капацитивния принос на потребителската мрежа към разпределителното дружество. По-специално, ако приносът на потребителската мрежа е под 80% от стойността, която се изисква от дружеството, защитата може да бъде от ненасочен тип; в противен случай задължително трябва да бъде насочена (с посока на активиране за ток, протичащ от разпределителното дружество към потребителската мрежа);
• за мрежи с капацитивен принос, по-малък или равен на 80% от заложената стойност, се изискват два прага за максимален униполярен ток със следните характеристики: първи праг с дефинирано времево изключване за идентифициране на еднофазни заземителни неизправности в потребителската мрежа; втори праг с дефинирано времево изключване за идентифициране на двойни еднофазни заземителни неизправности в потребителската мрежа;
• за мрежи с капацитивен принос над 80% от заложената стойност се изискват три прага за максимален униполярен ток със следните характеристики: първи праг от насочен тип с дефинирано времево изключване за идентифициране на еднофазни заземителни неизправности в потребителската мрежа с компенсираща неутрална система; втори праг от насочен тип с дефинирано времево изключване за идентифициране на еднофазни заземителни неизправности в потребителската мрежа с изолирана неутрална система; трети праг от ненасочен тип с дефинирано времево изключване за идентифициране на двойни еднофазни заземителни неизправности в потребителската мрежа.

Силови трансформатори

Тъй като трансформаторът е най-важната част от трансформаторната подстанция, изборът му оказва съществено влияние върху конфигурацията й. Той се извършва въз основа на няколко фактора: характеристики на инсталацията на потребителя, необходимо ниво на непрекъснатост на услугата, местоположение на електрическата подстанция.

В зависимост от вида на охлаждането трансформаторите се категоризират както следва: AN – охлаждане с естествена циркулация на въздуха; AF – охлаждане с принудителна циркулация на въздуха; ONAN – охлаждане с естествена циркулация на масло и въздух; ONAF – охлаждане с естествена циркулация на масло и принудителна циркулация на въздуха; OFAF – охлаждане с принудителна циркулация на масло и въздух. Най-често използваните типове са AN и ONAN, тъй като в подстанциите обикновено няма непрекъснато присъствие на персонал и не се препоръчва да се използват машини с вентилатори или маслени циркулационни помпи.

При подаване на заявка за свързване разпределителното дружество трябва да определи границата за максималната мощност на един или няколко трансформатора, успоредно свързани на една и съща шина НН, отнасяща се до посочените типични напрежения на късо съединение, които потребителят може да инсталира в собствената си система, за да се избегне задействането на максималнотоковата защита, монтирана на линията СН, която я захранва в случай на късо съединение по шините НН на трансформатора. Това ограничение на максималната мощност е обикновено 2000 kVA (20 kV мрежи) и 1600 kVA (15 kV мрежи).