ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ СЕТЬ Российский патент 2015 года по МПК H02J3/00 

Изобретение относится к области производства, преобразования и распределения электрической энергии, например, к электрической сети 0,4-6(10)(20) кВ и может быть использовано в отдельно взятом населенном пункте с применением элементов электрических сетей и индивидуальных трансформаторных подстанций.

Известна однопроводная распределительная сеть, содержащая источник энергии, подключенную к нему трехпроводную сеть, понижающий трансформатор, при этом на ответвлении от магистрали трехпроводной сети дополнительно установлен промежуточный трансформатор, имеющий соединение первичных обмоток по схеме «звезда», а вторичных обмоток - по схеме «разомкнутого треугольника», в котором одна из обмоток включена встречно по отношению к двум другим обмоткам, причем один из выводов «разомкнутого треугольника» присоединен к земле, а второй, через однородную линию, подключен к одному из выводов понижающего однофазного трансформатора, второй вывод которого присоединен к земле [1].

Данная однопроводная распределительная сеть относится к традиционным распределительным двухуровневым системам напряжения, в которой группы потребителей питаются от источника энергии одного напряжения, которое понижается посредством, например, трансформаторных подстанций до уровня электрических сетей 0,4 кВ, являющихся последним звеном в цепи передачи и распределения электрической энергии от генерирующих источников непосредственно к потребителям. Однако эти электрические сети имеют существенные недостатки, касающиеся прежде всего низкой пропускной способности, наличия большого количества устаревшего оборудования и потерь, связанных с технической простотой несанкционированного подключения к таким сетям.

Известна также электрическая распределительная сеть, содержащая питающую линию, двухтрансформаторные подстанции напряжением 10(6)/0,4 кВ и кабельные или воздушные изолированные линии напряжением 0,4 кВ [2].

Однако это известное техническое решение имеет следующие недостатки:

- большая длина сети среднего напряжения (воздушных линий электропередачи 10 кВ и 6 кВ);

- значительное количество коротких ответвлений от линий к потребителям, что приводит к повышенному ущербу от перебоев энергоснабжения;

- эта схема распределительной сети не только технически, но и экономически менее надежная из-за высокой стоимости компонентов среднего напряжения, которые дороже компонентов низкого напряжения как в конструктивном исполнении, так и в технологии производства;

- существенные затраты на инвестиции и техническое обслуживание традиционных воздушных линий электропередачи среднего напряжения.

Заявитель ставил перед собой конкретную задачу разработать электрическую распределительную сеть 20(10)(6)-0,4 кВ, характеризующуюся высокими надежностью и качеством электрической энергии у потребителей, низкими потерями (порядка 4-6%) электроэнергии при ее передаче и распределении в сетях 0,4 кВ, что обуславливает эффективность передачи электроэнергии по низковольтным сетям. Вышеуказанный практический технический результат был достигнут благодаря новой совокупности существенных конструктивных признаков заявленной электрической распределительной сети, изложенной в нижеприведенной формуле изобретения: «электрическая распределительная сеть, содержащая воздушную линию электропередачи напряжением 20 кВ или воздушную линию электропередачи напряжением 10 кВ, или воздушную линию электропередачи напряжением 6 кВ и воздушную линию электропередачи напряжением (0,7-0,99) кВ, выбранным с учетом отклонений от минимального значения напряжении 0,7 кВ до максимального значения напряжения 0,99 кВ, каждая из которых выполнена с изолированной нейтралью или глухозаземленной нейтралью, при этом линии 20 кВ или 10 кВ или, 6 кВ подсоединены через, по крайней мере, однотрансформаторную подстанцию 20(10)(6)/(0,7-0,99)/0,4 кВ или 20(10)(6)/(0,7-0,99) кВ, по меньшей мере, в одноцепном варианте, таким образом, что одна их цепь присоединена к обмотке трансформатора воздушной линии электропередачи напряжением (0,7-0,99) кВ или другая их цепь присоединена к обмотке трансформатора воздушной линии электропередачи 0,4 кВ, выполненной с глухозаземленной или изолированной нейтралью, причем линии (0,7-0,99) кВ подключены к потребителям через индивидуальные понизительные столбовые трансформаторные подстанции (0,7-0,99)/0,4 кВ или (0,4-0,57)/0,23 кВ с распределительным шкафом (0,23-0,4) кВ; распределительная сеть (0,7-0,99) кВ смонтирована на неизолированных проводах или самонесущих изолированных проводах (СИП) и со стороны конечных потребителей отделена вводными выключателями (0,23-0,4) кВ от упомянутых индивидуальных понизительных столбовых трансформаторов (0,7-0,99)/0,4 кВ или (0,4-0,57)/0,23 кВ; для обеспечения повышения надежности электроснабжения при коротких замыканиях и повреждениях в линиях магистральные линии с ответвлениями в распределительной сети (0,7-0,99) кВ выполнены секционированными с взаимным резервированием цепей от фидеров посредством установки низковольтного коммутационного оборудования; в качестве упомянутого низковольтного коммутационного оборудования использованы контакторы, магнитные пускатели, реклоузеры и т.п.; индивидуальные трансформаторы распределительной сети (0,7-0,99) кВ выполнены в виде трехфазных трансформаторов (0,7-0,99)/0,4 кВ и/или однофазных трансформаторов (0,4-0,57)/0,23 кВ; трансформаторная подстанция 20(10)(6)/(0,7-0,99)/0,4 кВ выполнена в виде трехобмоточного трансформатора 20(10)(6)/(0,7-0,99)/0,4 кВ, позволяющего запитывать потребителей, находящихся за пределами действия длин фидеров линии 0,4 кВ, при этом потребители, близко расположенные к трехобмоточному трансформатору, подключаются к воздушной линии электропередачи напряжением 0,4 кВ, а далеко расположенные от трехобмоточного трансформатора потребители подключаются к воздушной линии электропередачи напряжением (0,7-0,99) кВ; трансформаторная подстанция 20(10)(6)/(0,7-0,99) кВ выполнена в виде двухобмоточного трансформатора 20(10)(6)/(0,7-0,99) кВ, позволяющего запитывать потребителей, расположенных за пределами действия длин фидеров линий 0,4 кВ от двухобмоточного трансформатора; применена дистанционная система мониторинга трансформаторов 20(10)(6)/(0,7-0,99)/0,4 кВ, 20(10)(6)/(0,7-0,99) кВ, (0,7-0,99)/0,4 кВ и (0,4-0,57)/0,23 кВ».

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена принципиальная схема электрической распределительной сети, выполненной согласно настоящему изобретению.

Предлагаемая электрическая распределительная сеть построена на основе воздушной линии электропередачи 1 среднего класса напряжения 20 кВ или воздушной линии электропередачи 2 среднего класса напряжения 10 кВ, или воздушной линии электропередачи 3 среднего класса напряжения 6 кВ и воздушной линии электропередачи 4 напряжением (0,7-0,99) кВ, выбранным с учетом отклонений от минимального значения напряжении 0,7 кВ до максимального значения напряжения 0,99 кВ. Все линии этих классов напряжения могут выполняться с изолированной нейтралью или глухозаземленной нейтралью и подсоединяться через однотрансформаторную подстанцию 5 20(10)(6)/(0,7-0,99)/0,4 кВ или 20(10)(6)/(0,7-0,99) кВ. Если подсоединение осуществляется в одноцепном варианте, то цепь 6 линий 20 кВ, 10 кВ, 6 кВ присоединяется к обмотке трансформатора 7 воздушной линии электропередачи 4 напряжением (0,7-0,99) кВ, а в случае необходимости другая их цепь 8 присоединяется к обмотке трансформатора воздушной линии электропередачи 9 напряжением 0,4 кВ, которая также выполняется с глухозаземленной или изолированной нейтралью. Линии напряжением (0,7-0,99) кВ подключены к потребителям через индивидуальные понизительные столбовые трансформаторные подстанции (0,7-0,99)/0,4 кВ или (0,4-0,57)/0,23 кВ с распределительным шкафом (0,23-0,4) кВ (не показаны).

Распределительная сеть 4 напряжением (0,7-0,99) кВ может монтироваться как на неизолированных проводах, так и на самонесущих изолированных проводах (СИП) и со стороны конечных потребителей отделяется вводными выключателями (0,22-0,4) кВ от индивидуальных понизительных столбовых трансформаторов (0,7-0,99)/0,4 кВ или (0,4-0,57)/0,23 кВ.

С целью повышения надежности электроснабжения при коротких замыканиях и повреждениях в линиях магистральные линии с ответвлениями в распределительной сети 4 напряжением (0,7-0,99) кВ могут выполняться секционированными с взаимным резервированием цепей от фидеров посредством установки низковольтного коммутационного оборудования, например контакторов, магнитных пускателей, реклоузеров и других устройств аналогичного назначения.

Индивидуальные трансформаторы распределительной сети 4 напряжением (0,7-0,99) кВ выполняются в виде трехфазных трансформаторов (0,7-0,99)/0,4 кВ и/или однофазных трансформаторов (0,4-0,57)/0,23 кВ.

Однотрансформаторная подстанция 5 20(10)(6)/(0,7-0,99)/0,4 кВ может быть выполнена в виде трехобмоточного трансформатора 20(10)(6)/(0,7-0,99)/0,4 кВ, который позволяет питать потребителей, находящихся за пределами действия длин фидеров линии 9 напряжением 0,4 кВ. Потребители, близко расположенные к трехобмоточному трансформатору, подключаются в этом случае к воздушной линии электропередачи напряжением 0,4 кВ, а далеко расположенные от трехобмоточного трансформатора потребители подключаются к воздушной линии электропередачи 4 напряжением (0,7-0,99) кВ.

Еще один вариант выполнение однотрансформаторной подстанция 5 20(10)(6)/(0,7-0,99) кВ в виде двухобмоточного трансформатора 20(10)(6)/(0,7-0,99) кВ, позволяющего запитывать потребителей, расположенных за пределами действия длин фидеров линии 9 напряжением 0,4 кВ от двухобмоточного трансформатора.

В данном техническом решении может использоваться дистанционная система мониторинга трансформаторов 20(10)(6)/(0,7-0,99)/0,4 кВ, 20(10)(6)/(0,7-0,99) кВ, (0,7-0,99)/0,4 кВ и (0,4-0,57)/0,23 кВ.

Принцип системы распределения электроэнергии с промежуточным напряжением (0,7-0,99) кВ состоит в строительстве и организации сетей этого класса напряжения на уже действующих сетях низкого напряжения, например 0,4 кВ, с монтажом трансформаторных подстанций 20(10)(6)/(0,7-0,99)/0,4 кВ или 20(10)(6)/(0,7-0,99) кВ и индивидуальных трансформаторов небольшой мощности (0,7-0,99)/0,4 кВ или (0,4-0,57)/0,23 кВ в прямой близости от конечных потребителей, например на близко расположенной опоре (0,7-0,99) кВ. Такое техническое решение, касающееся распределения электрической энергии, дает возможность значительно уменьшить разветвление по расстояниям сети 20(10)(6) кВ, то есть отпаек от воздушных линий электропередачи 20(10)(6) кВ к трансформаторным подстанциям 20(10)(6)/(0,7-0,99)/0,4 кВ, в диапазоне размещения, например, потребляющих электроэнергию населенных пунктов или промышленных потребителей и, кроме того, позволяет сократить число подстанций 20(10)(6)/(0,7-0,99)/0,4 кВ из-за монтажа фидеров (0,7-0,99) кВ существенно большей, чем фидеры 0,4 кВ, длины.

Система напряжения (0,7-0,99) кВ, например, выполняется с глухой заземленной нейтралью, что обеспечивает хорошую безопасность всех живущих на обслуживаемой территории посредством прямого отключения коротких замыканий в сети любого вида.

Воздушные линии электропередачи (0,7-0,99) кВ строятся также как воздушные линии электропередачи 0,4 кВ, практически при тех же габаритах и типе изоляции, а в подстанциях 20(10)(6)/(0,7-0,99)/0,4 кВ или 20(10)(6)/(0,7-0,99) кВ можно применять стандартное оборудование. Система напряжения (0,7-0,99) кВ выгодна там, где по каким-то причинам (например, плотная жилая застройка) нет возможности построить распределительную сеть 20-10-6 кВ, чтобы запитывать новые трансформаторные подстанции 20(10)(6)/0,4 кВ, в результате оказывается целесообразным переводить часть распределительных сетей 0,4 кВ на распределительные сети (0,7-0,99) кВ.

Предлагаемая электрическая распределительная сеть с промежуточной распределительной сетью (0,7-0,99) кВ позволяет существенно повысить экономическую эффективность распределительных систем электроснабжения потребителей, снизить затраты на строительство и эксплуатацию сетей, решить проблемы, возникающие из-за износа инфраструктуры сетей путем введения новых методов и механизмов регулирования распределения электроэнергии, решить вопросы качества и надежности электрических распределительных систем.

Источники информации

1. Описание изобретения к патенту №2205490, «Однопроводная распределительная сеть», H02J 3/00, Н02Н 9/00, заявлено 27.08.2001, опубликовано 27.05.2003.

2.Описание изобретения к патенту №2417499, «Способ размещения потребительских трансформаторных подстанций в электрических сетях с изолированной нейтралью», H02J 3/00, заявлено 10.11.2009, опубликовано 27.04.2011.

3. Описание изобретения к патенту №2292104, «Однопроводная распределительная сеть», H02J 3/00, Н02Н 9/00, заявлено 197.05.2005, опубликовано 20.01.2007.

4. Описание изобретения к патенту №2227955, «Электрическая распределительная сеть», H02J 3/04, заявлено 14.01.2003, опубликовано 27.05.2004.

5. Описание изобретения к патенту №2133079, «Сеть электроснабжения», Н04В 3/54, H02J 3/00, заявлено 24.11.1994, опубликовано 10.07.1999.

6. Описание изобретения к патенту №2015600, «Система электроснабжения», H02J 3/00, заявлено 18.06.1991, опубликовано 30.06.1994.

7. Патент США №4556856, Н04В 3/54, опубликован 03.12.85.

8. Патент США №6066897, H02J 3/04, опубликован 23.05.2000.

9. Патент Франции №2643199А1, Н04В 3/54, опубликован 17.08.90.

10. Патент на полезную модель №111363 «Электроэнергетическая система», H02J 3/00, заявлено 12.04.2011, опубликовано 10.12.2011.

11. Патент на полезную модель №118133 «Система передачи электрической энергии», H02J 3/00, заявлено 28.12.2011, опубликовано 10.07.2012.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - повышение надежности и экономической эффективности распределительных систем электроснабжения потребителей. Сеть построена на основе воздушных линий электропередач (1), (2), (3), (4) напряжением 20 кВ, 10 кВ, 6 кВ и (0,7-0,99)кВ соответственно. Линии (1), (2), (3) подсоединяются через однотрансформаторную подстанцию (5) 20(10)(6)/(0,7-0,99)/0,4 кВ или 20(10)(6)/(0,7-0,99) кВ по цепи (6) к обмотке трансформатора (7) воздушной линии электропередачи (4) напряжением, а другой цепью (8) - к обмотке трансформатора воздушной линии электропередачи (9) напряжением 0,4 кВ. Линии напряжением (0,7-0,99) кВ подключены к потребителям через индивидуальные понизительные столбовые трансформаторные подстанции (0,7-0,99)/0,4 кВ или (0,4-0,57)/0,23 кВ с распределительным шкафом (0,23-0,4) кВ. Сеть 4 монтируется как на неизолированных проводах, так и на самонесущих изолированных проводах. Подстанция (5) выполняется в виде трехобмоточного трансформатора 20(10)(6)/(0,7-0,99)/0,4 кВ или двухобмоточного трансформатора 20(10)(6)/(0,7-0,99) кВ. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Электрическая распределительная сеть, содержащая воздушную линию электропередачи напряжением 20 кВ или воздушную линию электропередачи напряжением 10 кВ, или воздушную линию электропередачи напряжением 6 кВ и воздушную линию электропередачи напряжением (0,7-0,99) кВ, выбранным с учетом отклонений от минимального значения напряжения 0,7 кВ до максимального значения напряжения 0,99 кВ, каждая из которых выполнена с изолированной нейтралью или глухозаземленной нейтралью, при этом линии 20 кВ или 10 кВ, или 6 кВ подсоединены через, по крайней мере, однотрансформаторную подстанцию 20(10)(6)/(0,7-0,99)/0,4 кВ или 20(10)(6)/(0,7-0,99) кВ, по меньшей мере, в одноцепном варианте, таким образом, что одна их цепь присоединена к обмотке трансформатора воздушной линии электропередачи напряжением (0,7-0,99) кВ или другая их цепь присоединена к обмотке трансформатора воздушной линии электропередачи 0,4 кВ, выполненной с глухозаземленной или изолированной нейтралью, причем линии (0,7-0,99) кВ подключены к потребителям через индивидуальные понизительные столбовые трансформаторные подстанции (0,7-0,99)/0,4 кВ или (0,4-0,57)/0,23 кВ с распределительным шкафом (0,23-0,4) кВ.

2. Сеть по п.1, в которой распределительная сеть (0,7-0,99) кВ смонтирована на неизолированных проводах или самонесущих изолированных проводах (СИПах) и со стороны конечных потребителей отделена вводными выключателями (0,22-0,4) кВ от упомянутых индивидуальных понизительных столбовых трансформаторов (0,7-0,99)/0,4 кВ или (0,4-0,57)/0,23 кВ.

3. Сеть по п.2, в которой для обеспечения повышения надежности электроснабжения при коротких замыканиях и повреждениях в линиях магистральные линии с ответвлениями в распределительной сети (0,7-0,99) кВ выполнены секционированными с взаимным резервированием цепей от фидеров посредством установки низковольтного коммутационного оборудования.

4. Сеть по п.3, в которой в качестве упомянутого низковольтного коммутационного оборудования использованы контакторы, магнитные пускатели, реклоузеры и т.п.

5. Сеть по п.2, в которой индивидуальные трансформаторы распределительной сети (0,7-0,99) кВ выполнены в виде трехфазных трансформаторов (0,7-0,99)/0,4 кВ и/или однофазных трансформаторов (0,4-0,57)/0,23 кВ.

6. Сеть по п.1, в которой трансформаторная подстанция 20(10)(6)/(0,7-0,99)/0,4 кВ выполнена в виде трехобмоточного трансформатора 20(10)(6)/(0,7-0,99)/0,4 кВ, позволяющего запитывать потребители, находящиеся за пределами действия длин фидеров линии 0,4 кВ, при этом потребители, близко расположенные к трехобмоточному трансформатору, подключаются к воздушной линии электропередачи напряжением 0,4 кВ, а далеко расположенные от трехобмоточного трансформатора потребители подключаются к воздушной линии электропередачи напряжением (0,7-0,99) кВ.

7. Сеть по п.1, в которой трансформаторная подстанция 20(10)(6)/(0,7-0,99) кВ выполнена в виде двухобмоточного трансформатора 20(10)(6)/(0,7-0,99) кВ, позволяющего запитывать потребителей, расположенных за пределами действия длин фидеров линий 0,4 кВ от двухобмоточного трансформатора.

8. Сеть по п.1, в которой применена дистанционная система мониторинга трансформаторов 20(10)(6)/(0,7-0,99)/0,4 кВ, 20(10)(6)/(0,7-0,99) кВ, (0,7-0,99)/0,4 кВ и (0,4-0,57)/0,23 кВ.