Трансформаторни подстанции

Видове, типове и особености

Трансформаторните подстанции служат за намаляване на напрежението на електричеството, което тече по електропреносните линии, и чрез тях към електрическата мрежа се свързват различни сгради и обекти. Съществуват няколко основни типа трансформаторни постове, които съответно имат вариации според вътрешното устройство и външния дизайн. Те могат да представляват малки наземни постройки или съоръжения (комплектни трансформаторни постове, партерни трансформаторни постове, метални табла трансформатори), да са разположени под земята (шахтови трансформаторни подстанции) или над нея (мачтови трансформаторни постове) в зависимост от конкретните обстоятелства и ограничения на проекта.

Тези съображения могат да са свързани както с обективните характеристики на конкретната електрическа мрежа и нейната околна среда, така и с прагматични основания като финансови и времеви ограничения. Не на последно място при избора трябва да се вземат предвид и мерките за безопасност, необходими за отделните типове и модели трансформаторни подстанции.

Текст: списание Енергия

Трансформаторните подстанции, наричани още трансформаторни постове, са ключова част от всяка електропреносна система. Те са необходими за надеждното, непрекъснато и изправно електрозахранване в една мрежа. Чрез тези подстанции към електрическата мрежа се свързват жилищни, обществени, административни сгради, а също така индустриални, селскостопански обекти и железопътни съоръжения. Функцията на трансформаторните подстанции е да приемат от електропреносните линии електричество със средно напрежение (обикновено 20kV или 10kV) и да го преобразуват в електричество с ниско напрежение, което вече може да бъде използвано за захранването на различни електроуреди.

Структурата на тези подстанции обикновено се състои от отсек средно напрежение, отсек за силовия трансформатор, отсек за ниско напрежение, съответно основната апаратура, която се намира в тях, включва разпределителна уредба средно напрежение, уредба ниско напрежение, трансформатор, както и допълнителна апаратура, включваща комутативни устройства, прекъсвачи, мощностни разединители, измервателни устройства. Една от класификациите на трансформаторните подстанции ги разделя според броя трансформатори, инсталирани в тях.

Разнообразие при избора на трансформаторни подстанции

Има няколко основни типа трансформаторни подстанции, които могат да бъдат изпълнени в множество различни варианти в зависимост от нуждите на клиента. При избора на тип и дизайн на трансформаторния пост трябва да се вземат предвид множество фактори. Те включват характеристиките на средата, в която трансформационния пост ще бъде поставен, сред които са архитектурата, предназначението и специфичните нужди на обектите, които биват свързани към електрическата мрежа, апаратурата и начина на работа на дружеството, което захранва конкретната електрическа мрежа, околната инфраструктура, атмосферните условия (температура на околната среда, относителна влажност, надморската височина), степента на замърсяване на средата.

Важните фактори за този избор включват от друга страна и ограничения, свързани с конкретния проект, например бюджетни ограничения или крайни срокове за изграждане и пускане в експлоатация. Тези условия са свързани както с решения, отнасящи се до изпълняването на основната функция на трансформаторната станция, така и с осигуряването на взривобезопасна и пожаробезопасна среда за апаратурата. Различните подстанции имат и различни възможности, като през последните години се проектират и такива, специално предназначени за трансформиране на електричество, произведено от възобновяеми енергийни източници (ВЕИ), една от основните характеристики на които е непостоянството на електропроизводството, което е едно от главните предизвикателства, свързани с различната апаратура, предназначена за ВЕИ инсталации.

Днес много фирми предоставят не само избор между множество различни вътрешни конфигурации на подстанцията, но и възможност външният дизайн да се впише в стила на околната архитектура. Във връзка с безопасността, в трансформаторните постове трябва да се осигури проветривост с цел охлаждане на апаратурата, елиминиране на образуването на конденз и на проникването на прахови частици, особено от електропроводими материали. Дизайна на съоръженията трябва също да е проектиран така, че да се предотврати проникването на птици, гризачи или други животни, както и достъпът на неоторизирани лица до апаратурата. Също така, в зависимост от мястото на монтаж, обслужването на трафопоста може да бъде едностранно, двустранно или тристранно.

Комплектни трансформаторни постове

Основният тип трансформаторни постове са комплектните трансформаторни постове/подстанции (КТП). Те се монтират на открито и представляват самостоятелни малки постройки, в които се намира съответната апаратура. Електричеството средно напрежение влиза с подстанцията по подземни кабелни електропреносни линии. Този вид подстанции могат да бъдат метални (МКТП) или бетонови (БКТП). Едно от предимствата на МКТП е по-малкият обем, като в нормални климатични условия на апаратурата са осигурени необходимите здравина и сигурност, дълъг срок на експлоатация и защита от атмосферни влияния. Те могат да се монтират върху предварително подготвен бетонен, стоманобетонен или железобетонен фундамент. Някои монолитни конструкции не се нуждаят от основа, а могат да бъдат поставени само върху предварително излят подложен бетон, което допълнително съкращава срока за завършване и намалява разходите по монтажа.

Самата конструкция може да е изградена от стомана, облицована с алуминиеви профили и еталбонд (композитен панел тип „сандвич“). Освен че имат по-малък обем, МКТП са също по-леки, което прави монтажа им по-лесен и по-бърз, нещо особено важно при работа на труднодостъпни места или когато има само временна нужда от електрозахранване. БКТП са широко предпочитани, особено в гъсто населените жилищни райони, където не е необходима сложна конфигурация на разпределителната система. От една страна те осигуряват много високо ниво на защита на апаратурата, включително от земетресения, докато в същото време те най-лесно могат да се впишат в околната архитектурна среда. Конструкцията може да бъде монолитна или панелна, като втората позволява свързването на няколко различни корпуса, което се предпочита при изпълняването на сложни и нестандартни конфигурации.

Партерни трансформаторни постове

Тъй като в градовете и особено в някои жилищни райони пространството е ограничено, а цените на имотите високи, при изграждането на трансформаторни подстанции се прибягва до по-компактни решения, сред които са партерните трансформаторни постове, които се инсталират в самата сграда, като обаче е задължително до тях да има достъп отвън и да има достатъчно пространство за извършване на монтажа или обслужването на подстанцията, или при нужда - демонтаж. Металните табла трансформатори (МТТ) имат малки размери и маса и представляват добро решение във финансов и технически план, когато става въпрос за малки консуматори, с мощност до 100kVA, т. е. когато е нужно електрозахранване на обекти като базови станции, малки производства и др. МТТ са изработени от метал, обикновено стомана, и термопанели и са оборудвани със силов трансформатор и разпределителна уредба ниско напрежение. МТТ представлява добра инвестиция не само заради по-малките първоначални разходи, но и тъй като поради разположението си в близост до консуматорите намалява загубите на енергия от електропреносната мрежа.

Шахтови трансформаторни подстанции

При недостиг на надземно пространство се изграждат също подземни или шахтови трансформаторни подстанции. Както при партерните постове, при тях също трябва да се осигурят достатъчно пространство и достъп отвън с цел монтаж, демонтаж или обслужване. Този тип подстанции обаче предполага по внимателно проектиране с оглед на правилното функциониране на апаратурата и осигуряване на безопасност. Размерите трябва да са минимални, да е осигурено допълнително осветление и противопожарни средства, да се осигури добра вентилация, да са инсталирани индикатори, които да показват и да може дистанционно да бъде отчитано покачването на температурата, така че в случай на авария да бъде спряно захранването с електричество с високо напрежение. Също така трябва да се осигури естествено охлаждане на апаратурата и изборът на устройства да не предполага внасянето на масла в подземното помещение.

снимка: ЧЕЗ

Мачтови трансформаторни подстанции

Най-евтиното решение за изграждане на трансформаторен пост е инсталирането на стълбова/ мачтова подстанция. Това решение също се прилага при недостиг на пространство и ниските начални разходи са свързани с това, че не се налага никаква строителна дейност. Също като МТТ, те са подходящи при по-малки консуматори. Обикновено се инсталират без предпазна облицовка. Към тях се монтира табло ниско напрежение. Около тях също обикновено не се предвижда специално ограждане, но при нужда може да се постави ограда с височина поне 1,8m. За предпазване на обслужващия персонал или случайни лица, които могат да се качат на обслужващата площадка, се предвижда специална блокировка. Тази трансформаторна подстанция е и по-чувствителна към неблагоприятни метеорологични условия, поради което е възможно да спре да функционира в много по-кратък срок отколкото другите видове трансформаторни подстанции.

При този вид подстанции е по-голям рискът да бъдат ударени от мълнии, така че към тях се монтират специални мълниезащитни средства. Освен ниската начална инвестиция този вид подстанции имат и други предимства. Също като МТТ, те могат да се инсталират в максимална близост до електропреносните линии и по този начин се намаляват загубите на енергия и съответно разходите. Тъй като имат най-проста и компактна конструкция, тези трансформаторни постове също така могат да се инсталират там, където няма възможност да бъде изграден някой от другите видове подстанции. Към всички трансформаторни подстанции се прилагат стандарти и изисквания, като някои от тях са специфични за отделните видове. Тези стандарти имат за цел да осигурят безопасното функциониране на трафопостовете, което да бъде постигнато чрез определени изисквания за тяхното устройство, средства за предпазване на поставеното оборудване от външни влияния като механични удари, влага, вибрации от шума на заобикалящата среда.

Тези външни влияния могат не само да попречат на оптималното функциониране на апаратурата, но и да доведат до повреди, аварии или да намалят дълготрайността на отделни уреди или на цялата инсталация. Друга група изисквания засягат и безопасността на лицата, които ще бъдат в досег с апаратурата. Тези изисквания включват стандарти за табели и обозначения върху трафопостовете, поставянето на различни измервателни уреди и заземяването на някои части от инсталацията. В трансформаторните подстанции могат да се инсталират различни по вид (сухи и маслени, с нормални и с намалени загуби) и специфични характеристики трансформатори средно и ниско напрежение, като тези характеристики (геометрични размери, маса, загуби на празен ход и на късо съединение, напрежение на късо съединение, ниво на акустична мощност, охлаждане), зависят от мощността на трансформатора.

Уредбите средно и ниско напрежение се отличават едни от други по конфигурацията на помещението, осигуряване на различни обеми, в които да са разположени и фиксирани различните елементи от апаратурата, начините на тяхното свързване, използването на разпределителна уредба или комплектно или модулно разпределително табло, измервателните апарати, разединители и прекъсвачи, които се инсталират, както и по начина на заземяването на някои от елементите и по наличието и разположението на механични прегради, които да предпазват от случаен допит до незаземени елементи. Вече има възможности за автоматизация на трансформаторните постове, която може да се отнася до мониторинг и сигнализация при определени показатели, но също и до управлението. Възможни са и функционалности на контролната част - комутация на мощностни разединители и/или прекъсвачи за средно напрежение и комутация на прекъсвачи за ниско напрежение.