СТОЛБОВАЯ ТРАНСФОРМАТОРНАЯ ПОДСТАНЦИЯ

Полезная модель относится к электроэнергетике и предназначена для электроснабжения рассредоточенных потребителей электроэнергии бытового, сельскохозяйственного и промышленного характера потребления, с возможностью использования для индивидуального электроснабжения как потребителей малой - до 10 кВА, так и потребителей большой мощности - до 100 кВА.
Существующие столбовые трансформаторные подстанции в России и за рубежом представляют собой систему, состоящую из силового трансформатора, подвешенного на определенной высоте на опоре высоковольтной линии, выполненной с возможностью «двойной» подвески низковольтной распределительной сети и присоединенного к высоковольтной линии напрямую, или через коммутационную аппаратуру. Низковольтный ввод трансформатора присоединен напрямую к низковольтной питающей линии (см. патент Франции 2353975 по МКИ 2 Н02В 5/02 от 03.06.1976 г.) или к распределительному устройству, установленному на опоре, на определенной высоте для эксплуатационного и оперативного обслуживания с земли.
С целью повышения удобства обслуживания трансформаторного пункт применяют складные запираемые на замок лестницы, являющихся приводом высоковольтного коммутационного устройства (патент ФРГ 2161508 по МКИ 2 Н02В 5/02), с применением боковых скоб на опоре (патент ФРГ 2528587 по МКИ Н02В 5/02 от 29.01.1976 г.) или подстанции подъемно-опускного типа (заяки РФ №2001110461/09 (010855) от 26.02.2004 г. и 2004118646/09 от 18.06.2004 г.), решения по которым также направлены на повышение удобства при эксплуатации трансформаторного пункта, но имеют ряд недостатков, так как ориентированы на применение дополнительных приспособлений, требующих их обслуживание. Кроме этого использование дополнительных устройств ведет к увеличению стоимости строительства, необходимости повышать механическую прочность опор, а так же дополнительные охранные мероприятия предотвращающие использование этих устройств посторонними лицами для доступа к электроустановкам. Недостатком существующих вариантов конструктивного исполнения трансформаторных подстанций является и то, что все они имеют массу открытых токоведущих частей, что снижает электробезопасность и влечет за собой увеличение рисков, связанных с попаданием человека, птиц и животных под напряжение.
Кроме этого, известные устройства имеют распределительные шкафы низкого напряжения, расположенные так же на опоре, что требует дополнительные затраты на охранные мероприятия для предотвращения доступа посторонних лиц и увеличение эксплуатационных затрат на ревизии контактных присоединений или выезда спецбригад обслуживания для включения отключившихся коммутационных устройств.
В качестве ближайшего аналога принято изобретение по заявке Франции №2353975, МКИ 2 Н02В 5/02, зарегистрированной 03.06.1976 г. и содержащей силовой трансформатор, высоковольтный разъединитель, с прямым присоединением к низковольтной распределительной сети.
Подстанция, принятая в качестве прототипа, исключает часть вышеперечисленных недостатков. Однако, обладает сложностью в конструктивном выполнении и технологическом обслуживания, а также в монтаже и демонтаже силового трансформатора, имеющего оголенные токоведущие части и открытые контакты силового трансформатора, что снижает надежность системы из-за происходящего окисления, термического выгорания и ослабления резьбовых соединений на шпильках трансформаторных высоковольтных вводов и низковольтных выводов. Это приводит к увеличению затрат на его обслуживание, ревизию контактных соединений, в том числе на тепловизионное обследование и, как следствие, приводит к дополнительным отключениям потребителей для устранения обнаруженных отклонений.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель является разработка конструкции столбовой трансформаторной подстанции для индивидуального электроснабжения как потребителей малой - до 10 кВА, так и потребителей большой мощности - до 100 кВА, монтаж которой производился бы без необходимости установки дополнительных механических средств - подставок под трансформатор и использования различных подъемно-опускных устройств утяжеляющих и нагружающих опору, а так же без непосредственного подъема на опору и отключения магистральной линий высокого напряжения, обладающей простотой монтажа и эксплуатации при обеспечении высокой безопасности системы для человека, не требующей дополнительных приспособлений для защиты от птиц и животных.
Поставленная задача достигается тем, что в столбовой трансформаторной подстанции, содержащей силовой трансформатор, высоковольтные вводы которого связаны с самонесущими изолированными проводами воздушной линии, закрепленными на вертикально ориентированной опоре, и предохранители-разъединители, закрепленные посредством кронштейна на упомянутой опоре, силовой трансформатор выполнен с несущим корпусом для закрепления на упомянутой опоре посредством разъемного соединительного узла, а его высоковольтные вводы соединены посредством предохранителей-разъединителей или непосредственно с самонесущими изолированными проводами воздушной линии, при этом узлы соединения самонесущих изолированных проводов с высоковольтными вводами трансформатора выполнены изолированными, а самонесущие изолированные провода, соединенные посредством герметичных муфт с низковольтными выводами трансформатора, связаны с потребителем непосредственно или посредством самонесущих изолированных проводов низковольтной воздушной линии, расположенной на тех же опорах с двойным подвесом и/или на дополнительных опорах.
Возможны и другие варианты выполнения полезной модели, согласно которым необходимо, чтобы:
- соединительный узел был бы выполнен в виде, по меньшей мере, одного захватывающего элемента в виде крюка, расположенного в верхней части несущего корпуса трансформатора с возможностью зацепления с выступом, расположенном на кронштейне, присоединенном к упомянутой опоре.
- к нижней части несущего корпус трансформатора было бы присоединено два швеллера с возможностью упора в кронштейн опоры и обеспечения при этом горизонтального расположения трансформатора.
Применяемый диапазон мощности (10-100 кВА) для столбовых трансформаторов обусловлен существенным увеличением их массы при достижении верхнего предела мощности и, как следствие, повышение требований к механической прочности опоры, дальнейшее увеличение мощности экономически не выгодно для данного варианта конструкции трансформаторной подстанции и конструктивно не оправдано.
Указанные признаки полезной модели являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности существенных признаков, достаточных для достижения технического результата, а именно упрощения монтажа и демонтажа, а также эксплуатации силового трансформатора при обеспечении высокой безопасности подстанции для человека, не требующей дополнительных приспособлений для защиты от птиц и животных.
Трансформаторная подстанция согласно полезной модели расположена непосредственно на опоре воздушной линии 6-10 кВ на высоте порядка 5 метров, возможно использование бетонных и цельнометаллических многогранных опор. В состав подстанции входит высоковольтный разъединитель-предохранитель, силовой трансформатор с «нацепным» креплением к опоре без использования сложных опорных подставок и передвижных механизмов. Высоковольтные вводы трансформатора 10 кВ и выводы 0,4 кВ изолированы, что позволяет повысить электробезопасность и надежность эксплуатации контактных соединений. Линия 0,4 кВ выполнена проводами типа СИП (самонесущий изолированный провод) протяженностью не более 100 м, что позволяет отказаться от распределительного шкафа 0,4 кВ подстанции, установленной на опоре. Защита выполнена в шкафу выносного учета потребителя по месту его расположения.
Особенностью навесного крепления является наличие двух узлов: конструкции, расположенной на опоре и конструкции, выполненной на задней стенке трансформатора, свободной от оребрения системы охлаждения. Конструкция кронштейна, установленная на опоре воздушной питающей линии, в одном из вариантов выполнения состоит из металлической трубы прикрепленной к опоре с помощью металлической ленты типа хомут, уголков образующих в целом надежное крепление. Применение силовых трансформаторов большой мощности, чем - 100 кВА, требует для обеспечения надежного крепления применение более сложного оборудования и устройств, не исключено высверливание в опоре отверстий и дополнительного закрепления кронштейна шпильками через тело опоры.
Конструкция подстанции предполагает выполнение трансформатора с несущим корпусом, на задней стенке которого имеется уголок, приваренный к задней стенке масленого бака трансформатора, и отсутствует оребрение (гофры) системы охлаждения. В верхней части несущего корпуса выполнены захватывающие элементы в виде крюков для подвеса трансформатора на выступах кронштейна, закрепленного на опоре. Для повышения работоспособности трансформатора за счет обеспечения угла его оси по отношению к земле - 90°, к нижней части несущего корпуса трансформатора приварено два швеллера, расположенных своей длинной от лицевой стороны трансформатора к задней стенке, выступая за ее пределы с возможностью упора в кронштейн обеспечения прямого угла между оси трансформатора и «плоскости земли».
При этом существенным в конструкции подстанции является изоляция всех токоведущих частей. Это стало возможным за счет магистральная линия 10 (6) кВ выполнена самонесущим изолированным проводом (СИП-3), связь устройств высокого напряжения (воздушная линия, высоковольтный разъединитель-предохранитель, высоковольтные вводы силового трансформатора) так же выполнена проводом СИП. Высоковольтные вводы силового трансформатора могут быть герметичного исполнения с погружением в бак или традиционного - шпилька на фарфоровых или полимерных изоляторах. Низковольтные выводы трансформатора герметичны и находятся в баке, с присоединением провода способом «штепсель-розетка». Низковольтная распределительная сеть подключается непосредственно к выводам трансформатора низкого напряжения без применения устройств на опоре распределительного пункта с коммутационной аппаратурой.
Отсутствие необходимости распределительного пункта расположенного на опоре объясняется использованием для присоединения потребителей самонесущего изолированного провода СИП (СИП-2 или СИП-4), стойкого к внешним воздействиям. С исключением возможности несанкционированного присоединения, воздействий от падения растительности при сильном ветре или случайного прикосновения различными механизмами. Таким образом, исключаются риски повреждения воздушной линии мощности - 0,4 кВ.
Протяженность ответвлений к потребителям не должна превышать в сумме 100 м, что создает компактную высоконадежную и безопасную электрическую сеть, исключающую повреждение на всей своей длине.
В одном из вариантов выполнения защитные устройства расположены в шкафу выносного учета на фасаде дома потребителя или на крайней к границе земельного участка потребителя опоре. Шкаф выносного учета включает в себя устройство учета электрической энергии (электросчетчик) с возможностью дистанционной передачи данных о потреблении на диспетчерский пульт. Так же прибор учета имеет функцию ограничения потребляемой мощности, в зависимости от мощности заявленной потребителем при присоединении к электрическим сетям. Кроме этого шкаф выносного учета содержит автоматический выключатель (вакуумный контактор) и ограничитель мощности.
Использование навесного крепления силового трансформатора к опоре, дает возможность снизить объем используемого металла для крепления к опоре трансформатора и времени монтажа конструкции, при этом размещение на опоре разъединителей-предохранителей на стороне установки силового трансформатора (в отличие от ранее рассмотренных вариантов), дает возможность без изменения высоты опоры регулировать высоту подвеса низковольтного провода, что особенно важно при устройстве переходов через дорогу.
Сущность полезной модели представлена на чертежах, а именно:
На фиг.1 изображен вид с боку полезной модели;
На фиг.2 - вид спереди полезной модели.
На фиг.3 - вид сбоку на соединительный узел.
Полезная модель поясняется конкретным примером выполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения данной совокупностью существенных признаков заданного технического результата.
Столбовая трансформаторная подстанция включает силовой трансформатор 4 (фиг.1, 2, 3), высоковольтные вводы 6 которого связаны с самонесущими изолированными проводами 8 воздушной линии 7. Самонесущие изолированные провода 8 зафексированы на вертикально ориентированной опоре 1. Предохранители-разъединители 2 закреплены с помощью кронштейна 3 на опоре 1. Силовой трансформатор 4 выполнен с несущим корпусом 12, предназначенным для закрепления на опоре 1 с помощью разъемного соединительного узла 5. Высоковольтные вводы 6 силового трансформатора 4 соединены посредством предохранителей-разъединителей 2 с самонесущими изолированными проводами 8. По другому из вариантов высоковольтные вводы 6 силового трансформатора 4 соединены непосредственно с самонесущими изолированными проводами 7 воздушной линии 8. Узлы соединения самонесущих изолированных проводов 8 с высоковольтными вводами 6 силового трансформатора 4 выполнены изолированными. Самонесущие изолированные провода 8 соединены посредством герметичных муфт известной конструкции с низковольтными выводами трансформатора 4 и связаны с потребителем непосредственно или посредством самонесущих изолированных проводов 8 низковольтной воздушной линии. При этом низковольтная воздушная линия может располагаться на тех же опорах 1 с двойным подвесом и/или на дополнительных опорах.
Боковые стенки трансформатора 4 выполнены с развитой оребренной поверхностью 9 и 10 соответственно. На боковой стенке трансформатора 4, обращенной к опоре 1 оребрение не выполнено, что позволило максимально близко расположить трансформатор к опоре 1, существенно уменьшив тем самым напряжения, обусловленные действием изгибающего момента от веса трансформатора.
Соединительный узел 5 (см. фиг.3) выполнен в виде, по меньшей мере, одного захватывающего элемента, в частности крюка 13, расположенного в верхней части несущего корпуса 12 трансформатора 4 с возможностью зацепления с выступом 14, расположенном на кронштейне 15, присоединенном к опоре 1 (фиг.3).
К нижней части несущего корпуса 12 (фиг.3) трансформатора присоединен упор в виде швеллера 16, установленного с возможностью упора в кронштейн 15 опоры 1 и обеспечения тем самым горизонтального положения трансформатора 4.
Осуществление полезной модели
Предлагаемую подстанцию размещают непосредственно на вертикально ориентированной опоре 1 (см. фиг.1, 2, 3) воздушной электролинии 7 (см. фиг.1) с электрическим напряжением 6-10 кВ. Вертикально ориентированная опора 1 может быть изготовлена как из бетона, так и в виде цельнометаллической многогранной конструкции. Монтаж предлагаемой трансформаторной подстанции производится без необходимости установки дополнительных подставок под силовой трансформатор 4 (см. фиг.1, 2) и без использования стационарно установленных на опоре подъемно-опускных устройств утяжеляющих опору, а также без отключения магистральной линии высокого напряжения.
Установка силового трансформатора 4 на опоре 1 не требует каких-либо дополнительных подставок, механических приборов, площадок или нескольких опор. Монтаж осуществляется быстро в течении 10 мин по принципу "навесного крепления". Для чего подъемным устройством любой конструкции, например автокраном, поднимают силовой трансформатор 4 за штатные проушины, имеющиеся на его несущем корпусе 12, и крюками навешивают на выступы кронштейна 15, при этом горизонтальное положение трансформатора 4 обеспечивается упорами 16, выбранными соответствующей длиной и упирающимися в кронштейн 15. На этом монтаж силового трансформатора 4 заканчивается. Длится эта операция порядка 10 мин.
Далее, после установки силового трансформатора 4 специалистами в данной области техники осуществляется подключение высоковольтных вводов 6 (см. фиг.1, 2) силового трансформатора к предохранителям-разъединителям 2 (см. фиг.1, 2), закрепленного с помощью кронштейна 3 (см. фиг.1, 2), при этом все элетропровода выполняются самонесущими изолированными, а токоведущие части 8 (см. фиг.1, 2) - изолированными. Немаловажным является выполнение силового трансформатора 4 (см. фиг.2) с увеличенной (развитой) поверхностью оребрения, в частности, выполненной в виде плоских вертикально ориентированных пластин 10 (см. фиг.2).
В соответствии с конструкцией трансформаторной подстанции изготовлены опытные образцы, прошедшие испытания и подтвердившие возможность решения поставленной задачи с получением указанного выше результата.