Практическое введение в кольцевую распределительную установку (КРУ) на напряжение 10 кВ

1. Обзор кольцевого распределительного устройства

Полное название RMU — Ring Main Unit, модульное высоковольтное распределительное устройство, широко применяемое в распределительных сетях напряжением 10 кВ.

Ключевые функции включают построение кольцевых схем электроснабжения, осуществление разделения линий, переключение нагрузки и быстрое выделение повреждённых участков, что позволяет существенно повысить стабильность регионального энергоснабжения. Многие путают кольцевые распределительные устройства с кабельными ответвительными коробками. Основное различие заключается в том, что ответвительные коробки предназначены лишь для соединения кабелей и не оснащены коммутационными и защитными элементами, тогда как кольцевые распределительные устройства имеют встроенные нагрузочные выключатели, автоматические выключатели и другие узлы управления и защиты. Они способны самостоятельно осуществлять включение и отключение цепей и обладают встроенной защитой от аварий, что делает их незаменимым базовым оборудованием при модернизации систем автоматизации распределительных сетей.

2. Структура и классификация шкафов

Основные кольцевые распределительные устройства на 10 кВ выполнены по сборно‑модульному принципу и могут комплектоваться различными схемами — например, с двумя вводами и четырьмя выводами либо с двумя вводами и пятью выводами — в зависимости от требований объекта. Каждая цепь питания соответствует отдельному модульному шкафу, которые подразделяются на три функциональные категории:

(1) Узел соединения входного и выходного патрубков кольцевого типа

Он опирается на нагрузочные выключатели, которые принимают электроэнергию от вышестоящих подстанций и соединяются с соседними кольцевыми распределительными устройствами, формируя кольцевую схему питания «рукопожатие». В нормальном режиме в кольцевой цепи предусмотрена точка отключения, что исключает параллельную работу двух источников питания. При возникновении повреждения на линии эта точка может быть замкнута, что позволяет переключить контур электроснабжения и обеспечить бесперебойное питание потребителей, находящихся ниже по цепи.

(2) Блок вывода питающего кабеля

Оснащённый комбинированными устройствами выключатель‑предохранитель или вакуумными выключателями, он распределяет высоковольтное питание напряжением 10 кВ по нижестоящим объектам, включая городские распределительные подстанции, трансформаторы комплектного типа и кабельные ответвительные коробки. В случае коротких замыканий на отходящих линиях предохранители мгновенно срабатывают, а выключатели одновременно отключаются, обеспечивая изолированное отключение повреждённой ветви; при этом остальные цепи продолжают работать в штатном режиме без какого‑либо воздействия.

(3) Блок трансформатора напряжения PT

Он собирает данные об напряжении линии в режиме реального времени. С одной стороны, он обеспечивает питание операционных механизмов шкафа, устройств защиты и терминалов автоматизации; с другой — осуществляет мониторинг напряжения линии и индикацию состояния под напряжением, что позволяет обслуживающему персоналу непосредственно определять наличие напряжения в цепях.

В зависимости от внутреннего изоляционного среды распределительные устройства с кольцевой конфигурацией подразделяются на воздушно‑изолированные и газо‑изолированные с использованием SF6. В газо‑изолированных устройствах с SF6 все токоведущие части и коммутационные аппараты герметично заключены в стальные баки из нержавеющей стали. Такие устройства отличаются компактностью, более высоким уровнем защиты и меньшей вероятностью отказов, поэтому в настоящее время наиболее широко применяются в проектах городских распределительных сетей.

3. Логика реальной работы

Нормальное рабочее состояние

Электроэнергия подаётся от шинной системы напряжением 10 кВ подстанции к соединительному узлу первичного кольцевого распределительного устройства, распределяется по каждому выходному узлу через внутреннюю общую шину и затем передаётся потребителям в окружающем районе. Два соседних кольцевых распределительных устройства соединяются кабелями, образуя кольцевой контур, а предусмотренный на кольцевом участке секционирующий выключатель остаётся разомкнутым, что позволяет исключить потенциальные опасности для безопасности, связанные с параллельным двусторонним питанием.

Процесс обработки сбоев

Если на соединительном кабеле между двумя кольцевыми распределительными устройствами возникает повреждение, выключатели на обоих концах повреждённой линии мгновенно отключаются, чтобы изолировать неисправный участок. Затем открытый ранее соединительный выключатель в кольце замыкается, что позволяет перераспределить путь подачи электроэнергии. В результате отключения питания подвергается лишь небольшой повреждённый участок, а большинство потребителей получают электроснабжение в кратчайшие сроки, что существенно сокращает зону отключения.

4. Основные сценарии применения

Городские центральные деловые районы, больницы, начальные и средние школы, а также другие объекты с высокими требованиями к надёжности электроснабжения — для создания кольцевых сетей электроснабжения;

Различные промышленные парки, обеспечивающие сегментированное управление линиями распределения электроэнергии и точную изоляцию мест повреждений на предприятиях;

Внутренние распределительные помещения электроснабжения напряжением 10 кВ в высотных жилых зданиях и крупных жилых комплексах;

Станции зарядки электротранспорта, серверные помещения и другие объекты, требующие резервного питания по двум независимым цепям для обеспечения непрерывного электроснабжения.

5. Технические условия по эксплуатации, техническому обслуживанию и безопасности на месте установки

Строго соблюдать правила безопасности «пяти защитных блокировок» для распределительных устройств, являющиеся обязательными нормами эксплуатации на объекте: запрещается отключать или включать разъединители под нагрузкой, устанавливать заземляющие провода на токоведущие части оборудования и включать коммутационные аппараты при подключённых заземляющих проводах, чтобы предотвратить несчастные случаи, вызванные ошибочным управлением.

Регулярно контролируйте давление в внутреннем воздушном резервуаре газоизолированных распределительных устройств с использованием SF6 и своевременно пополняйте газ при его недостаточном уровне. Недостаточное давление газа существенно снижает эффективность дугогасящего действия выключателей и легко приводит к возникновению коротких замыканий и разрядных неисправностей.

Кольцевые распределительные устройства могут комплектоваться терминалами автоматизации DTU, обеспечивающими дистанционное измерение параметров, удалённое включение/отключение и дистанционную передачу информации о состоянии оборудования. При возникновении повреждений на линии система способна самостоятельно осуществлять изоляцию повреждённого участка и восстановление электроснабжения без необходимости проведения ручных операций на месте силами обслуживающего персонала.