Выбор изоляции для воздушных линий 110 кВ и выше — это непростая инженерная задача, основанная прежде всего на требованиях Правил устройства электроустановок (ПУЭ) и отраслевых инструкций. А основная цель этой задачи — гарантировать надёжную работу линии в различных условиях, предотвращая перекрытия изоляции и обеспечивая безопасность человека.

Расчёт изоляционных расстояний по своей сути является продолжением расчёта длины пути утечки и определения степени загрязнения, поэтому обе эти темы следуют неразрывно друг за другом и в нашей Базе знаний.

1. Выбор изоляции

Выбор изоляции (электрооборудования или линии электропередачи) начинается с определения степени загрязнения и расчёта длины пути утечки. Этот порядок подробно описан в нашем предыдущем материале.

Для открытых распределительных устройств подстанций и электростанций, выполненных по типовым проектам, этих расчётов оказывается достаточно.

Изоляция воздушных линий электропередачи (ВЛ), помимо указанного, проверяется на механические нагрузки (тяжения и стрелы провеса) и соблюдение изоляционных расстояний. Но если учёт механических нагрузок кажется очевидным и при проектировании новой ВЛ выполняется всегда, то расчёт изоляционных расстояний может быть проигнорирован. Что в некоторых случаях недопустимо и даже опасно с точки зрения электробезопасности.

В качестве подтверждения этих слов рассмотрим реальный пример.

2. Расчёт количества изоляторов в гирлянде ВЛ

ВЛ 500 кВ длиной 112 км, введённая в эксплуатацию в 1988 году, представлена преимущественно из промежуточных железобетонных опор типа ПБ 500-5Н (347 шт.).

Количество подвесных тарельчатых изоляторов для данной ВЛ 500 кВ определено по формуле (см. полную методику⎘):

где удельная длина пути утечки внешней изоляции в районе с I СЗ λ = 1,6 см/кВ,

а длина пути утечки выбранного изолятора ПС 120А L_u = 32 см.

Проектом сделан небольшой запас, и в состав подвесной гирлянды изоляторов включено 34 изолятора. Общая длина гирлянды составила 5920 мм.

Расчёт количества изоляторов выбран правильно, в нормальных условиях работы нештатных ситуаций не возникает, но при штормовом ветре на линии происходит перекрытие изоляции крайней фазы на стойку.

Давайте разберёмся с этой проблемой.

{loadposition center-stati}

3. Расчёт изоляционных расстояний существующей ВЛ

Согласно п. 2.5.73 ПУЭ при расчёте изоляционных расстояний (приближения токоведущих частей к элементам опор) ВЛ необходимо принимать следующие сочетания климатических условий:

1. при рабочем напряжении: расчётная ветровая нагрузка Pwп, температура минус 5 °С, ветровое давление W0 (650 Па для III района), гололёд отсутствует;
2. при грозовых и внутренних перенапряжениях: температура плюс 15 °С, ветровое давление 0,06 W0, но не менее 50 Па;
3. для обеспечения безопасного подъёма на опору: температура минус 15 °С, гололёд и ветер отсутствуют.

Поддерживающая гирлянда изоляторов с проводами испытывает воздействие четырёх нагрузок (двух в горизонтальном направлении и двух — в вертикальном):

1. расчётная ветровая нагрузка на провода Pwп;
2. расчётная ветровая нагрузка на гирлянду изоляторов Pи;
3. расчётная нагрузка от веса проводов Gпр;
4. расчётная нагрузка от веса гирлянды Gг.

Угол отклонения γ поддерживающей гирлянды изоляторов от вертикали определяется величинами указанных нагрузок

1) Расчётная ветровая нагрузка на провода (п.2.5.54 ПУЭ) рассчитывается по формуле

где нормативная ветровая нагрузка на провода и тросы

2) Расчётная ветровая нагрузка на гирлянду изоляторов (п.2.5.64 ПУЭ)

где площадь диаметрального сечения цепи гирлянды изоляторов

3) Расчётная нагрузка от веса проводов, воспринимаемая гирляндой изоляторов

4) Расчётная нагрузка от веса гирлянды изоляторов

Угол отклонения γ поддерживающей гирлянды изоляторов от вертикали определяется выражением (ПУЭ п.2.5.73)

Наименьшие расчётные и допустимые изоляционные расстояния от токоведущих до заземлённых частей опоры (п.2.5.73 ПУЭ, табл.2.5.17)

Рассчитаем нагрузки по указанным формулам, подставив нужные значения, сведём итоги в таблицу и отобразим результат графически.

По таблице и рисунку можно сделать вывод, что изоляционное расстояние от токоведущих частей до стойки при первом расчётном условии (рабочем напряжении и ветре без гололёда) не соблюдается. Отклонение гирлянды происходит на недопустимое по ПУЭ расстояние. Это подтверждает возникновение аварийных случаев перекрытия изоляции, озвученных выше.

4. Уменьшение длины гирлянды

Для решения указанной проблемы заменим используемые стеклянные изоляторы типа ПС 120А на изоляторы с увеличенным вылетом ребра и меньшей строительной высотой типа ПСВ 120Б, с длиной пути утечки 442 мм — против 320 мм у изолятора ПС 120А.

Необходимое количество новых изоляторов:

Для соблюдения допустимого расстояния до токоведущих частей, находящихся под напряжением, при выполнении работ без отключения линии (3,5 м по ПОТЭЭ) увеличиваем количество изоляторов до m=27.

Общая длина гирлянды составила 4385 мм, что короче предыдущей на полтора метра при сохранении тех же изоляционных параметров.

5. Расчёт изоляционных расстояний укороченной гирлянды

Подставив новые значения в те же расчёты, полученные итоги сведём в новую таблицу и отразим результат графически.

ССЫЛОЧНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Все НТД, скомпонованные по этой теме, можно найти на нашем сайте по ссылке⎘.

РЕКОМЕНДУЕМ К ПРОЧТЕНИЮ

Длина пути утечки — это наименьшее расстояние по поверхности изолирующей детали между металлическими частями разного потенциала.

Эффективная длина пути утечки — это длина пути утечки, фактически используемая при работе изолятора или изоляционной конструкции в условиях загрязнения и увлажнения.

Расчёт длины пути утечки при выборе изоляции — это критически важный этап проектирования любого электрооборудования, особенно высоковольтного. От правильного решения зависит работоспособность и стоимость оборудования, электробезопасность персонала и целостность материала на протяжении всего срока службы.

Какие виды изоляции существуют и в каком порядке выполняется их выбор — разберём в этой статье.

1. Виды изоляции

В электроэнергетике изоляторы можно разделить на керамические (фарфоровые, стеклянные) и полимерные (композитные). Каковы главные достоинства и недостатки каждого из них?

• абсолютно стойки к УФ-излучению и озону;
• очень высокая механическая прочность на сжатие;
• не «стареют» со временем;
• сами сигнализируют о пробое (раскалываются).

• тяжёлые (требуют мощных опор);
• хрупкие;
• активно накапливают пыль и влагу, что снижает их разрядные характеристики.

• очень лёгкие (в 5–10 раз легче керамики);
• гидрофобные (вода скатывается каплями, смывая грязь);
• устойчивы к ударам и взрывам;
• просты в обслуживании.

• ограниченный срок службы (из-за старения силикона под солнцем);
• боятся точечных повреждений (надрезов);
• не терпят химических растворителей.

Первоочередным параметром при выборе изоляции является степень загрязнения.

{loadposition center-stati}

2. Определение степени загрязнения атмосферы

Начнём с вопроса выбора руководящего документа по определению степени загрязнения.

1) В РД 34.51.101-90 «Инструкция по выбору изоляции электроустановок» указано 7 степеней загрязнения (СЗ): от I до VII.

2) ПУЭ и ГОСТ 9920 устанавливают 4 степени загрязнения:

• 1 — лёгкая степень;
• 2 — средняя;
• 3 — сильная;
• 4 — очень сильная.

3) Современные ГОСТ (например, ГОСТ Р 56736), разработанные на основе европейских стандартов, выделяют 5 степеней загрязнения:

• а — очень лёгкое загрязнение;
• b — лёгкое;
• с — среднее:
• d — сильное;
• е — очень сильное.

4) В последние редакции (2025 г.) европейского стандарта IEC TS 60815 появился дополнительный, 6-й класс «f» (экстремально тяжёлый). Он предназначен для особых случаев, когда возможностей класса «e» недостаточно. В этих условиях предполагается использование полупроводящей глазури на изоляторах (которая прогревается и сжигает грязь) или обязательная установка систем горячей промывки водой под давлением.

В текущих проектах мы пока рассматриваем 4 степени загрязнения. Вот их характеристики:

• Степень 1. Загрязнение отсутствует, поверхность сухая, непроводящая. Пример: оборудование внутри герметичных шкафов с климат-контролем, лаборатории, медицинская техника.
• Степень 2. Непроводящее загрязнение, но возможна временная проводимость из-за конденсации. Пример: бытовые приборы, щитки, розетки, выключатели. Большинство потребительского оборудования рассчитано именно на эту степень загрязнения.
• Степень 3. Проводящее загрязнение. Пример: промышленная среда, цеха с цементной, угольной или текстильной пылью, помещения с высокой влажностью, ОРУ вблизи оживлённых магистралей.
• Степень 4. Загрязнение с устойчивой проводимостью. Пример: ОРУ вблизи морей, химических заводов, металлургии, где на изоляторах оседает проводящий налёт (соли, кислоты, дождя или снега).

Пример оценки степени загрязнения

Степень загрязнения в районе эксплуатации оборудования должна определяться в зависимости от характеристик источников загрязнения и расстояния от них до электроустановки. В нашем случае, вблизи ОРУ 110 кВ присутствует источник загрязнения атмосферы — химический завод. Производственное предприятие находится в 2,3 км от объекта энергетики, а расчётный объём выпускаемой продукции составляет более 3500 тыс. т/год.

В соответствии с табл. 1.9.3 ПУЭ принимается 3-я степень загрязнения для оборудования, установленного на открытом воздухе.

Методы решения проблемы

Чем выше степень загрязнения, тем меньше сопротивление изоляции в рабочем состоянии. Чтобы не происходило перекрытий можно использовать разные методы. Например:

1. Увеличить расстояние между токоведущими частями разного потенциала.
2. Усложнить профиль изоляции, увеличив длину пути утечки.
3. Применить материалы с более высоким индексом трекингостойкости (например, керамику вместо полимера).

Изготовители часто производят оборудование с «запасом», для 2-4 СЗ. Поэтому в задании заводу степень загрязнения (необходимую длину пути утечки) указывают «не хуже» расчётных значений.

При отсутствии продукции для районов с 3-й и 4-й СЗ нормы требуют применять оборудование, изоляторы и вводы на более высокие номинальные напряжения. А в районах с условиями загрязнения, превышающими 4-ю СЗ, следует сооружать ЗРУ В обоснованных случаях допускается сооружение ЗРУ и в районах с 4-й СЗ. Изоляция внутри ЗРУ может приниматься для 1-й СЗ.

ОРУ напряжением 330 кВ и выше, а также ОРУ напряжением 110-220 кВ с большим количеством присоединений не должны располагаться в зонах с 3-й и 4-й СЗ.

3. Расчёт длины пути утечки изоляции

Наибольшее рабочее напряжение электрооборудования — это наибольшее напряжение частотой 50 Гц, неограниченно длительное приложение которого к зажимам разных фаз (полюсов) электрооборудования допустимо по условиям работы его изоляции.

Зачем это определение здесь? Обратим внимание, что понятие «изоляции» взаимосвязано с наибольшим рабочим напряжением. Не с номинальным напряжением сети, а именно с наибольшим рабочим.

В ГОСТ и ПУЭ значения удельной (эффективной) длины пути утечки λ получено отношением длины пути утечки внешней изоляции L к наибольшему рабочему (линейному) напряжению сети U_нр, а в СТО Россетей — к фазному U_фнр, рассчитанному как наибольшее рабочее напряжение сети, делённое на √3.

В табличных значениях этих документов при пересчёте удельной длины пути утечки имеются небольшие разночтения — спишем их на погрешность расчётов. И отразим в статье единую таблицу, которой можно пользоваться в проектах.

Примечание. В районах со степенями загрязнения II и III допускается устанавливать подстанционное электрооборудование с удельной длиной пути утечки не менее 2,25 см/кВ, поэтому графы II и III предполагается рассматривать только для линейной изоляции, II* — для подстанционной.

Пример

Удельная длина пути утечки внешней изоляции проектируемого оборудования ОРУ 110 кВ в районе с II* СЗ принимается

что соответствует общей длине

Удельная длина пути утечки для ОПН выбирается не менее, чем на 20% выше, чем для остального оборудования подстанции.

Для ОПН

4. Расчёт количества изоляторов в гирлянде

Количество подвесных тарельчатых изоляторов определяется по формуле

где L_u — длина пути утечки изолятора (например, у ПСД-70Е L_u = 41,1 см);

L — длина пути утечки изоляционной конструкции

где удельная длина пути утечки для II* СЗ

наибольшее рабочее линейное напряжение

коэффициент использования длины пути утечки

где коэффициент использования изолятора

коэффициент использования составной конструкции с параллельными или последовательно-параллельными ветвями

Итого, расчётное количество подвесных тарельчатых изоляторов в гирляндах на ОРУ 110 кВ

В соответствии с НТД в натяжные и поддерживающие гирлянды ОРУ к расчётным значениям необходимо добавлять: для 110-150 кВ — 1 изолятор, 220-330 кВ — 2, 500 кВ — 3, 750 кВ — 4 изолятора.

Добавим 1 изолятор, округлим в большую сторону и примем m = 10 штук.

В гирляндах опор больших переходов ВЛ должно предусматриваться по одному дополнительному тарельчатому изолятору из стекла или фарфора на каждые 10 м превышения высоты опоры сверх 50 м по отношению к количеству изоляторов нормального исполнения.

При расчёте изоляторов различной конфигурации (специального исполнения с сильно развитой поверхностью, со слабо развитой поверхностью и пр.) вводятся дополнительные корректирующие коэффициенты. Их можно найти в ПУЭ и СТО — см. ссылку ниже.

ССЫЛОЧНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Все НТД, скомпонованные по этой теме, можно найти на нашем сайте по ссылке⎘.

ИНТЕРЕСНЫЙ ПУТЬ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ И МИРОВОЙ ЭНЕРГЕТИКИ ОТ ФАРФОРА К ПОЛИМЕРУ, ОТ ПОЛИМЕРА К ФАРФОРУ И ОБРАТНО

На первом этапе перехода с традиционной фарфоровой изоляции на полимерную в начале 2000-х годов была эйфория! Полимерные изоляторы продвигались как технология будущего. У них были неоспоримые плюсы: они в разы легче керамики, гидрофобны (не накапливают грязь), устойчивы к вандализму и дешевле в монтаже. Казалось, они решат все проблемы.

Но в процессе внедрения появились и первые разочарования. К 2010-м годам накопилась статистика отказов. Практика показала, что срок годности полимеров не соответствует заявленному. Накопились проблемы: разрушение стеклопластикового сердечника при нагрузке, разрушение силиконовой оболочки под действием электрических разрядов, возникновение внутреннего пробоя при попадании влаги через стыки и поражение оболочки колониями грибов в некоторых климатических зонах. Энергетики столкнулись с тем, что дефекты полимеров сложно диагностировать, в отличие от стекла или фарфора.

Около 10-ти лет назад наметился обратный переход. Россети начали массово заменять полимерную опорную изоляцию ОРУ и полимерные изоляторы ЛЭП обратно на фарфор и стекло.

Последние события в стране поднимают этот цикл на новый уровень. На первый план выходит такое важное достоинство полимера, как устойчивость к ударам... и взрывам

РЕКОМЕНДУЕМ К ПРОЧТЕНИЮ

Температура окружающей среды — это физическая величина, которая характеризует степень нагретости воздуха (воды, почвы) в конкретном месте в данный момент времени.

Температура окружающей среды — очень непостоянный параметр, который зависит не только от времени года, месяца и суток, но изменяется от региона к региону.

На что может повлиять этот параметр, какие его значения могут потребоваться в расчётах и какие источники использовать при проектировании электроустановок — описано в этой статье.

1. Строительная климатология

Основополагающим документом, устанавливающим климатические параметры того или иного региона (города, посёлка), является СП 131.13330 Строительная климатология⎘. В этом документе можно найти такие важные температурные значения, как:

• средняя температура;
• средняя температура воздуха в январе;
• средняя температура воздуха в июле;
• абсолютный минимум температуры воздуха;
• абсолютный максимум температуры воздуха;
• температура наиболее холодных суток с обеспеченностью 0,98/ 0,92;
• температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,98/ 0,92.

Свод правил незаменим при проектировании (расчётах) строительных конструкций, систем отопления, вентиляции, кондиционирования и водоснабжения.

Но насколько применимы эти данные при выборе электротехнического оборудования?

2. Температура окружающей среды при выборе оборудования

Согласно ГОСТ 15150⎘ при определении климатического исполнения оборудования (У, УХЛ, ХЛ) оценивается рабочее и предельное рабочее значения температуры окружающего воздуха.

1. Рабочие значения климатических факторов внешней среды — это естественно изменяющиеся или неизменные значения климатических факторов, в пределах которых обеспечивается сохранение требуемых номинальных параметров и экономически целесообразных сроков службы изделий.

В качестве рабочего значения нужно принимать среднюю из ежегодных абсолютных максимумов/ минимумов температур.

Средняя температура из абсолютных максимумов (минимумов) —среднеарифметическое значение из абсолютных годовых максимумов (минимумов) температуры воздуха, наблюдаемых в данном пункте за многолетний период.

2. Предельные рабочие значения климатических факторов внешней среды при эксплуатации — это значения климатических факторов, в пределах которых изделия могут (чрезвычайно редко и в течение не более 6 ч, а для нижнего значения температуры — 12 ч) оказаться при эксплуатации.

В качестве предельного рабочего значения принимают абсолютный максимум/ минимум температуры воздуха.

Всё вышесказанное сводится к тому, что при выборе оборудования для конкретного населённого пункта необходимо оценить:

1. среднюю из ежегодных абсолютных максимумов/ минимумов температур;
2. абсолютный максимум/ минимум температуры воздуха.

Второй параметр легко можно отыскать в СП 131.13330⎘, но первого — там нет. На помощь приходит письмо⎘ первого заместителя председателя правления ОАО «ФСК ЕЭС» «О рекомендациях по применению высоковольтного оборудования в холодной климатической зоне РФ», которое приводит эти температурные значения.

Пример. Необходимо задать климатическое исполнение высоковольтному выключателю, планируемому к установке в северном городе Ханты-Мансийск:

1. средняя из ежегодных абсолютных максимумов/ минимумов температур (по письму) — плюс 31 ºС / минус 43ºС;
2. абсолютный максимум/ минимум температуры воздуха (по СП 131.13330⎘) — плюс 35 ºС / минус 49ºС.

Отразим эти данные по форме таблицы 3 ГОСТ 15150

Проектные значения соответствуют климатическому исполнению «У» — следовательно применим оборудование с параметром У1.

Именно температура окружающей среды часто является определяющим параметром при выборе того или иного типа оборудования. Например, баковые выключатели находят наибольшее применение в регионах крайнего севера, а колонковые — в средних широтах. Несмотря на обилие достоинств и недостатков каждого из этих типов, главным фактором становится работоспособность (наличие обогрева) бакового исполнения в условиях низких температур, и простота конструкции (а как следствие, дешевизна) колонкового типа в умеренном климате.

3. Температура наружного воздуха при расчётах режимов

В соответствии с ГОСТ Р 58670⎘ расчёты электроэнергетических режимов следует выполнять для следующих расчётных температурных условий:

1. зимний режим максимальных и минимальных нагрузок — при температуре наружного воздуха наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92, с округлением до ближайшего целого значения;
2. зимний режим максимальных и минимальных нагрузок — при температуре наружного воздуха, приведённой в приложении А;
3. летний режим максимальных нагрузок (период экстремально высоких температур) — при температуре наружного воздуха тёплого периода года с обеспеченностью 0,98, с округлением в большую сторону до значения, кратного 5 °С;
4. летний режим максимальных и минимальных нагрузок — при среднемесячной температуре воздуха наиболее тёплого летнего месяца, с округлением до ближайшего целого значения;
5. период паводка — при максимальной за периоды паводка среднемесячной температуре наружного воздуха, с округлением до ближайшего целого значения.

Для второго режима температуры приведены в ГОСТе⎘, для остальных — в Своде правил⎘.

{loadposition center-stati}

4. Эквивалентная температура охлаждающей среды при выборе трансформатора

При выборе трансформатора и оценке допустимой перегрузки в качестве исходного значения нужна температура охлаждающей его среды.

Согласно предыдущему пункту, расчёты должны быть выполнены для нескольких режимов. Но принято считать, что летний режим максимальных нагрузок (пп.3) наиболее подходит для выбора силового масляного трансформатора, установленного на открытом воздухе. В этом режиме температура принимается для тёплого периода года с обеспеченностью 0,98, с округлением в большую сторону до значения, кратного 5 °С. Нужную температуру можно найти в Своде правил⎘ или другом актуальном источнике по региону. Например, для Краснодара t=31°С — округляем её до 35°С; для Ханты-Мансийска t=25°С. Промежуточные значения находят методом интерполяции.

Указанную температуру ещё называют эквивалентной.

Эквивалентная температура охлаждающей среды — это такая условно постоянная за принятое время температура, при которой износ витковой изоляции обмотки равен износу её за такое же время, но при изменяющейся температуре охлаждающей среды.

У сухих трансформаторов, устанавливаемых в помещениях, всё гораздо проще: температура охлаждающей среды задана стандартами, неизменна, и не должна превышать среднесуточную температуру 30°С.

Если фактическая температура охлаждающей среды в месте установки трансформатора отличается от стандартной, то следует действовать в таком порядке:

1. обеспечить необходимые климатические параметры помещения искусственным путём (вентиляция, кондиционирование, обогрев);

или

2. скорректировать нормальную круглосуточную нагрузку (перегрузку) трансформатора (по нагрузочной способности, приведённой выше, или данным завода-изготовителя).

5. Температура воздуха при расчёте неизолированного провода

Неизолированному проводу любого сечения современными НТД заданы нормированные длительно допустимый и аварийно допустимый ток, значения которых зависят от широты местности и температуры окружающего воздуха. Когда и какое значение указанных токов используется при расчётах, в этой статье касаться не будем. Прежде всего нас интересует вопрос, какое климатическое условие принять для выбора нужной графы.

Согласно п.8 СТО56947007-29.240.55.143-2013⎘ предельная токовая нагрузка на провод должна определяться в условиях максимальной температуры воздуха для тёплого периода года по данным метеостанций (или СП 131.13330).

Это значит, что при оценке длительно (аварийно) допустимой токовой нагрузки ЛЭП, проложенной в Краснодарском крае, нужно выбрать графу +45°С, а в Ханты-Мансийске — +35°С.

6. Температура окружающей среды при расчёте кабеля

Табличные значения допустимых токовых нагрузок кабелей, которые можно найти в ПУЭ или ГОСТах (рекомендуется пользоваться последними — например, ГОСТ 31996⎘ и ГОСТ Р 50571.5.52⎘), определены для следующих расчётных условий:

• температура окружающей среды при прокладке кабелей на воздухе — плюс 25-30°С;
• температура при прокладке в земле (в трубе) — плюс 15-20°С.

Большинство случаев указанные условия удовлетворяют. Но если условия прокладки кабелей отличаются значительно (тепловая сеть примыкает к сети освещения, кабели проложены в помещениях с высокой влажностью и температурой и т.д.), при определении их допустимой токовой нагрузки требуется вводить поправочные коэффициенты.

Указанные коэффициенты отражены в стандартах, но злоупотреблять ими не следует.

ССЫЛОЧНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Все НТД, скомпонованные по этой теме, можно найти на нашем сайте по ссылке⎘.

СЛУЧАЙ ИЗ ПРАКТИКИ

Эквивалентную температуру, описанную в п.4 при выборе трансформатора, часто используют также при оценке допустимой токовой нагрузки силового оборудования, примыкающей к нему ошиновке и даже присоединённой ЛЭП. Последнее, в этом случае, противоречит указаниям, описанным в п.5 настоящей статьи.

РЕКОМЕНДУЕМ К ПРОЧТЕНИЮ

Схема электрическая — это документ, содержащий в виде условных изображений или обозначений составные части изделия, действующие при помощи электрической энергии, и их взаимосвязи.

Схемы электрические в зависимости от основного назначения подразделяют на следующие типы:

• структурные;
• функциональные;
• принципиальные;
• соединений;
• подключения;
• общие;
• расположения.

Часто можно встретить также понятия:

• однолинейная схема;
• нормальная схема электрических соединений.

Почему последние два типа не являются самостоятельными, где применима та или иная схема и какие нормативные документы регламентируют этот вопрос — читайте в настоящей статье.

1. Структурная схема

Структурная электрическая схема (код Э1) — документ, определяющий основные функциональные части изделия, их назначение и взаимосвязи.

Структурные схемы разрабатывают при проектировании изделий (установок) на стадиях, предшествующих разработке схем других типов, и пользуются ими для общего ознакомления с изделием (установкой). Это «верхний уровень», с которого начинается проектирование:

1. Любая разработка сложного электронного устройства начинается со структурной схемы. Она позволяет распределить функции по блокам, оценить реализуемость и выявить ошибки на ранней стадии.
2. Эти схемы идеально подходят для быстрого ознакомления с устройством, его логикой и последовательностью работы без углубления в детали.
3. Схемы Э1 являются обязательной частью конструкторской документации и используются в описаниях, патентах, руководствах.

Она является лучшим вариантом для отражения системы питания оборудования связи или АСУ ТП на первом этапе проектирования. Основные элементы на них допускается изображать в виде прямоугольников.

Графическое построение схемы должно обеспечивать наилучшее представление о последовательности взаимодействия функциональных частей в изделии. При изображении функциональных частей в виде прямоугольников наименования, типы и обозначения рекомендуется вписывать внутрь прямоугольников.

При большом количестве функциональных частей допускается взамен наименований, типов и обозначений проставлять порядковые номера справа от изображения или над ним. В этом случае наименования, типы и обозначения указывают в таблице, помещаемой на поле схемы.

2. Функциональная схема

Функциональная электрическая схема (код Э2) — документ, разъясняющий процессы, протекающие в отдельных функциональных цепях изделия (установки) или изделия (установки) в целом.

Схемами функциональными пользуются для изучения принципов работы изделий (установок), а также при их наладке, контроле и ремонте. Примером этого типа является схема управления (двигателем, освещением и пр.), где можно отследить всю цепочку от источника питания до электромагнита при срабатывании кнопки, реле или блок-контакта.

Для упрощения схемы допускается слияние нескольких электрически не связанных линий в линию групповой взаимосвязи, но при подходе к контактам (элементам) каждую линию взаимосвязи изображают отдельной линией.

На схеме рекомендуется указывать технические характеристики функциональных частей (рядом с графическими обозначениями или на свободном поле схемы).

Схема типа Э2 — это промежуточное звено между концепцией и детальным проектом. Она применима:

1. При запуске и поиске неисправностей в системах.
2. При формулировании конкретных требований для создания последующих принципиальных схем.
3. При определении способов измерения параметров, подборе оборудования и решении задач автоматизации.

3. Принципиальная схема

Принципиальная электрическая схема (код Э3) — это документ, определяющий полный состав элементов и взаимосвязи между ними, дающий полное (детальное) представление о принципах работы изделия (установки).

Принципиальные схемы служат основанием для разработки других конструкторских документов (например, схем соединений) и чертежей. Главные схемы подстанций, собственных нужд и освещения принято изображать именно принципиальными. Все изделия на них показывают в отключённом положении.

Так как этот тип схем является самым распространённым, остановимся на нём подробнее.

Изображение элементов на схеме должно соответствовать ГОСТ 2.723⎘ и ГОСТ 2.755⎘. Правила оформления принципиальных электрических схем подстанций можно найти в СТО Россетей⎘.

Заполняют схему, как правило, сверху вниз, от высшего класса напряжения — к низшему, стараясь расположить РУ друг относительно друга в соответствии с их фактическим расположением. Цветовая индикация элементов РУ выполняется в соответствии с их уровнем напряжения согласно ГОСТ Р 56303⎘. Оборудование, расположенное внутри ЗРУ (КРУ, КРУЭ), обводится по периметру тонкой пунктирной линией. Максимальные расчётные значения токов трёхфазного и однофазного КЗ должны указываться рядом с изображением сборных шин каждого РУ или сводиться в отдельную таблицу.

При указании значений номинальных токов обмоток измерительных трансформаторов, конструкция которых предполагает наличие отпаек, необходимо указывать значения номинальных токов всех отпаек. Ток отпайки, выбранный в ходе разработки ПД, подчёркивается.

Условное графическое обозначение (УГО) обмоток силовых и измерительных трансформаторов может быть упрощённым (по форме I) и развёрнутым (по форме II) согласно ГОСТ⎘. В упрощённых вариантах обмотки трансформаторов изображают в виде окружностей, в развёрнутых — в виде цепочек полуокружностей.

Первые находят наибольшее применение в Электротехнических решениях⎘ — это позволяет упростить отображение вторичных цепей. Вторые чаще применяются в томе Релейной защиты и автоматики⎘ — таким образом можно показать начало и конец вторичной обмотки.

В указанных статьях можно найти более подробные требования к СЭП.

4. Схема соединений (монтажная)

Схема соединений (или монтажная схема) (код Э4) — это документ, показывающий соединения составных частей изделия (установки) и определяющий провода, жгуты, кабели или трубопроводы, которыми осуществляются эти соединения, а также места их присоединений и ввода (разъёмы, платы, зажимы и т.п.).

(Монтажными) схемами соединений пользуются при разработке других конструкторских документов, а также при контроле, эксплуатации и ремонте изделий (установок). На монтажных схемах показывают клеммные ряды, маркировку кабелей, адрес «откуда-куда», а расположение элементов должно соответствовать действительному размещению в изделии.

Для упрощения начертания схемы допускается свивать отдельные провода или кабели (многожильные провода, электрические шнуры), идущие на схеме в одном направлении, в общую линию. При подходе к контактам каждый провод и жилу кабеля (многожильного провода, электрического шнура) изображают отдельной линией. Нумерация цепей на монтажной схеме должна соответствовать маркировке, принятой на схемах принципиальных.

Более подробные правила отображения монтажных схем читайте там, где они находят наибольшее применение — в разделе Релейная защита и автоматика РД⎘.

{loadposition center-stati}

5. Схема подключения

Схема подключения (код Э5) — документ, показывающий внешние подключения изделия.

Схемами подключения пользуются при разработке других конструкторских документов, а также для осуществления подключений изделий и при их эксплуатации. На схеме должны быть изображены изделие, его входные и выходные элементы и подводимые к ним концы проводов и кабелей внешнего монтажа.

Вводные элементы (например, сальники, гермовводы, проходные изоляторы, контакты и держатели, запаянные в печатную плату), через которые проходят провода или кабели (многожильные провода, электрические шнуры, коаксиальные кабели), можно изображать на схеме по правилам, показанным на рисунке

При необходимости на схеме указывают марки, сечения, расцветку проводов, а также марки кабелей (многожильных проводов, электрических шнуров), количество, сечение и занятость жил. При указании марок, сечений и расцветки проводов в виде условных обозначений на поле схемы расшифровывают эти обозначения.

Чаще всего можно встретить Э5:

1. В документации к бытовой технике (например, схема подключения двигателя стиральной машины или клеммная колодка блока питания).
2. В промышленности (чертежи шкафов автоматики, панелей управления, станков).
3. В автомобильных руководствах по ремонту (схемы жгутов проводов).

6. Общая схема

Общая схема (код Э6) — документ, определяющий составные части комплекса и соединения их между собой на месте эксплуатации.

Схемами общими пользуются при ознакомлении с комплексами, при их контроле и эксплуатации. На общей схеме изображают устройства и элементы, входящие в комплекс, а также провода, жгуты и кабели (многожильные провода, электрические шнуры), соединяющие эти устройства и элементы.

Устройства и элементы на схеме изображают в виде прямоугольников. Допускается элементы изображать в виде УГО или упрощённых внешних очертаний, а устройства — в виде упрощённых внешних очертаний.

Ключевые области применения Э6:

1. Проектирование и монтаж промышленных и энергетических объектов (заводы, подстанции, котельные), где необходимо объединить множество шкафов управления, датчиков и исполнительных механизмов в единую систему.
2. Сборка и интеграция сложного оборудования из готовых блоков: производственные линии, системы связи, вычислительные комплексы, лабораторные стенды.
3. Эксплуатация и обслуживание: служат основным руководством для понимания структуры объекта, поиска неисправностей и планирования работ.

Схему общую на сборочную единицу допускается разрабатывать при необходимости.

7. Схема расположения

Схема расположения — это документ, определяющий относительное расположение составных частей изделия (установки), а при необходимости, также жгутов (проводов, кабелей), трубопроводов, световодов и т.п.

Схемами расположения пользуются при разработке других конструкторских документов, а также при эксплуатации и ремонте изделий (установок).

На схеме расположения изображают составные части изделия, а при необходимости связи между ними — конструкцию, помещение или местность, на которых эти составные части будут расположены.

Составные части изделия изображают в виде упрощённых внешних очертаний или условных графических обозначений.

Они незаменимы в следующих случаях:

1. При монтаже и установке: на основе схемы рассчитываются длины кабелей, определяется расположение крепёжных элементов, расстановка оборудования по помещению, зданию или местности.
2. При планировании кабельных трасс: на них показывают не только расположение устройств, но и пути прокладки проводов, кабелей, жгутов и трубопроводов между ними.

8. Однолинейная схема

Однолинейная схема — это упрощённое графическое представление трёхфазной электрической системы, в котором все три фазы показываются одной линией.

Такое изображение делает более наглядной трёхфазную симметричную сеть, в которой нагрузки распределены равномерно по фазам. А количество фаз (полюсов аппаратов защиты и жил кабелей) на ней обозначается засечками в местах их подключения.

Здесь важно обратить внимание, что почти все указанные выше схемы можно выполнить в однолинейном или многолинейном изображении. Следовательно, название «однолинейная» не может давать однозначного представления, о какой схеме идёт речь: принципиальной, монтажной или структурной. И нельзя выделить её в самостоятельный вид.

9. Нормальная схема электрических соединений

Нормальная схема — это схема электрических соединений объекта электроэнергетики, на которой все коммутационные аппараты и заземляющие разъединители изображаются в положении, соответствующем нормальному режиму работы объекта электроэнергетики.

Нормальная схема строго регламентируется ГОСТ Р 56303⎘.

Нормальная схема выполняется без соблюдения масштаба, действительное пространственное расположение функциональных частей не учитывается или учитывается приближенно, если для этого отсутствуют отдельные указания. Но сами элементы схемы необходимо изображать в размерах, установленных в приложении Б⎘ ГОСТ.

Элементы схемы и линии электрической связи между ними выполняются цветом, соответствующим классу напряжения, на котором работает соответствующее оборудование. Цветовое исполнение классов напряжения определено в таблице⎘ ГОСТ. Например, для 110 кВ — это голубой цвет (0:153:255), 220 кВ — жёлто-зелёный (181:181:0). Именно эти цвета на сегодняшний день применимы и для СЭП.

Рекомендуемая толщина линий — от 0,3 до 0,4 мм. Срок действия нормальной схемы электрических соединений — один год с даты её утверждения.

ССЫЛОЧНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Все НТД, скомпонованные по этой теме, можно найти на нашем сайте по ссылке⎘.

СЛУЧАЙ ИЗ ПРАКТИКИ

Будь Вы проектировщик, монтажник или инженер по обслуживанию электроустановок, полезно изучить ещё один важный документ: ГОСТ Р 56302-2014 ОДУ. Диспетчерские наименования объектов электроэнергетики⎘.

Документ подробно описывает правила при наименовании подстанций, линий электропередачи, а также отдельных единиц оборудования в электроустановке. Главным контролирующим лицом по соблюдению этого норматива выступают специалисты РДУ (и ОДУ). Но большинство существующих объектов отрасли до сих пор не приведены в соответствие требованиям ГОСТа, а инженеры-энергетики, при внедрении нового оборудования, не всегда обозначают его правильно.

РЕКОМЕНДУЕМ К ПРОЧТЕНИЮ

После задания общих требований к оборудованию и создания структурно-функциональных схем в проектной документации⎘ (ПД) требуется детализованная проработка технических решений релейной защиты и автоматики на следующем этапе проекта, в рабочей документации (РД).

Рабочая документация РЗА необходима для:

• определения потребности в оборудовании и материалах;
• производства монтажных и пусконаладочных работ;
• уточнения сметной стоимости строительства (при необходимости).

Объём проектирования РЗА в составе РД для различных электроустановок и устройств может разительно отличаться друг от друга, но всё что их объединяет — собрано в этой статье.

ТЕКСТОВАЯ ЧАСТЬ:

1. Общие указания

В общих указаниях, в соответствии с ГОСТ P 21.101⎘ приводят:

• сведения о документах, на основании которых принято решение о разработке РД (например, задание на проектирование, утверждённая ПД);
• запись о соответствии РД заданию на проектирование, выданным техническим условиям (при наличии таковых), прочим НТД;
• перечень нормативных документов, на которые даны ссылки в рабочих чертежах;
• абсолютную отметку, принятую в рабочих чертежах здания или сооружения условно за нулевую;
• запись о результатах проверки на патентоспособность и патентную чистоту (при необходимости);
• перечень видов работ, для которых необходимо составление актов освидетельствования скрытых работ;
• сведения о том, кому принадлежит данная интеллектуальная собственность (при необходимости);
• эксплуатационные требования, предъявляемые к проектируемому зданию или сооружению (при необходимости);
• другие необходимые указания.

В общих указаниях не следует повторять технические требования, помещённые на других листах основного комплекта рабочих чертежей, и давать описание принятых в рабочих чертежах технических решений.

Стоит обратить внимание, что в перечень нормативных документов «Общих указаний» не включают документы, записанные в ведомость ссылочных и прилагаемых документов.

ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ:

2. Схема распределения по ТТ и ТН устройств ИТС

Схема распределения в составе РД должна соответствовать тем же правилам⎘, что и в ПД.

3. План расположения оборудования РЗА в здании ОПУ

План расположения вторичного оборудования внутри помещений принципиально не отличается от выполненного на этапе ПД. Более подробно о нём — читайте в предыдущей статье⎘.

4. Схема электрическая принципиальная (поясняющая)

На поясняющей (принципиальной электрической) схеме отражается отдельная ячейка (присоединение), а не электроустановка в целом.

Схема выполняется в связке с последующими графическими листами — она поясняет диспетчерские наименования на них, а также даёт краткую техническую характеристику отдельных элементов.

Поясняющая схема является необязательным элементом, если схема распределения отражает те же элементы и функции, располагается в том же томе проекта, а электроустановка объединяет небольшое количество оборудования.

5. Цепи переменного тока и напряжения

Цепи подключения к обмоткам трансформаторов тока (токовые цепи) и напряжения (цепи напряжения) также представляют собой схемы электрические принципиальные. В соответствии с названием, на них изображают подключение кабелей к трансформаторам тока и напряжения электроустановки.

Цепи переменного тока и напряжения могут быть разнесены на отдельные листы или совмещены на одном. Им присущи все основные правила, согласно ГОСТ 2.701⎘ и ГОСТ 2.702⎘, что и прочим принципиальным схемам:

• на схеме изображаются основные электрические элементы (устройства), электрические взаимосвязи между ними, а также электрические элементы (соединители, зажимы и т. д.), которыми заканчиваются входные и выходные цепи;
• состав элементов и взаимосвязи между ними должны давать полное (детальное) представление о принципах работы изделия (установки);
• элементы или устройства, используемые в изделии частично, допускается изображать на схеме не полностью, ограничиваясь изображением только используемых частей или элементов;
• схемы выполняют для изделий, находящихся в отключённом положении.

Для маркировки токовых цепей применяются номера с 401 по 499 с добавлением фазировки (например, А411-419 для 1ТТ, В421-429 для 2ТТ и т.д.). Если количество трансформаторов тока больше 9, можно использовать номера с 501 по 599, а далее — с 801 по 899. Для токовых цепей ДЗШ есть свои исключения.

Маркировку цепей напряжения выполняют числами 600-699. Но цепи, подключаемые к шинкам ТН через вспомогательные контакты разъединителей или контакты реле, маркируют с 710 по 779 (например, для ТН 110 кВ — А710, для ТН 750 кВ — С770).

6. Цепи оперативного тока

На принципиальной схеме цепей оперативного (постоянного) тока показывают точку подключения питания проектируемого оборудования к СОТ электроустановки, а также транзит этой цепи по отдельным устройствам (шкафам, клеммникам).

«Плюс» маркируется нечётными числами (1, 101, 201...), «минус» — чётными (2, 102, 202...).

7. Входные и выходные цепи

На принципиальной схеме входных цепей отображается полная детализованная и безразрывная цепь от источника входных цепей и ключевых элементов (испытательных блоков, ключей, аппаратов защиты) до клемм защитного устройства.

На принципиальной схеме выходных цепей РЗА отображаются элементы, которые реализуют действие защиты или автоматики (силовое воздействие) на отключение, включение или сигнализацию. Схема выходных цепей отражает «путь» от защитного устройства, через испытательные блоки и ключи, до исполнительного механизма.

Схема входных и выходных цепей РЗА — это карта силовой логики, показывающая, как команда от источника, поступающая на защитной устройство, в защитном устройстве превращается в физическое действие: отключение выключателя, включение резерва, подача звукового или светового сигнала.

{loadposition center-stati}

8. Цепи управления и сигнализации

Цепи управления и сигнализации обеспечивают связь между защитными устройствами, коммутационными аппаратами и оперативным персоналом.

Основные задачи цепей управления:

• отключение выключателя при срабатывании защиты (КЗ, повреждения);
• включение/отключение выключателя (ручное, автоматическое, АПВ);
• пуск/останов силовых агрегатов (генераторов, компенсаторов и пр.);
• переключение отпаек трансформаторов (РПН);
• блокировки для предотвращения ошибочных или небезопасных операций.

В цепях управления, как правило, отображаются (выходные контакты) реле защиты, ключи управления (на щитах), кнопки (местного управления), катушки включения/отключения (приводов) выключателя, блок-контакты выключателя, контакторы и пускатели двигателей.

Цепи сигнализации — это цепи, которые информируют оперативный персонал о состоянии оборудования, срабатывании защит, неисправностях. Выделяют:

• аварийную сигнализацию (действие защит на отключение выключателя, серьёзные аварийные отклонения параметров);
• предупредительную сигнализацию (ненормальные, но неаварийные режимы — перегрев, снижение уровня масла, обрыв цепей управления, срабатывание газового реле, замыкание на землю в сети);
• (диспетчерскую) сигнализацию положения (сигнализирует о положении коммутационных аппаратов);
• сигнализацию состояния устройств РЗА («работа», «неисправность», «отключение», «тревога»).

Аварийная сигнализация должна выполняться по принципу: общий мигающий световой табло-сигнал («авария») + индивидуальное табло (например, «откл. ВЛ») + звуковой сигнал (звонок, сирена). Звук можно отключить кнопкой «отключение звука», свет горит до сброса (кнопкой «сигнал принят»).

Предупредительная сигнализация выполняться по принципу: общий постоянный световой сигнал («предупредительный») + индивидуальное табло + звонок (отличающийся по тону от аварийного). Также отключается кнопкой.

В качестве диспетчерской сигнализации на мнемосхему или панели щита управления выводятся лампочки/светодиоды: (красная — ВКЛ, зелёная — ОТКЛ). Часто с надписью.

Нумерация проводов цепей управления и сигнализации:

• 3-19 — цепи включения;
• 20-29 — цепи катушек реле-повторителей шинных разъединителей;
• 30-49 — цепи отключения;
• 50-69 — цепи АПВ, АВР и другой автоматики;
• 70-79 — цепи ламп сигнализации положения выключателя;
• 80-89 — цепи катушек реле фиксации команд дистанционного управления;
• 90-99 — цепи звуковой сигнализации аварийного отключения;
• 100 — цепь мигающего света;
• 701, 801 — предупредительная сигнализация.

9. Схема соединений (монтажная)

На монтажной схеме, как правило, изображаются клеммные ряды зажимов с подключением к ним внешних цепей шкафа, панели или устройства.

Основные правила (монтажных) схем соединений:

• устройства и элементы на схеме изображают в виде прямоугольников или упрощённых внешних очертаний;
• расположение изображений входных и выходных элементов или выводов внутри графических обозначений и устройств или элементов должно примерно соответствовать их действительному размещению в устройстве или элементе;
• элементы, используемые в изделии частично, допускается изображать на схеме не полностью, ограничиваясь изображением только используемых частей;
• на схеме около графических обозначений устройств и элементов указывают позиционные обозначения, присвоенные им на принципиальной схеме;
• провода, группы проводов, жгуты и кабели (многожильные провода, электрические шнуры) должны быть показаны на схеме отдельными линиями; толщина линий, изображающих провода, жгуты и кабели на схемах, должна быть от 0,4 до 1 мм;
• при подходе к контактам каждый провод и жилу кабеля (многожильного провода, электрического шнура) изображают отдельной линией;
• номера проводов и жил кабелей (многожильных проводов, электрических шнуров) на схеме проставляют, как правило, около обоих концов изображений;
• для одножильных проводов на схеме следует указывать марку, сечение и, при необходимости, расцветку; для кабелей (многожильных проводов, электрических шнуров), записываемых в спецификацию как материал, — марку, количество и сечение жил и, при необходимости, количество занятых жил; для жгутов, кабелей и проводов, изготавливаемых отдельно, — обозначение основного конструкторского документа.

Нумерация цепей на монтажной схеме должна соответствовать маркировке, принятой на схемах принципиальных.

10. Прочие листы графической части

В графическую часть могут быть также включены:

• план прокладки кабелей;
• шаблоны информационных знаков оборудования и пр.

Все они не являются обязательными, если это не влияет на качество выполнения монтажных и пусконаладочных работ на объекте.

ССЫЛОЧНЫЕ И ПРИЛАГАЕМЫЕ ДОКУМЕНТЫ:

11. Оформление ссылочных и прилагаемых документов

Перечень указанных документов отображается в табличном виде в разделе «Общие данные» тома.

К ссылочным документам относят:

• стандарты (технические условия) на строительные изделия;
• чертежи типовых конструкций, изделий и узлов.

Согласно ГОСТ P 21.101⎘ в рабочих чертежах допускается применять типовые конструкции, изделия и узлы путём ссылок на документы. Причём сами ссылочные документы в составе рабочей документации, передаваемой заказчику, необязательны.

Прилагаемым документам присваивают обозначение основного комплекта с добавлением через точку шифра прилагаемого документа.

Ведомость ссылочных и прилагаемых документов

Обозначение	Наименование	Примечание
	Ссылочные документы
ЭКРА.656453.1092Э3	Схема электрическая принципиальная
ИВЕЖ.654133.026 РЭ	Привод пружинный. Руководство по эксплуатации
АРСГ.656359.155 Э3	Шкаф зажимов ШЗВ. Схема электрическая принципиальная
	...
	Прилагаемые документы
ПИР-5685/2025-РЗА.КЖ	Кабельный журнал
ПИР-5685/2025-РЗА.С	Спецификация оборудования, изделий и материалов
ПИР-5685/2025-РЗА.ОЛ	Опросный лист для заказа выключателя 110 кВ
ПИР-5685/2023-ЭМ.РР	Карта заказа шкафа защит
ПИР-5685/2025-РЗА.РР	Бланки уставок защит

12. Кабельный журнал

Кабельный (или кабельно-трубный) журнал выполняется в соответствии с ГОСТ 21.613⎘. Все заполненные графы длин кабелей «по проекту» уточняются, и новые значения заносятся в графу «проложен» после прокладки и монтажа.

13. Спецификация оборудования, изделий и материалов

Сводную спецификацию рекомендуют составлять по разделам в последовательности:

• оборудование и приборы;
• изделия и материалы;
• кабельно-проводниковая продукция.

14. Карты заказа оборудования

Карты заказа формируются на основе заводских шаблонов и могут включать в себя следующую информацию:

• реализуемые функции шкафа;
• характеристики терминала шкафа;
• конструктив шкафа;
• запасные изделия и приспособления, необходимые в процессе эксплуатации;
• контакты и адрес заказчика;
• способ доставки;
• дополнительную информацию.

15. Бланки уставок защит

Расчёты уставок в состав рабочей документации, как правило, не включают — все необходимые расчёты должны выполняться на стадии ПД. Но могут быть даны поясняющие формулы к заполненным таблицам параметрирования проектируемых устройств защиты и автоматики.

Сами таблицы заполняются на основе предоставленных от завода-изготовителя шаблонов.

ССЫЛОЧНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основные нормативно-технические документы, использованные в материале, доступны на странице НТД и отфильтрованы по ссылкам: РЗА⎘, ТТ⎘, Прочее⎘

РЕКОМЕНДУЕМ К ПРОЧТЕНИЮ

Совокупность устройств, предназначенных для автоматического выявления коротких замыканий, замыканий на землю и других ненормальных режимов работы линий электропередачи и оборудования, которые могут привести к их повреждению и (или) нарушению устойчивости энергосистемы, формирования управляющих воздействий на отключение коммутационных аппаратов в целях отключения этих линий электропередачи и оборудования от энергосистемы, формирования предупредительных сигналов называется релейной защитой (РЗ).

Релейная защита и автоматика (РЗА) более обширное понятие, которое включает в себя такие разделы, как:

• релейная защита;
• сетевая автоматика;
• противоаварийная автоматика;
• режимная автоматика;
• технологическая автоматика.

Что в обязательном порядке должно быть отражено в проекте РЗА? И чем ограничивается объём проектирования на первом этапе — проектной документации? Рассмотрим в этой статье.

Статья создана на основе актуальных НТД и собственного опыта проектирования, тем самым отражает необходимый и достаточный объём работы инженера на этапе ПД, но не гарантирует отсутствие дополнительных требований в задании заказчика.

РАСПОЛОЖЕНИЕ В СОСТАВЕ ПРОЕКТА:

1. Расположение тома РЗА в составе проекта

Согласно Постановлению Правительства № 87 от 16.02.2008⎘ (далее Положению) информация о «релейной защите и автоматике, включая противоаварийную и режимную автоматику» ограничивается одной строкой внутри подраздела «Система электроснабжения» раздела 5 «Сведения об инженерном оборудовании, о сетях и системах инженерно-технического обеспечения».

Дополнительные требования к РЗА в главном документе проектировщика отсутствуют. Поэтому включаем наш том внутрь указанного раздела, а наполнение тома будем определять на основе других НТД.

Состав проектной документации

№ тома	Обозначение	Наименование	Примечание
1	2	3	4
	П2200888-565-25/ПИР-СП	«Состав проектной документации»
Раздел 1 «Пояснительная записка»
1	П2200888-565-25/ПИР-ПЗ	«Пояснительная записка»
Раздел 3 «Объёмно-планировочные и архитектурные решения»
3	П2200888-565-25/ПИР-АР	«Архитектурные решения»
Раздел 4 «Конструктивные решения»
4	П2200888-565-25/ПИР-КР	«Конструктивные решения»
Раздел 5 «Сведения об инженерном оборудовании, о сетях инженерно-технического обеспечения»
Подраздел 1 «Система электроснабжения»
5.1	П2200888-565-25/ПИР-ИОС1	Книга 1 «Электротехнические решения. Силовое оборудование»
5.2	П2200888-565-25/ПИР-ИОС2	Книга 2 «Электротехнические решения. Система собственных нужд»
5.3	П2200888-565-25/ПИР-ИОС3	Книга 3 «Электротехнические решения. Система оперативного постоянного тока»
5.4	П2200888-565-25/ПИР-ИОС4	Книга 4 «Релейная защита и автоматика»
		...

Электротехнических решений в составе ПД⎘ мы касались ранее. Собственные нужды, включая низковольтные цепи и освещение, и СОПТ, в случае большого объёма проектирования, выносят в отдельные тома. Релейная защита идёт четвёртым по порядку.

ТЕКСТОВАЯ ЧАСТЬ:

2. Основание для проектирования

Здесь указывается задание на проектирование, инвестиционная программа, технические условия на присоединение или иные документы, послужившие основанием проектируемой реконструкции или строительства энергетического объекта.

3. Перечень нормативных документов

В раздел вносится перечень действующих на момент разработки проекта редакций нормативных документов, регламентирующих принципы построения РЗА или содержащих требования к шкафам (отдельным устройствам) РЗА.

4. Краткая характеристика объекта

Глава содержит общую информацию о подстанции. Она может дублировать подобный раздел «Электротехнических решений». Подробнее о её наполнении — читай в нашей статье⎘.

Допускается не отражать эту информацию в настоящем томе.

5. Технические решения по РЗА

В главу включают информацию об основных технических решениях, принятых в проекте. В случае необходимости в эту главу также вносят обоснование того или иного решения.

Примерный порядок:

• основные принципы выполнения системы РЗА;
• решение по размещению устройств РЗА;
• токовые цепи;
• цепи напряжения;
• управление, измерение и сигнализация;
• оперативная блокировка разъединителей;
• регистратор аварийных событий;
• решения по организации ЛВС.

6. Общие технические требования к РЗА

В соответствии с НТД здесь могут задаваться:

• общие требования к устройствам РЗА;
• требования к релейной защите линий;
• требования к защитам трансформаторов;
• требования к защитам шин (ошиновок);
• требования к автоматическому повторному включению (АПВ);
• требования к устройству резервирования при отказе выключателя (УРОВ).

Указанный список может быть сужен или дополнен в зависимости от объёма выполняемых работ и особенностей электроустановки. Информация, как правило, представляется в текстовом виде.

7. Требования к составу функций в устройствах РЗА

Эту информацию можно найти в актуальных стандартах организаций, задающих требования к шкафам электротехническим типовым (ШЭТ) РЗА.

Пример отображения требований к ШЭТ ЛЭП 110-750 кВ в проекте:

• 5 ступеней ДЗ с функциями АУ и ОУ;
• БК ;
• 6 ступеней ТНЗНП с функциями АУ и ОУ;
• 3 ступени МТЗ с функцией АУ;
• МФТО;
• ОМП;
• УРОВ;
• АПВ.

8. Технические требования к устройствам и шкафам РЗА

Технические требования к оборудованию представляют в табличном виде.

Как правило, сюда входят:

• общие технические требования к МП устройствам РЗА;
• общие функциональные требования к МП устройствам РЗА;
• требования к автоматике управления выключателем (АУВ);
• требования к УРОВ;
• требования к отдельным защитам;
• типовые технические требования к шкафам защит.

Прочие требования:

• требование к заводской документации на шкафы РЗА;
• требования к исполнительной документации;
• требования к цепям вторичной коммутации;
• требования к импортозамещению;
• требование к обучению персонала.

{loadposition center-stati}

9. Прочая информация

Прочая информация может быть включена как в единую, так и отдельные главы. Она излагается в повествовательной форме с отражением сведений и обоснованием их применения. Это может быть:

• кабельное хозяйство;
• электромагнитная совместимость;
• обозначения и сокращения, применяемые в разделе.

Так как вопрос электромагнитной совместимости часто выносится в отдельный том ПД, дублирование его в разделе РЗА может оказаться излишним.

10. Ведомость оборудования и материалов

Ведомость оборудования представляется в табличном виде и должна быть достаточной для учёта всех материальных ресурсов в сметной документации.

Ведомость основного электротехнического оборудования и материалов

№ п/п	Наименование	Тип	Ед. изм.	Кол-во	Примечания
Устройства РЗА
1.	Шкаф защит	ШЭТ 221.09-0	шт.	6
Шкафы наружной установки
2.	Шкаф зажимов выключателя	ШЗВ-150	шт.	6
Дополнительное оборудование
3.	Светодиодная лампа сигнализации (зелёная)		шт.	6
4.	Светодиодная лампа сигнализации (красная)		шт.	6
5.	Переключатель кулачковый трёхпозиционный		шт.	6
6.	Реле промежуточное =220 В		шт.	6
7.	Реле указательное =220 В		шт.	6
Кабельная продукция
8.	Кабель контрольный экранированный с медными жилами с изоляцией и оболочкой из ПВХ композиций пониженной пожароопасности	КВВГЭнг(А)-LS 5х4	м	5000
9.		КВВГЭнг(А)-LS 7х2,5	м	3500
10.	Металлорукав в ПВХ изоляции	РЗ-ЦПнг-25	м	300
11.	Провод жёлто-зелёный	ПуГВ 6 мм2	м	50

Ввиду того, что понятие «спецификация» — до недавнего времени не находившее своего места в нормах, регламентирующих ПД, — появилось в последних редакциях Положения⎘, рекомендуем переносить указанный перечень оборудования и материалов в Приложение к тому: Спецификация оборудования, изделий и материалов↓.

Понятие «Ведомость» уже становится неактуальным.

ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ:

11. Схема распределения по ТТ и ТН устройств ИТС

Схема распределения по ТТ и ТН разрабатывается одновременно со схемой электрической принципиальной (СЭП) объекта. Большинство правил, относящихся к СЭП, относятся и к схеме распределения. Правила оформления СЭП можно найти здесь⎘.

На схеме распределения должны отображаться все функции (устройства) ИТС проектируемого объекта. Именно эта схема определяет окончательную расстановку измерительных трансформаторов в электроустановке.

На схеме должны быть:

• вновь устанавливаемые по проекту типовые шкафы с указанием устройств и функций ИТС;
• вновь устанавливаемые устройства (функции) ИТС нетиповых шкафов;
• существующие шкафы/панели/устройства с указанием функций ИТС, замена которых не предусматривается.

Существующее оборудование отображается тонкой сплошной линией, проектируемое — жирной.

12. План расположения оборудования РЗА в здании ОПУ

Расстановка шкафов в помещении должна сопровождаться поясняющей таблицей с перечнем панелей и шкафов. Существующее оборудование наносится тонкой линией, проектируемое — жирной. Лицевая сторона шкафов маркируется двойной линией.

В условных обозначениях цветом может отображаться информация о:

• реконструируемых панелях (шкафах);
• проектируемых шкафах;
• демонтируемых панелях (шкафах).

При размещении шкафов и панелей нужно руководствоваться общими правилами для электропомещений:

1. Ширина проходов в свету должна быть не менее 0,8 м, высота — не менее 1,9 м. В отдельных местах проходы могут быть стеснены выступающими строительными конструкциями, однако ширина прохода в этих местах должна быть не менее 0,6 м.
2. Проходы для обслуживания щитов, при длине щита более 7 м, должны иметь два выхода. Двери из помещений должны открываться в сторону других помещений или наружу. Ширина дверей должна быть не менее 0,75 м, высота не менее 1,9 м.
3. Новые шкафы должны предусматривать двухстороннее обслуживание.
4. Типовые габариты новых шкафов — 800×600×2200 мм (ШхГхВ, включая цоколь 200 мм).

13. Структурно-функциональные схемы шкафов РЗА

Типовые структурно-функциональные схемы можно найти в стандартах Россетей на соответствующие типовые шкафы. Каждая из схем адаптируется под проектируемую электроустановку с отражением соответствующих диспетчерских наименований во внешних связях шкафа.

ПРИЛОЖЕНИЯ:

14. Спецификация оборудования, изделий и материалов

Согласно современным требованиям все материально-технические ресурсы рекомендуется↑ сводить в прилагаемую к проекту спецификацию.

Спецификация составляется в следующей последовательности:

• оборудование и приборы;
• изделия и материалы;
• кабельно-проводниковая продукция.

15. Расчёт трансформаторов тока

Технические характеристики проектируемых ТТ (а также существующих ТТ — при подключении к ним новых устройств РЗА) должны обеспечивать правильную работу устройств РЗА, в том числе в переходных режимах КЗ.

Выбор и проверка измерительного ТТ в настоящий момент сводится к следующему:

• расчёт нагрузки вторичных обмоток;
• проверка по условию 10%-ной погрешности;
• проверка по времени насыщения при отсутствии остаточной намагниченности магнитопровода ТТ;
• проверка по времени насыщения при наличии остаточной намагниченности.

Актуальные методические указания по расчёту ТТ можно найти по ссылке⎘. Данный вопрос заслуживает отдельной статьи.

16. Расчёт уставок

На стадии ПД выполняется ориентировочный расчёт параметров срабатывания затрагиваемых устройств РЗА. Он может быть выполнен как вручную, так и с использованием программного комплекса (например, АРМ СРЗА), по результатам расчёта токов КЗ в электрической сети и исходным данным по смежным устройствам защиты.

Всецело охватить этот вопрос также невозможно в рамках настоящей статьи.

17. Прочие прилагаемые документы

В качестве документов могут прилагаться:

• информационные письма заводов-изготовителей устройств Р3А, подтверждающие информацию о времени, необходимом для правильного функционирования устройств РЗА в переходных режимах, сопровождающихся насыщением ТТ;
• письма-указания о входном контроле качества кабельной продукции.

ССЫЛОЧНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основные нормативно-технические документы, использованные при написании статьи, доступны на странице НТД и отфильтрованы по ссылкам: РЗА⎘, ТТ⎘, Прочее⎘

СЛУЧАЙ ИЗ ПРАКТИКИ

Очень часто к проектной документации поступают замечания подобного рода: «на плане размещения шкафов в ОПУ не показана раскладка кабелей» или «отсутствует схема прокладки контрольных кабелей по ОРУ».

В действующих НТД упоминание о необходимости разработки плана прокладки кабелей в ОПУ (на ОРУ) нам отыскать не удалось. Поэтому указания подобного рода считаем избыточными

РЕКОМЕНДУЕМ К ПРОЧТЕНИЮ

Водород — это первый и самый лёгкий элемент периодической таблицы Менделеева. В обычных условиях это бесцветный газ без запаха и вкуса.

Водород считается одним из самых перспективных источников энергии на нашей планете, способным заменить природный газ уже в ближайшем будущем. Но так ли он хорош, как о нём говорят, или это очередной миф — давайте разбираться.

1. Почему водород?

Водород является самым распространённым элементом во Вселенной, содержащимся в 75 процентах материи. А молекула водорода имеет два парных атома, которые нетоксичны и очень горючи.

Водород (H2) — это удивительный элемент. Он может вырабатывать электричество, не оставляя после себя ничего, кроме воды и небольшого количества тепла. А его количества может хватить человечеству для удовлетворения всех своих энергетических потребностей вечно!

2. Где применяется водород?

Водород уже имеет широкий спектр применения в различных отраслях промышленности: от производства до хранения возобновляемой энергии, от сельского хозяйства до топливных элементов, от очистки воды до освоения космоса.

Производство электроэнергии

Водород используется в качестве топлива на обычных электростанциях посредством сжигания. Используя энергию, выделяемую при горении водорода, электростанции вырабатывают электроэнергию с уменьшенными выбросами по сравнению с выработкой электроэнергии на основе традиционного ископаемого топлива.

Хранение возобновляемой энергии

Возобновляемые источники энергии, такие как солнечная и ветровая энергия, работают периодически и могут быть недоступны тогда, когда это особенно необходимо. Водород вырабатывают из возобновляемых источников и закачивают в ёмкости. Этот накопленный водород преобразовывается обратно в электроэнергию, когда спрос высок.

Сельское хозяйство

Водород используется в различных сельскохозяйственных целях, включая производство удобрений и защиту растений. Аммиак, полученный из водорода, является ключевым звеном в растениеводстве.

Медицина

Перекись водорода — мощный окислитель, применяемый в качестве дезинфицирующего средства, получают также из водорода.

Топливные элементы

Топливные элементы преобразуют химическую энергию водорода в электричество, единственным побочным продуктом которого является вода. Этот «чистый» и эффективный метод преобразования энергии делает топливные элементы идеальными для питания транспортных средств, домов и портативных электронных устройств. И он намного эффективнее простого сжигания H2. Подробнее о топливных элементах ниже.

Водоподготовка

Водород играет жизненно важную роль в процессах очистки воды. Он используется для производства хлора, ключевого компонента дезинфекции систем водоснабжения и поддержания здоровья населения. А перекись водорода и здесь способствует удалению примесей и загрязнений из источников воды, обеспечивая безопасную и чистую питьевую воду.

Космическая индустрия

Космическая промышленность в значительной степени полагается на водород для ракетных двигателей. В сочетании с жидким кислородом жидкий водород создаёт мощный и эффективный источник топлива для освоения космоса. Высокая плотность энергии водорода и чистые свойства горения делают его идеальным выбором для питания ракет, позволяя космической отрасли выходить на новые рубежи и проводить научные исследования.

3. Может ли водород заменить природный газ в быту?

Миллионы людей во всем мире полагаются на природный газ, подаваемый в дома в качестве топлива для печей. Но станет ли газообразный водород топливом для домашней кухни?

Уже существует несколько типов конструкций с использованием газообразного водорода для приготовления пищи. К ним относятся плиты прямого сжигания H2, плиты каталитического сжигания H2 или гибридные системы.

Прямые плиты сгорания H2

В системе этого типа используется традиционная конструкция пламенного сгорания, в которой в качестве топлива используется H2. Температура в ней варьируются от 1200°С до 2100°С. Водород в плите соединяется с кислородом воздуха, оставляя после себя только водяной пар. Особенностью конструкции является встроенный пламегаситель, способный остановить горение.

Каталитические плиты сгорания

В каталитических плитах сгорания H2 происходит реакция окисления (беспламенного горения) с участием гетерогенного катализатора. Эта форма более безопасна, благодаря относительно невысоким температурам (около 500ºC), и пламягаситель не является обязательным элементом.

Гибриды

Конструкция и безопасность этих плит сильно различаются: от обычных печей, работающих на смеси природного и водородного газа, до более совершенных конструкций. Развитие данных устройств ещё впереди.

4. Из чего и как производят водород

В далёком 1888 году великий русский учёный Д.И. Менделеев одним из первых задокументировал, что газ, просачивающийся из расщелин в угольной шахте недалеко от города Макеевка Донецкой области, содержит 5,8–7,5% водорода.

До сих пор самым распространённым источником водорода является природный газ. В результате реакции природного газа с парами воды при температуре 700-1100°C, получают синтез-газ и чистый водород. Подобным же образом синтезируют водород из угля.

Способов извлечения водорода из окружающего нас среды с каждым годом становится всё больше. Учёные даже присвоили ему цветовую палитру, в зависимости от способа и источника его получения:

• Серый водород образуется классическим способом из природного газа, коричневый — из угля. Оба способа характеризуются большими выбросами углекислого газа в атмосферу.
• Голубой водород изготовлен из природного газа с улавливанием выбросов углерода.
• Белый (или золотой) водород образуется в результате естественных процессов, происходящих глубоко под землёй.
• Зелёный водород получается путём разделения воды на кислород и водород путём электролиза.

На последнем способе получения H2 стоит остановиться отдельно.

5. Электролиз воды для получения водорода

Напомним, что водород сам по себе является очень распространённым элементом, и хотя он не встречается в природе в свободном состоянии, его можно извлечь из воды. Но чтобы стать «зелёным», недостаточно подвести электричество к электролизёру, выделив таким образом водород и кислород из воды. Отдельным условием выступают возобновляемые источники электрической энергии (ВИЭ), питающие оборудование.

В процессе электролиза на положительном электроде, где происходит окисление, выделяется кислород. На отрицательном электроде, где происходит восстановление, выделяется водород.

• производство чистого, безуглеродного водорода;
• получение двух ценных газов одновременно;
• модульность и масштабируемость (от небольших установок до огромных заводов).

• высокие энергозатраты — электролиз требует большого количества электроэнергии;
• высокая стоимость — капитальные затраты на оборудование все ещё велики;
• потери энергии — КПД процесса составляет около 70-80%, то есть часть энергии теряется в виде тепла.

6. Как водород можно преобразовать в электричество

В процессе, обратном электролизу, преобразования водорода в электричество участвуют приборы, называемые топливными элементами.

Топливные элементы (ТЭ) — это электрохимические устройства, которые непосредственно преобразуют химическую энергию топлива (например, водорода) и окислителя (например, кислорода) в электрическую энергию, тепло и воду. В отличие от аккумуляторов, они не накапливают энергию, а производят её постоянно, пока подаются топливо и окислитель.

В ходе химической реакции в них водород сначала на аноде разделяется на протоны и электроны, а затем на катоде они объединяются с атомами кислорода после прохождения электронов по электрической цепи, а протонов — через специальную мембрану.

• высокий КПД (в выработке электроэнергии — до 60%, в когенерационных системах (тепло + электричество) — до 85–90%);
• экологичность (побочные продукты — только вода и тепло);
• тихая работа благодаря отсутствию движущихся частей.

• высокая стоимость катализаторов (например, платины) и компонентов;
• скорая деградация компонентов (особенно в высокотемпературных ТЭ).

Топливные элементы уже давно применяются в космосе и оборонной промышленности, теперь всё активнее — в водородном транспорте.

{loadposition center-stati}

7. Крупнейшие проекты водородной энергетики

После катастрофы на Фукусиме Япония стала главным сторонником водородной экономики. Её правительство выделило огромные суммы денег, чтобы подтолкнуть таких производителей, как Toyota и Honda, к производству автомобилей на водородном топливе. Из-за этого они даже отложили планы по созданию электромобилей, стремясь к водородной мечте.

Главная цель Японии: увеличение потребления водорода до 3 млн тонн к 2030 году и 20 млн тонн — к 2050. Выделяются следующие инновационные проекты в стране:

• легковые автомобили (Toyota Mirai) и автобусы на топливных элементах;
• первое в мире рабочее судно на водородных топливных элементах для обслуживания морских ветряных электростанций;
• фотокатализатор для расщепления воды солнечным светом (эффективность пока не превышает 5%);
• производство водорода с помощью атомного реактора (планируется запустить к 2030 году);
• водородный город» с нулевыми выбросами, включая заправки и энергоустановки.

В Германии уже положено 5 тысяч км трубопровода, что в ближайшие годы позволит ей стать крупнейшим импортёром водорода в Европе и третьим по величине в мире, позади мировых лидеров Китая и Японии. По прогнозам, 10 ГВт электролизеров к 2030 году будут производить около миллиона тонн водорода в год. Планируется также создание в стране нескольких так называемых водородных долин. Каждая из этих долин будет располагаться в одной области и включать проекты, которые производят, распределяют и используют водород.

В головах энергетиков нашей страны ещё в советские времена зародилась Пенжинская приливная электростанция на Камчатке. Энергии, вырабатываемой станцией, хватило бы на полстраны. Но как передать такое количество энергии? Ответ прост: по трубопроводам в виде водорода!

8. Экономика

• дешевле купить несколько дополнительных резервуаров для хранения водорода, чем много батарей;
• транспортировка водорода по трубопроводу в 10 раз дешевле, чем транспортировка электроэнергии по кабелю или проводам;
• существующая газовая инфраструктура способна переориентироваться на водородную.

По данным Международного энергетического агентства (МЭА), ожидается, что мировой спрос на водород достигнет 530 миллионов тонн в 2050 году, что почти в шесть раз больше, чем в 2020 году.

• производство зелёного водорода путём электролиза воды, как и выработка электроэнергии в топливном элементе, требуют дорогостоящего оборудования и дорогих катализаторов;
• развёртывание сети водородных станций может привести к многомиллионным ежегодным потерям на первоначальных этапах из-за несоответствия фактическому спросу;
• водородные грузоперевозки оказываются более эффективными на дальние расстояния, в то время как короткие расстояния лучше покрываются грузовыми автомобилями с батарейным питанием.

Помимо экономических, имеется ряд технических проблем, о которых расскажем далее.

9. Хранение водорода — основная проблема

Водород можно сжимать для эффективного хранения, но для этого нужно создать очень высокое давление. У безопасного резервуара должны быть стенки из очень толстой стали или дорогого углеродного волокна космического качества.

Водород можно преобразовать в жидкость. Это проверенный способ хранения, но он требует поддержания очень низких температур (до −259°C), что ведёт к большим энергозатратам.

Альтернативным способом хранения водорода в будущем могут стать условия, подсказанные самой природой. Молекулы водорода настолько подвижны, что способны просачиваться через большинство материалов в атмосферу. Но под непроницаемым слоем горных пород, таким как сланец или соль, этот газ будущего имеет тенденцию накапливаться. Соляные пещеры уже исследуется как способ хранения зелёного водорода.

Обязательно нужно помнить, что водород очень пожаро- и взрывоопасен! Этот элемент взрывается в диапазоне от 4% до 75% в смеси с воздухом. Техника безопасности — ещё один момент, который важно учитывать при работе с водородом.

10. При чём здесь аммиак?

Преобразование водорода в другие химические вещества на этапе хранения и транспортировки рассматривается учёными как многообещающий способ его сбережения.

Аммиак — соединение водорода и азота, имеющее плотность хранения водорода в 1,7 раза выше, чем у сжиженного водорода. Аммиак привлекает внимание как наиболее экономически эффективный метод хранения и транспортировки водорода.

Поскольку он используется в различных областях, таких как удобрения, уже более 100 лет, он окружён инфраструктурой, эксплуатацией и стандартами безопасности.

Аммиак даже рассматривался как потенциальный топливный элемент для двигателей внутреннего сгорания. Но он является трудносгораемым топливом и требует смешивания с бензином для эффективного сгорания. Поэтому после доставки к месту назначения планируется разделение аммиака на составляющие (без образования углерода, что очень важно).

И самая большая проблема, о которой узнали учёные совсем недавно...

11. Массовые утечки водорода могут пагубно сказаться на экологии

Выше мы заявили, что водород — один из самых перспективных источников энергии. И даже попытались это доказать. Но так ли экологичен этот самый распространённый элемент вселенной?

Водород — это не прямой парниковый газ, как углекислый газ, метан, его производное — фреон, наполняющий наши холодильники, или элегаз, наполняющий электрооборудование. Парниковые газы имеют асимметричную и сложную структуру, поэтому они могут «изгибаться» и «растягиваться» в атмосфере, поглощая или отражая энергию в инфракрасном диапазоне. Солнечный свет, падая на землю и океаны, нагревает последние, а они направляют инфракрасное излучение вверх. Но когда на пути инфракрасного излучения попадается парниковый газ, он переизлучает его обратно.

Метан, попав в атмосферу, через 20-30 лет разлагается на углекислый газ, что в 30-90 раз понижает потенциал его глобального потепления. Поэтому, избавившись от метана, мы можем исключить его пагубные последствия за одно поколение.

Но при чём здесь водород?

1. увеличение продолжительности жизни метана;
2. усиление образования тропосферного озона и изменение стратосферного озона;
3. увеличение образования водяного пара в стратосфере;
4. изменение образования некоторых аэрозолей.

Экспериментально определено, что в современной жизненной цепочке водорода, которая включает электролизёр, водородную заправочную станцию и топливный элемент, утечки достигают 4,2%, что в условиях растущей инфраструктуры может стать в 12 раз более разрушительным для окружающей среды, чем утечка углекислого газа.

P.S. Все изображения в статье являются фантазией искусственного интеллекта, текст — плодом творения человека

РЕКОМЕНДУЕМ К ПРОЧТЕНИЮ

Высокочастотные заградители известны давно. Но в последнее время их внедрение набирает всё большие обороты. Это связано, в первую очередь, с исполнением Приказа Минэнерго России № 101 от 13 февраля 2019 г. о необходимости оснащения линий электропередачи 110 кВ и выше основными релейными защитами. А одна из основных, ВЧ защита, не может обойтись без организации ВЧ связи.

Высокочастотные заградители — являются неотъемлемым элементом канала ВЧ связи по фазным проводам и тросам ВЛ. Основным его назначением является ослабление шунтирующего действия шин подстанций на параметры линейного тракта канала ВЧ связи, но они также используются для ослабления шунтирующего действия ответвлений от ВЛ.

Более подробно о назначении, устройстве и конструктивных решениях в проекте — читайте в статье.

1. Назначение высокочастотного заградителя

Высокочастотные заградители (ВЧЗ) предназначены для ослабления влияния шунтирующего действия шин электростанций и подстанции и ответвлений ВЛ на параметры ВЧ тракта при обработке воздушных ЛЭП в целях передачи по их фазовым проводам и грозотросам сигналов противоаварийной автоматики, релейной защиты и телефонной связи на несущих частотах от 16 кГц до 1000 кГц.

Простыми словами, он служит для отделения ВЧ сигнала, передаваемого по линии, от оборудования высокого напряжения подстанции, которое, в свою очередь, имеет низкое сопротивление в ВЧ диапазоне, что (в отсутствии ВЧЗ) может пагубно сказаться на качестве связи и работе оборудования.

2. Устройство высокочастотного заградителя

Основными компонентами ВЧ заградителя являются:

• основная катушка (реактор);
• элемент настройки;
• устройство защиты.

Основная катушка (реактор) ВЧЗ — это катушка индуктивности с естественным воздушным охлаждением, по которой протекает ток промышленной и высокой частоты. Обычно выполняется многожильным алюминиевым проводом.

Элемент настройки — оборудование, подключённое параллельно основной катушке. Именно он определяет полосу заграждения, в которой обеспечивается заданное активное сопротивление катушки. В зависимости от типа заграждения элемент настройки состоит из конденсаторов, катушек индуктивности и резисторов, имеющих низкую номинальную мощность по сравнению с основной катушкой. Для защиты от влияния окружающей среды данные элементы размещаются в одном или нескольких корпусах из стеклопластика. Оборудование устанавливается внутри основной катушки и доступно для перенастройки или замены при изменении частоты канала связи.

Устройством защиты выступает ограничитель перенапряжений (ОПН), подключённый параллельно основной катушке и элементу настройки. Он защищает основную катушку и элемент настройки, ограничивая возникающие перенапряжения до уровня, соответствующего классу изоляции данного оборудования.

Иногда к основным компонентам добавляется ещё защита от птиц в виде сетки (сверху и снизу) и (или) опора для установки.

Для электрического присоединения ЛЭП и ошиновки подстанции к заградителю используются контактные пластины (реже — шпильки), сдвинутые друг относительно друга на угол 180 градусов.

3. Выбор ВЧЗ

Необходимость высокочастотного заградителя определяют специалисты по релейной защите и связи. Поэтому и технические требования задаются при их совместном участии. Но способ установки или подвеса оборудования находит отражение в томе Электротехнических решений.

Поскольку ВЧ заградители включаются последовательно высоковольтной линии электропередачи, их конструкция должна выдерживать высокие механические нагрузки, возникающие при протекании токов короткого замыкания.

Полную таблицу технических требований в этой статье приводить не будем. Набор требований можно найти в ссылочной литературе на нашей странице НТД⎘.

{loadposition center-stati}

4. Подвеска ВЧЗ на подстанции

Самым распространённым способом монтажа ВЧЗ является его подвеска на приёмном портале подстанции. Он может подвешиваться на одной, двух или всех трёх фазах портала.

Подключение провода к ВЧЗ можно выполнить согласно типовому проекту (см. Типовые⎘), где провод протягивается через два поддерживающих зажима сверху и снизу заградителя. А можно выполнить подключение, развернув заградитель на 180 градусов относительно первого варианта.

Аргументом в пользу первого решения служит исключение излома провода. А второй способ позволяет уменьшить длину провода и упростить соединение арматуры — что при правильном подключении аппаратного зажима (лапкой вверх) так же не нарушает его целостность в период эксплуатации. И первый, и второй вариант имеют право на применение.

Обязательно стоит отметить, что на способ подвески ВЧЗ влияют его вес и габариты. Так согласно нормативным документам подвеску ВЧЗ к конструкциям следует производить с использованием двух гирлянд изоляторов. Для исключения возможности раскачивания ВЧЗ при ветровых нагрузках, угол, образованный между осью гирлянды и вертикальной осью ВЧЗ, должен находится в пределах 30-45º. При диаметре реактора ВЧЗ менее 600 мм крепление двух гирлянд изоляторов к ВЧЗ должно осуществляться в одной точке с использованием двухцепных коромысел. При диаметре реактора ВЧЗ 600 мм и более его подвеска должна обеспечиваться в двух точках, расположенных в плоскости симметричного сечения реактора.

На каркасе ВЧЗ имеются проушины для обеспечения возможности подвески снизу второго заградителя.

5. Подвеска ВЧЗ на воздушной линии

Часто размещение ВЧ заградителя требуется выполнить на отпайках воздушных линий либо подвесить на концевую опору линии, когда портал не способен нести дополнительную нагрузку.

В этих случаях, как никогда, важно соблюсти расстояния в свету между токоведущими частями ВЧЗ и заземлёнными частями конструкций. И этот фактор становится определяющим при выполнении проекта, особенно при подвеске на двухцепных опорах и опорах с вертикальным расположением фаз.

Для того чтобы решить подобную задачу, нам приходилось использовать ВЧЗ «инновационной» конструкции, с меньшими габаритами относительно подстанционных вариантов.

Как выходят из это ситуации коллеги, можно увидеть на фото

6. Установка ВЧЗ

Конструкция ВЧЗ должна предусматривать возможность его установки на изолирующих опорах. Такое решение не является новшеством, а находит своё отражение в типовых⎘ проектах.

В качестве опоры может использоваться конденсатор связи усиленной конструкции, когда тот идёт в комплекте ВЧ оборудования. Либо могут использоваться шинные опоры, рассчитанные на прилагаемое усилие.

Наземная установка ВЧЗ позволяет избежать чрезмерных нагрузок на порталы, реализовать задуманное при их отсутствии или разместить несколько ВЧЗ в одной фазе.

ССЫЛОЧНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Более подробную информацию можно найти в нормативно-технических документах, хранящихся на странице НТД, отфильтрованных по ссылке⎘.

РЕКОМЕНДУЕМ К ПРОЧТЕНИЮ