Оборудование для открытых распределительных устройств подстанций 35-220 кВ

Что такое ОРУ? Расшифровка аббревиатуры выглядит следующим образом: открытые распределительные устройства. Все оборудование открытых распределительных устройств размещается под открытым небом, без зданий и защитных кожухов (рис. 1). Это значительно упрощает конструкцию, снижает капитальные затраты и облегчает обслуживание.

Рис. 1. Открытые распределительные устройства

Открытое распределительное устройство (ОРУ) в энергетике — ключевой элемент подстанций высокого напряжения (35–220 кВ). Оно отвечает за прием, распределение и безопасную передачу электроэнергии от электростанций к потребителям.

Назначение и особенности ОРУ – открытых распределительных устройств подстанций

Устройства ОРУ устанавливаются на магистральных и распределительных подстанциях промышленных объектов, городских сетей и инфраструктуры. Открытые распределительные устройства на 110–220 кВ чаще применяются на межсистемных и районных узлах, а ОРУ 35–110 кВ — в местных сетях и на крупных предприятиях.

Основные функции ОРУ:

• прием электроэнергии от ЛЭП;
• распределение на другие линии или понижающие трансформаторы;
• коммутация оборудования в штатном и аварийном режимах;
• защита сети и персонала (за счет изоляции, автоматических отключений, заземления).

• схемы шин: одно- или двухсистемные — в зависимости от числа присоединений и критериев надежности;
• радиальные, кольцевые, мостиковые схемы — по числу линий и направлений питания;
• секционирование шин — для возможности ремонтных работ без отключения всей подстанции.

На подстанциях на 110 кВ и выше часто используют двухсекционные схемы с резервными присоединениями. Расстояния между токоведущими частями, элементами изоляции, от земли и зданий соответствуют ПУЭ и требованиям ГОСТов.

Оборудование открытых распределительных устройств

ОРУ включает коммутационные, измерительные, защитные устройства и конструктивные элементы. Каждая группа оборудования обеспечивает стабильную, безопасную и управляемую работу подстанции.

Коммутационное оборудование

Выключатели высокого напряжения

Отключают ток при нормальной работе и в случае короткого замыкания. Современные ОРУ оснащаются элегазовыми выключателями (с электротехническим газом SF₆ в качестве изолирующей и дугогасящей среды).

Элегазовые выключатели (рис. 2):

• компактны;
• имеют высокую отключающую способность;
• служат до 40 лет при минимальном обслуживании;
• позволяют создавать КРУЭ — комплектные распределительные устройства с полной герметизацией.

Элегазовые выключатели постепенно вытесняют устаревшие масляные и маломасляные из-за их пожароопасности и высокой потребности в регулярном обслуживании.

Рис. 2. Элегазовые колонковые выключатели ВГК-СВЭЛ-110

Разъединители и заземлители

Разъединители создают визуальный разрыв цепи для обеспечения безопасного ремонта, а заземлители защищают персонал и оборудование от перенапряжений (рис. 3, 4). Применяются ножевые, колонковые и натяжные модели разъединителей в зависимости от компоновки шин.

Рис. 3. Разъединитель РГ(Н)-СВЭЛ-110 для всех конфигураций ОРУ

Рис. 4. Заземлитель нейтрали трансформатора ЗОН-СВЭЛ-110 рубящего типа

Короткозамыкатели и отделители

Раньше использовались для отключения поврежденных участков электрической цепи и переключения питания, но сегодня практически вытеснены элегазовыми выключателями, которые обеспечивают более высокую скорость срабатывания и минимальный износ элементов оборудования.

Измерительные трансформаторы

Трансформаторы тока (ТТ) понижают высокие токи до безопасного уровня для подключения релейной защиты, счетчиков и измерительных приборов (рис. 5).

Рис. 5. Измерительный трансформатор тока ТГ-СВЭЛ-110 элегазовый

Трансформаторы напряжения (ТН) снижают напряжение до стандартных значений для коммерческого учета электроэнергии, питания релейной защиты и автоматики.

Оба типа обеспечивают гальваническую развязку между силовой и измерительной цепями и являются обязательными элементами любой схемы открытых распределительных устройств.

Рис. 6. Измерительный трансформатор напряжения 110 кВ элегазовый

Защита открытого распределительного устройства

Ограничители перенапряжения (ОПН) защищают оборудование от грозовых и коммутационных перенапряжений. Современные модели основаны на оксидно-цинковых резисторах. Они отличаются высокой скоростью срабатывания, точностью и надежностью.

Реакторы (обычно токоограничивающие) применяются избирательно — для снижения воздействия коротких замыканий, регулирования режимов сети и повышения устойчивости.

Рис. 7. Реакторное оборудование производства СВЭЛ

Конструктивные элементы ОРУ

Конструктивные элементы — неотъемлемая часть ОРУ. К ним относятся:

• изоляторы (опорные и подвесные);
• шины и ошиновка;
• металлические опоры, фермы;
• фундаменты, заземляющие устройства и молниеотводы.

Они обеспечивают электрическую прочность системы, устойчивость к нагрузкам и неблагоприятным погодным условиям.

Схемы подключения и размещение оборудования

Компоновка ОРУ строится на основе типовых схем электрических соединений.

Чаще всего применяются: 

• мостиковая схема — компактное решение для подстанций с мощностью 35–110 кВ с ограниченным числом присоединений. Недорогая, не допускает секционирования;
• секционированная сборная шина с секционным выключателем — позволяет отключать части схемы для ремонта без остановки всей подстанции. Используется на объектах с мощностью 110–220 кВ;
• двойная система шин — одна рабочая, другая резервная. Обеспечивает надежность и гибкость переключений, особенно на ответственных объектах с повышенными требованиями;
• обходная шина (ОСШ) — применяется на крупных узловых подстанциях. Позволяет обслуживать оборудования по секциям, без отключения питания.

При проектировании учитываются трассы ошиновки, безопасные расстояния, прогноз аварийных ситуаций. В условиях плотной застройки возможны частичное внедрение в схемы модулей КРУЭ или цифровых систем управления.

Цифровизация и современные технологии

ОРУ постепенно становятся цифровыми. Применение протокола IEC 61850 позволяет объединять средства автоматики и защиты через оптоволоконные линии связи. Это снижает количество кабелей, упрощает ввод в эксплуатацию, а также облегчает диагностику и обслуживание.

Также успешно внедряются в ОРУ:

• цифровые трансформаторы тока и напряжения;
• многофункциональные терминалы защиты;
• автоматизированные рабочие места с централизованным управлением.

Другая важная тенденция — использование КРУЭ в составе устройств открытого типа — позволяет снизить площадь размещения и повысить безопасность работы оборудования за счет герметичной элегазовой изоляции.

Эксплуатация и обслуживание оборудования ОРУ

Надежная эксплуатация открытых распределительных устройств обеспечивается системой регламентного обслуживания: плановыми осмотрами, сезонной проверкой, профилактикой и ремонтом.

Профилактика включает:

• термовизионный контроль соединений;
• измерение сопротивления изоляции;
• проверку работы выключателей и приводов;
• диагностику заземления, молниезащиты, состояния изоляторов (фарфоровых и полимерных);
• проверку герметичности (для КРУЭ) и систем обогрева перед межсезоньем.

Ремонтные работы проводятся как в плановом (текущем или капитальном), так и в аварийном порядке. При необходимости производятся полная разборка и восстановление узлов — выключателей, трансформаторов и других. Периодичность ремонта зависит от типа оборудования и условий эксплуатации: например, элегазовые выключатели нуждаются во вмешательстве реже, чем масляные.

Эксплуатация оборудования открытых распределительных устройств требует квалифицированного персонала с IV–V группой допуска по электробезопасности. Специалисты должны:

• знать схемы и принципы работы оборудования подстанции;
• уметь пользоваться средствами индивидуальной защиты;
• проходить регулярные проверки знаний и тренировки;
• владеть навыками работы с цифровыми устройствами и терминалами.

Обучение и повышение квалификации обязательны при работе с оборудованием высокого напряжения.

Заключение

Открытые распределительные устройства на напряжение 35–220 кВ — неотъемлемая часть подстанций, обеспечивающая надежное распределение и управление потоками электроэнергии. Их роль особенно велика на объектах с высоким уровнем ответственности — в промышленности, энергетике, городской и транспортной инфраструктуре.

ОРУ –– распределительные устройства продолжают активно развиваться в направлении цифровизации, внедрения элегазовой техники и систем мониторинга.

Список используемой литературы

1.    ПУЭ. Правила устройства электроустановок. 7-е изд. — М.: Минэнерго РФ, 2023.

2.    ГОСТ 1516.3-96. Электрооборудование переменного тока на напряжения от 1 до 750 кВ. Требования к электрической прочности изоляции. 

3.    ГОСТ Р 59279-2020. Схемы принципиальные электрические распределительных устройств от 35 до 750 кВ подстанций. Типовые решения. Рекомендации по применению.

4.    ГОСТ Р 54828-2022. Комплектные распределительные устройства в металлической оболочке с элегазовой изоляцией (КРУЭ) на номинальные напряжения 110 кВ и выше. Общие технические условия. –– URL: 

Кулеева, Л. И. Проектирование подстанции: учебное пособие для СПО. — Саратов: Профобразование, 2020.