Руководство по низковольтным, средневольтным и высоковольтным распределительным устройствам: типы, области применения и методы выбора

1. Основные понятия о распределительных устройствах и классификация по напряжению

Коммутационное оборудование представляет собой группу электротехнического оборудования, используемого в энергосистемах для управления, защиты и изоляции электрических устройств. С помощью таких компонентов, как автоматические выключатели, разъединители, реле и предохранители, распределительное устройство выполняет функции, включая управление переключением цепей, обнаружение и локализацию неисправностей, а также отделение оборудования от токоведущих частей во время технического обслуживания.

Основные функции распределительного устройства можно свести к трем ключевым аспектам:

• Управление: Подключение или отключение электрических цепей в соответствии с эксплуатационными требованиями.
• Защита: Обнаружение и прерывание токов повреждения, таких как короткие замыкания и перегрузки , для защиты электрооборудования и обеспечения безопасности системы.
• Изоляция: Обеспечение видимого разрыва цепи во время осмотра, технического обслуживания и ремонтных работ, обеспечивая безопасность персонала.

В соответствии с уровни напряжения, распределительные устройства обычно подразделяются на три основные категории:

• Низковольтные распределительные устройства (НН)
• Средневольтные распределительные устройства (СН)
• Высоковольтные распределительные устройства (ВН)

Различные классы напряжения распределительных устройств имеют существенные различия с точки зрения конструктивного исполнения, технологии изоляции, сценариев применения и требований к выбору оборудования.

Выбор соответствующих уровней напряжения распределительных устройств зависит от таких факторов, как системное напряжение, мощность короткого замыкания, характеристики нагрузки, условия эксплуатации, требования к защите и применимые международные стандарты.

Международно признанные стандарты классификации напряжения для распределительных устройств обычно определяются следующим образом:

• Низкое напряжение (НН): Уровням напряжения не превышающее 1 кВ, в основном используемое для конечного распределения электроэнергии в жилых зданиях, коммерческих объектах и промышленных установках.
• Среднее напряжение (СН): Уровни напряжения от 1kV to 36kV (в некоторых регионах доходящие до 52kV or 72kV), в основном применяемые в городских распределительных сетях, промышленных парках и проектах в области возобновляемых источников энергии для распределения электроэнергии.
• Высокое напряжение (ВН): Уровням напряжения выше 36 кВ (при этом некоторые стандарты используют 69kV or 72.5kV в качестве границы классификации), в основном используемое для передачи электроэнергии на большие расстояния и объединения крупных энергосистем.

Основные требования к проектированию, испытаниям и эксплуатации для распределительные устройства среднего и высокого напряжения определяются серией стандартов IEC 62271 выпущенных Международной электротехнической комиссией (МЭК) и серией стандартов ANSI/IEEE C37 широко используемых в Северной Америке.

Среди этих стандартов:

• IEC 62271-200 применяется к распределительным устройствам и устройствам управления в металлической оболочке переменного тока с номинальным напряжением выше 1kV and up to 52kV.
• IEC 62271-1 определяет общие требования и классификацию номинального напряжения для высоковольтных распределительных устройств и устройств управления.

Понимание базовой структуры этих стандартов необходимо для выбора оборудования, подготовки технических спецификаций и международных закупок.

Цзишенг Электрик специализируется на исследованиях, разработке и производстве энергетического оборудования. В ассортимент продукции входят масляные трансформаторы, сухие трансформаторы, трансформаторы из аморфного сплава и распределительные устройства. Продукция может быть спроектирована и изготовлена в соответствии с международными стандартами, включая IEC 62271, IEC 60076 и ГОСТ, обслуживая рынки Ближнего Востока, Южной Америки, Африки и России.

Благодаря многолетнему опыту производства компания Zisheng Electric обладает мощным техническим потенциалом для работы в особых условиях эксплуатации, включая влагостойкость, антикоррозийная защита и работа при высоких температурах, предоставляя надежные решения для различных международных энергетических проектов.

2. Низковольтное комплектное устройство

2.1 Определение и диапазон напряжения

Низковольтное комплектное устройство (НКУ) используется в энергосистемах с уровнем напряжения не превышающим 1 кВ переменного тока или 1,5 кВ постоянного тока.

Как на конечном этапе системы распределения электроэнергии, низковольтное комплектное устройство отвечает за распределение электрической энергии от распределительный трансформатор к оборудованию конечного пользователя, обеспечивая при этом защиту от перегрузки, короткого замыкания и замыканий на землю.

Низковольтное комплектное устройство широко применяется в:

• Жилых комплексах
• Коммерческие здания
• Промышленных заводах
• Инфраструктурные проекты

2.2 Основные типы и компоненты

В соответствии с функциональной конфигурацией, низковольтное комплектное устройство в основном состоит из следующих компонентов:

Автоматические выключатели

Автоматические выключатели — это защитные коммутационные устройства, используемые для прерывания токов повреждения и защиты электрических цепей. Основные типы включают:

• Модульный автоматический выключатель (MCB): Используется для защиты конечных потребителей в жилых и коммерческих объектах.
• Автоматический выключатель в литом корпусе (MCCB): Подходит для промышленные распределительные сети и системы, требующие более высоких номинальных токов.
• Воздушный автоматический выключатель (ACB): Используется в основные распределительные системы с высокой пропускной способностью по току и высокими требованиями к стойкости при коротком замыкании.

Предохранители

A плавкий предохранитель является устройством защиты от сверхтоков. Когда ток превышает номинальное значение, плавкий элемент расплавляется и размыкает цепь для предотвращения повреждения оборудования.

Контакторы

A контактор это электромагнитное коммутационное устройство, используемое для частого управления включением/выключением электрических нагрузок, таких как:

• Электродвигатели
• Системы освещения
• Промышленное оборудование

Реле

A реле представляет собой устройство защиты и управления, которое срабатывает в соответствии с входными сигналами, такими как ток, напряжение или другие электрические параметры для управления переключением цепей.

Разъединители

A разъединитель управляется вручную и используется для отключения оборудования от источника питания во время обслуживания и инспекции, обеспечивая четко видимую точку разрыва цепи.

Низковольтные комплектные устройства (распределительные щиты)

A низковольтное комплектное устройство (НКУ) объединяет вышеуказанные компоненты внутри шкафа, обеспечивая централизованное распределение электроэнергии, защиту и управление системой.

2.3 Типовые сценарии применения

Области применения низковольтное комплектное устройство в основном охватывают три ключевые сферы:

Промышленное применение

Низковольтные распределительные устройства обеспечивают распределение электроэнергии и защиту для:

• Тяжелое оборудование
• Производственные линии
• Систем заводского освещения

Промышленные системы распределения электроэнергии обычно используют иерархическую структуру распределения:

• The главный низковольтный распределительный щит получает питание от трансформатора.
• Секционные распределительные щиты разделяют зоны электроснабжения в соответствии с различными производственными участками.
• Фидерные распределительные щиты подают питание на конкретное оборудование.
• Центры управления двигателями (MCC) централизованно управляют несколькими электродвигателями.

Коммерческие здания

Низковольтные распределительные устройства используются для распределения электроэнергии и защиты оборудования в:

• Офисных зданиях
• Торговые центры
• Гостиницы
• Прочие коммерческие объекты

Жилой сектор и инфраструктурные объекты

Низковольтные распределительные устройства обеспечивают функции распределения, изоляции и защиты электроэнергии для:

• Жилых комплексах
• Учебные заведения
• Больницы
• Объекты общественной инфраструктуры

3. Распределительные устройства среднего напряжения

3. Распределительные устройства среднего напряжения

3.1 Определение и диапазон напряжения

Распределительные устройства среднего напряжения (РУ СН) используются в энергосистемах с уровнями напряжения в диапазоне от 1kV to 36kV (в некоторых регионах до 52kV).

Являясь ключевым компонентом сети распределения электроэнергии, распределительные устройства среднего напряжения служат связующим звеном между высоковольтными системами передачи и низковольтными распределительными системами, выполняя такие функции, как распределение, управление и защита электроэнергии.

Распределительное устройство среднего напряжения широко применяется в:

• Электрические подстанции
• Крупные промышленные объекты
• Коммерческие комплексы
• Проектах с использованием возобновляемых источников энергии

3.2 Классификация по типу изоляционной среды

В зависимости от типа изоляционной среды, распределительные устройства среднего напряжения можно разделить на три основные категории:

Распределительные устройства с воздушной изоляцией (AIS)

Распределительные устройства с воздушной изоляцией (AIS) использует воздух в качестве изоляционной среды. Его особенности:

• Простая конструкция
• Более низкая стоимость
• Удобство технического обслуживания

Однако из-за ограниченной диэлектрической прочности воздуха оборудование с воздушной изоляцией (AIS) обычно занимает большую площадь и больше подходит для объектов, где достаточно места для установки.

Распределительные устройства с элегазовой изоляцией (GIS)

Распределительные устройства с элегазовой изоляцией (GIS) использует элегаз (SF₆) в качестве изоляционной и дугогасящей среды. Его основные преимущества включают:

• Высокая изоляционная прочность
• Компактная структура
• Компактные габариты при установке

КРУЭ подходит для применения в условиях ограниченного пространства, например:

• Городские подстанции
• Подземные распределительные пункты
• Высоконадежные системы электроснабжения

Оборудование КРУЭ обычно имеет металлическую оболочку, обеспечивающую превосходную защиту и снижающую влияние внешних условий окружающей среды.

Распределительные устройства с твердой изоляцией (SIS)

Распределительные устройства с твердой изоляцией (SIS) использует твердые изоляционные материалы для герметизации токоведущих частей. Оно сочетает в себе:

• Компактную конструкцию
• Экологичность
• Высокую эксплуатационную надежность

Это решение стало одной из наиболее динамично развивающихся технологий в секторе распределительных устройств среднего напряжения.

В последние годы распределительные устройства среднего напряжения без элегаза (SF₆) привлекают все больше внимания.

SF₆ (гексафторид серы) является мощным парниковым газом с потенциалом глобального потепления (ПГП) значительно превышающим показатели углекислого газа (CO₂).

Распределительные устройства без SF₆ используют такие технологии, как:

• Изоляция чистым воздухом
• Твердая изоляция
• Вакуумная технология прерывания тока

сохраняя при этом высокие электрические характеристики и снижая воздействие на окружающую среду и выбросы углерода.

3.3 Классификация по конструктивному исполнению

Распределительные устройства среднего напряжения также можно классифицировать по конструктивному исполнению:

Распределительные устройства в металлическом корпусе

Все токоведущие части заключены в заземленный металлический корпус.

Основные характеристики:

• Высокой безопасности
• Высокая степень защиты от воздействия окружающей среды
• Широко применяется в промышленных системах распределения электроэнергии

Распределительные устройства в металлической оболочке (бронированные)

Основано на конструкции в металлической оболочке, распределительное устройство в металлической оболочке дополнительно разделяет:

• Отсек выключателя
• Отсек сборных шин
• Кабельный отсек

на независимые отсеки с помощью металлических перегородок.

Преимущества включают:

• Повышенная эксплуатационная безопасность
• Улучшенное удобство технического обслуживания
• Расширенные возможности локализации повреждений

3.4 Типовые сценарии применения

Распределительное устройство среднего напряжения широко используется в следующих областях:

Распределение электроэнергии

Применяется в распределительных сетях для:

• Приема электроэнергии
• Распределение электроэнергии
• Локализации повреждений и защиты

Промышленные объекты

Используется для управления системами электроснабжения среднего напряжения в:

• Промышленные предприятия
• Производственные цеха
• Крупные промышленные предприятия

Коммерческие здания

Обеспечивает распределение и защиту среднего напряжения для:

• Крупные коммерческие комплексы
• Общественные объекты

Проекты возобновляемой энергии

Используется для защиты электрических систем в:

• Солнечных электростанциях
• Проекты ветряной энергетики
• Другие установки возобновляемой энергетики

Подстанции и электростанции

Используется для управления:

• Электрическими нагрузками
• Токи короткого замыкания
• Эксплуатация и релейная защита энергосистем

4. Высоковольтное распределительное устройство

4.1 Определение и диапазон напряжения

Высоковольтное распределительное устройство (ВВ РУ) используется в энергосистемах с уровнем напряжения выше 36 кВ (при этом некоторые стандарты используют 69kV or 72.5kV в качестве границы классификации).

Будучи ключевым компонентом инфраструктурой электрической сети, высоковольтное распределительное устройство выполняет задачи управления, защиты и изоляции в систем передачи электроэнергии на большие расстояния и межрегиональных энергосистем.

Высоковольтные распределительные устройства играют важнейшую роль в развитии глобальной энергетической инфраструктуры. Согласно отраслевым отчетам, объем мирового рынка высоковольтных распределительных устройств в 2023 году достиг примерно 32,5 млрд долларов США.

4.2 Основные типы

По типу изоляционной технологии высоковольтные распределительные устройства можно разделить на следующие основные виды:

Распределительные устройства с воздушной изоляцией (AIS)

Распределительные устройства с воздушной изоляцией (AIS) использует воздух в качестве изоляционной среды.

Преимущества:

• Простая конструкция
• Более низкие первоначальные капиталовложения
• Широко применяется на традиционных открытых подстанциях

Однако из-за ограниченной диэлектрической прочности воздуха оборудование с воздушной изоляцией (AIS) обычно требует:

• Большого пространства для установки
• Большей площади земельного участка

Распределительные устройства с элегазовой изоляцией (GIS)

Распределительные устройства с элегазовой изоляцией (GIS) использует Элегаз (SF₆) в качестве изоляционной среды.

Преимущества:

• Компактная структура
• Высокой надежности
• Низким требованиям к обслуживанию

Комплектные распределительные устройства с элегазовой изоляцией (GIS) обладают значительными преимуществами в:

• Городских районах с ограниченными земельными ресурсами
• Подземных подстанциях
• Суровых условиях окружающей среды

В настоящее время GIS занимает наибольшую долю рынка в секторе высоковольтных распределительных устройств.

Распределительные устройства с масляной изоляцией (OIS)

Распределительные устройства с масляной изоляцией (OIS) использует минеральное масло в качестве изоляционной и охлаждающей среды.

Преимущества:

• Высокая изоляционная прочность
• Хорошие показатели теплоотвода

Тем не менее, это также сопряжено с потенциальными рисками, включая:

• Экологические риски, связанные с утечкой масла
• Проблемы пожарной безопасности

Распределительные устройства с вакуумной изоляцией

Вакуумное распределительное устройство использует вакуумную технологию в качестве дугогасящей среды и подходит для определенных уровней напряжения и условий эксплуатации.

4.3 Сравнение между AIS и GIS

Воздушная изоляция и газовая изоляция представляют собой два основных технических направления для высоковольтных распределительных устройств. Они существенно различаются по многим аспектам:

AIS широко применяется благодаря своей простой конструкции и преимуществам в виде более низких первоначальных затрат.
GIS стало предпочтительным решением в областях применения, требующих компактности установки, высокой надежности и высокой адаптивности к условиям окружающей среды.

4.4 Типовые сценарии применения

Высоковольтные распределительные устройства в основном применяются в:

Передача электроэнергии

Используются в высоковольтных системах передачи электроэнергии для:

• Передачи электроэнергии на большие расстояния
• Объединения энергосистем
• Коммутации и защиты энергосистем

Генерация электроличности

Используются на электростанциях для:

• Подключения генераторов к повышающие подстанции
• Управление электрической мощностью и системами защиты

Крупные промышленные объекты

Используются для защиты собственных энергосетей в таких отраслях, как:

• Нефтегазовая промышленность
• Горнодобывающая промышленность
• Тяжелая промышленность

Инфраструктурные проекты

Применяются в системах электроснабжения критически важной инфраструктуры, такой как:

• Железнодорожный транспорт
• Крупномасштабные гидроэнергетические проекты
• Другие крупные общественные объекты

5. Методы выбора распределительного устройства

5.1 Определение категории оборудования в соответствии с уровнем напряжения

Первым шагом при выборе распределительного устройства является определение класса напряжения оборудования в соответствии с напряжением системы:

• Напряжение системы ≤1 кВ: Выбрать Низковольтные распределительные устройства (НН).
• Напряжение системы от 1 кВ до 36 кВ: Выбрать Средневольтные распределительные устройства (СН).
• Напряжение системы >36 кВ: Выбрать Высоковольтные распределительные устройства (ВН).

Следует учитывать различия между региональными стандартами.

• Согласно стандартов IEC, диапазон среднего напряжения обычно определяется как 1kV to 52kV.
• Согласно Североамериканские стандарты ANSI, границы могут быть определены на уровне 38kV or 69kV.

Для экспортных проектов необходимо подтвердить применимую версию стандарта в соответствии с требованиями целевого рынка.

5.2 Выбор метода изоляции в зависимости от условий установки

Условия установки являются ключевым фактором при выборе технологии изоляции:

Открытые площадки с достаточным пространством

AIS является экономичным и практичным решением.

Объекты с ограниченным пространством

Примеры:

• Городские подстанции
• Подземные распределительные пункты

GIS обеспечивает значительные преимущества благодаря своей компактной конструкции.

Среды с высокой влажностью, соляным туманом и запыленностью

The конструкция КРУЭ в металлическом корпусе обеспечивает более высокую степень защиты от воздействия окружающей среды.

Проекты с требованиями по охране окружающей среды

Возможные решения включают:

• распределительные устройства среднего напряжения без элегаза (SF₆)
• Решения на базе КРУ с воздушной изоляцией (AIS)

5.3 Определение технических параметров в соответствии с эксплуатационными требованиями

При выборе необходимо подтвердить следующие ключевые технические параметры:

Номинальное напряжение

Максимальное рабочее напряжение оборудования должно быть равным или выше номинального напряжения системы.

Номинальный ток

Допустимая длительная токовая нагрузка при заданных условиях должна быть:

• Выше максимального рабочего тока системы
• Обеспечена соответствующим эксплуатационным запасом

Номинальный ток короткого замыкания

Максимальный ток короткого замыкания, который оборудование может безопасно отключить, должен быть выше максимально возможного тока короткого замыкания в системе.

Номинальный кратковременный выдерживаемый ток

Способность оборудования выдерживать:

• Тепловые воздействия
• Электродинамические силы

в условиях короткого замыкания.

Степень защиты (код IP)

Указывает на способность оборудования к защите от:

• Попадания твердых посторонних предметов
• Проникновения воды

Для наружных распределительных устройств степень защиты обычно составляет не ниже IP54.

5.4 Выбор конструктивного исполнения в соответствии со сценарием применения

Подстанции

Приоритет следует отдавать:

• Высокой надежности
• Низким требованиям к обслуживанию

КРУЭ особенно подходят для городских подстанций.

Промышленное распределение электроэнергии

Распространенные варианты включают:

• Распределительные устройства среднего напряжения в металлической оболочке
• Распределительные устройства в металлическом корпусе

Низковольтные системы должны иметь иерархическую конфигурацию, включающую:

• Главные распределительные щиты
• Фидерные панели
• Центры управления двигателями (MCC)

Проекты возобновляемой энергии

При выборе оборудования следует учитывать адаптивность к:

• Частым коммутационным операциям
• Колебаниям нагрузки
• Внешним условиям окружающей среды

EPC Проектирование "Под Ключ"

Также необходимо обеспечить согласование интерфейсов и релейной защиты между:

• Коммутационное оборудование
• Трансформаторы
• Кабелями
• Прочее вспомогательное оборудование

5.5 Подтверждение требований к сертификации и соответствию стандартам

Для экспортных проектов, предназначенных для различных регионов, распределительное устройство должно соответствовать применимым стандартам и сертификациям:

5.6 Рекомендуемый процесс выбора распределительного устройства

Комплексный процесс выбора может быть выполнен в соответствии со следующими этапами:

Шаг 1: Определение требований

Определение:

• Масштаб проекта
• Требования к электрической нагрузке
• Требования к надежности электроснабжения
• Бюджетные ограничения

Шаг 2: Определение уровня напряжения и типа оборудования

Выбор:

• Низковольтное комплектное устройство
• Распределительное устройство среднего напряжения
• Высоковольтное распределительное устройство

в соответствии с напряжением системы.

Шаг 3: Выбор метода изоляции

Определение:

• AIS
• GIS
• Другие изоляционные решения

на основе:

• Монтажное пространство
• Условия окружающей среды
• Требования по охране окружающей среды

Шаг 4: Подтверждение технических параметров

Проверка ключевых показателей, включая:

• Номинальное напряжение
• Номинальный ток
• Отключающая способность при коротком замыкании

Шаг 5: Определение схемы конфигурации

Определение:

• Схема главных электрических соединений
• Конструкция шкафа
• Система защиты
• Требования к интеллектуальному мониторингу

Шаг 6: Подтверждение соответствия стандартам

Проверьте, соответствует ли продукт:

• Стандартам целевого рынка
• Сертификационным требованиям

Шаг 7: Оценка стоимости жизненного цикла

Учитывайте:

• Первоначальные инвестиции
• Расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание
• Энергопотребление
• Срок службы

Шаг 8: Выбор квалифицированного поставщика

Оценивайте производителей на основе:

• Технической квалификации
• Опыта реализации проектов
• Системы менеджмента качества
• Возможностей послепродажного обслуживания

6. Заключение

Распределительные устройства низкого, среднего и высокого напряжения в совокупности охватывают всю цепь электроснабжения от конечного распределения электроэнергии до систем передачи сверхвысокого напряжения.

Распределительные устройства различных классов напряжения имеют существенные различия в плане:

• Конструктивное проектирование
• Технологии изоляции
• Сценариев применения
• Требований к выбору оборудования

Низковольтное комплектное устройство фокусируется на гибкости и экономической эффективности конечного распределения электроэнергии.
Распределительное устройство среднего напряжения выполняет основные функции управления и защиты в распределительных сетях.
Высоковольтное распределительное устройство служит ключевой гарантией дальней передачи электроэнергии и межсистемных связей.

Основной принцип выбора распределительного устройства заключается в надлежащее соответствие:

• Уровень напряжения должно соответствовать системным требованиям.
• Метод изоляции должен соответствовать условиям установки.
• Технические параметры должны соответствовать условиям эксплуатации.
• Стандарты и сертификация должны соответствовать требованиям целевого рынка.

Только при надлежащем согласовании всех этих факторов выбранное оборудование сможет полностью удовлетворить фактические потребности проекта.

Цзишенг Электрик опирается на многолетний опыт в производстве энергетического оборудования. В ассортимент продукции входят:

• Масляные трансформаторы
• трансформаторы сухого типа
• Трансформаторы на основе аморфного сплава
• Коммутационное оборудование

Продукция может быть адаптирована и изготовлена в соответствии с международными стандартами, включая:

• IEC 62271
• IEC 60076
• GOST

Для целевых рынков, включая Ближнего Востока, Южной Америки, Африки и России, компания Zisheng Electric накопила обширный технический опыт в работе со специфическими условиями эксплуатации, такими как:

• Высокую температуру
• Высокую влажность
• Коррозия в соляном тумане
• Запыленные и песчаные условия

Компания развила соответствующие компетенции в области:

• Влагозащищенное исполнение
• Технологии антикоррозийной защиты
• Решения для высокотемпературных режимов работы

предоставление зарубежным клиентам распределительного оборудования и технических решений, адаптированных к местным условиям окружающей среды.

Zisheng Electric — многолетний опыт в исследованиях и производстве энергетического оборудования.

С продукцией, охватывающей масляные трансформаторы, сухие трансформаторы, трансформаторы из аморфного сплава и распределительные устройства, Zisheng Electric обеспечивает производство по индивидуальному заказу в соответствии с IEC 62271, IEC 60076, ГОСТ и другими международными стандартами, обслуживая клиентов по всему миру Ближнего Востока, Южной Америки, Африки и России.

Для конкретных проектов поддержка в выборе распределительных устройств или решения по распределению электроэнергии, клиенты могут направлять параметры своих проектов через официальные каналы Zisheng Electric для получения профессиональных технических рекомендаций.

О компании ZISHENG ELECTRICAL

Жишэнг является профессиональным производителем с более чем 19-летним опытом масляных трансформаторов, Компактная подстанция, Трансформаторы в пневматических установках, полевые трансформаторы и Сухие трансформаторы. У нас есть сертификаты ISO/CE/IEC 60076 и TUV Rheinland.
Трансформаторы проходят строгие испытания FAT и аттестацию типа, поддерживают настройку напряжения/емкости. Добро пожаловать на консультацию по Каталог и Продукт. вы можете связаться с нами по электронной почте [email protected].