Щит ЩСН (щит собственных нужд): что это такое в электрике, устройство, назначение, принцип работы

В сложной иерархии систем электроснабжения подстанций и промышленных предприятий существует особый класс распределительных устройств, обеспечивающих работу критически важного вспомогательного оборудования. Таким устройством является Щит ЩСН. 

Если вы задавались вопросами: «что такое щсн», «как расшифровывается» или «каково назначение шкафа собственных нужд», то этот подробный материал даст вам исчерпывающие ответы на эти вопросы. Мы глубоко изучим тему, рассмотрим внутреннее устройство щита ЩСН, его состав и принцип работы, а также разберем вопросы проектирования, монтажа и обслуживания этих важных устройств. 

Что такое ЩСН: расшифровка и базовые понятия

Начнем с самого главного — как расшифровать ЩСН. Эта аббревиатура означает Щит собственных нужд. В профессиональной среде энергетиков часто используются термины «щит собственных нужд подстанции», «шкаф собственных нужд». Вообщем  это комплексное распределительное устройство, предназначенное для питания систем и оборудования, обеспечивающих нормальное функционирование основного технологического оборудования подстанции или промышленного объекта.

Если говорить простыми словами, то ЩСН представьте себе «систему жизнеобеспечения» для электрической подстанции или крупного промышленного объекта. Пока основное оборудование (трансформаторы, выключатели, линии электропередачи) передает большие мощности, щит обеспечивает питание всех вспомогательных систем, которые делают эту передачу возможной и безопасной: системы охлаждения, управления, защиты, освещения, вентиляции, обогрева и многие другие. Без надежной работы шкафа функционирование всего объекта становится невозможным, что может привести к масштабным авариям и перерывам в электроснабжении потребителей.

Назначение щита ЩСН: ключевые функции и задачи

Назначение ЩСН включает в себя широкий спектр функций, обеспечивающих надежную и безопасную работу основного оборудования:

• Питание систем охлаждения. Одна из основных функций ЩСН — обеспечение работы систем охлаждения силовых трансформаторов (маслонасосы, вентиляторы принудительного охлаждения), выпрямительных установок и другого теплонагруженного оборудования.

• Обеспечение работы систем управления. Шкаф ЩСН питает цепи управления высоковольтными выключателями, разъединителями, устройствами РЗА (релейной защиты и автоматики), системами телемеханики и АСУ ТП.

• Питание систем оперативного тока. Через шкафы ЩСН осуществляется питание цепей оперативного постоянного и переменного тока, которые используются для работы защитных реле, автоматики и систем сигнализации.

• Обеспечение работы систем вентиляции и кондиционирования. ЩСН питает системы климат-контроля в закрытых распределительных устройствах (ЗРУ), машзалах, помещениях с электронным оборудованием.

• Питание систем освещения. Через щит ЩСН осуществляется питание рабочего, аварийного и ремонтного освещения территории подстанции, производственных помещений, ОПУ (освещение постоянного света) и ОАО (освещение аварийное общее).

• Обеспечение работы систем обогрева. Шкаф ЩСН питает системы обогрева приводов выключателей, систем КИП (контрольно-измерительных приборов), обогрев трубопроводов и других критически важных элементов.

• Питание систем связи и телемеханики. Через ЩСН осуществляется питание оборудования связи, систем передачи данных, устройств телемеханики и систем коммерческого учета электроэнергии.

• Резервное питание критических нагрузок. В состав ЩСН обычно входят системы АВР (автоматического ввода резерва) для обеспечения бесперебойного питания наиболее ответственных потребителей.

Устройство щита ЩСН: подробный разбор компонентов

Устройство щита ЩСН представляет собой сложную инженерную систему, состоящую из множества компонентов. Чтобы понять из чего состоит щит ЩСН, рассмотрим его основные элементы:

Силовая часть:

• Вводные автоматические выключатели — для подключения основных и резервных источников питания

• Вводные рубильники с предохранителями — для коммутации цепей собственных нужд

• Линейные автоматические выключатели — для защиты отходящих линий к потребителям

• Контакторы и магнитные пускатели — для дистанционного управления мощными нагрузками

• Силовые шины и клеммники для подключения кабелей

• Предохранители силовые — дополнительная защита цепей

Система управления и автоматики:

• Реле контроля напряжения (РКН) — для контроля качества электроэнергии

• Реле времени и таймеры — для задания выдержек времени при включениях/отключениях

• Промежуточные реле — для усиления сигналов управления и гальванической развязки

• Реле защиты от перенапряжений и перегрузок

• Контроллеры управления — в современных микропроцессорных системах (ПЛК, микропроцессорные устройства)

Система АВР (автоматического ввода резерва):

• Контрольные реле для основных и резервных вводов

• Реле приоритета — для определения очередности использования источников

• Механическая блокировка между вводами

• Сигнальные реле состояния системы АВР

Система учета и измерений:

• Счетчики электроэнергии — для учета расхода электроэнергии на собственные нужды

• Трансформаторы тока — для измерения токов в цепях

• Измерительные преобразователи напряжения и тока

• Цифровые измерительные приборы — в современных системах

Система сигнализации и мониторинга:

• Световая сигнализация (светодиоды, лампы) — визуальное отображение состояния системы

• Звуковая сигнализация — оповещение о авариях и режимах работы

• Дисплеи и индикаторы — отображение параметров сети и состояния системы

• Устройства регистрации аварийных событий

Вспомогательные системы:

• Источники оперативного тока — выпрямительные устройства, зарядно-подзарядные агрегаты

• Система обогрева и вентиляции самого щита

• Система освещения щита

• Защитные устройства от перенапряжений

Принцип работы шкафа собственных нужд: как функционирует система

Принцип работы ЩСН основан на надежном распределении электроэнергии от источников питания к потребителям собственных нужд с обеспечением необходимого уровня резервирования и автоматизации. Рассмотрим принцип работы шкафа собственных нужд более подробно:

Нормальный режим работы:

В штатной ситуации щит ЩСН получает питание от основного источника — обычно это шины 0,4 кВ главного распределительного щита (ГРЩ) подстанции или от собственного трансформатора собственных нужд (ТСН), подключенного к шинам 6-10 кВ. Все потребители распределены по группам в соответствии с их назначением и категорией надежности:

• Ответственные потребители I категории (системы охлаждения трансформаторов, цепи управления выключателями, системы РЗА) получают питание через систему АВР с автоматическим переходом на резервный источник

• Потребители II категории (основное освещение, вентиляция, обогрев) имеют одностороннее резервирование

• Потребители III категории (вспомогательное освещение, ремонтные розетки) не имеют резервного питания

Режим перехода на резервное питание:

При исчезновении напряжения на основном вводе система АВР ЩСН выполняет автоматическое переключение:

• Фиксация исчезновения напряжения — реле контроля напряжения основного ввода фиксирует аварию

• Выдержка времени — система выжидает установленное время для исключения ложных срабатываний

• Отключение основного ввода — отключается автоматический выключатель основного ввода

• Включение резервного ввода — после проверки наличия напряжения на резервном источнике включается соответствующий автомат

• Контроль выполнения переключения — система проверяет успешность операции

• Сигнализация — оперативный персонал получает сигнал о переключении на резерв

Режим восстановления основного питания:

После восстановления напряжения на основном источнике и его стабилизации:

• Автоматическое или ручное возвращение — в зависимости от настроек системы

• Контроль стабильности основного источника

• Переключение нагрузки на основной источник

• Отключение резервного источника

• Подготовка резерва к следующему использованию

Типы и классификация щитов ЩСН

Щиты ЩСН классифицируются по различным признакам:

По назначению и месту установки:

• ЩСН подстанций — для электрических подстанций различных классов напряжения

• ЩСН промышленных предприятий — для обеспечения нужд производственных цехов

• ЩСН генераторных установок — для собственных нужд электростанций

• ЩСН специального назначения — для объектов с особыми требованиями

По категории надежности:

• ЩСН с полным резервированием — для особо ответственных объектов

• ЩСН с частичным резервированием — для объектов I и II категории надежности

• ЩСН без резервирования — для объектов III категории

По роду тока:

• ЩСН переменного тока — для питания большинства потребителей

• ЩСН постоянного тока — для питания цепей управления, защиты и сигнализации

• Комбинированные ЩСН — включающие оба рода тока

По напряжению:

• ЩСН на 380/220В — наиболее распространенный вариант

• ЩСН на 6/0,4кВ — с трансформаторами собственных нужд

• ЩСН на специальные напряжения — для конкретных применений

По конструкции:

• ЩСН в металлических шкафах — навесного или напольного исполнения

• ЩСН в виде панелей — для установки в специальных помещениях

• Модульные ЩСН — сборные конструкции из унифицированных модулей

Области применения щитов ЩСН

Щиты ЩСН находят широкое применение в различных сферах:

Электрические подстанции:

• Подстанции 35-750 кВ различных типов (ТП, РП, ПС, КТП)

• Закрытые распределительные устройства (ЗРУ)

• Комплектные трансформаторные подстанции (КТП)

• Распределительные пункты (РП)

источник: freepik.com / автор: wirestock

Промышленные предприятия:

• Металлургические заводы

• Химические производства

• Машиностроительные предприятия

• Нефтеперерабатывающие заводы

 источник: freepik.com / автор: freepik

Электростанции:

• Тепловые электростанции (ТЭС)

• Гидроэлектростанции (ГЭС)

• Атомные электростанции (АЭС)

• Газотурбинные установки

источник: freepik.com / автор: freepik

Объекты инфраструктуры:

• Насосные станции водоснабжения

• Очистные сооружения

• Вентиляционные установки метрополитена

• Лифтовые хозяйства высотных зданий

источник: freepik.com / автор: fanjianhua

Специальные объекты:

• Объекты связи и передачи данных

• Научно-исследовательские центры

• Медицинские учреждения с сложным оборудованием

• Военные и стратегические объекты

источник: freepik.com / автор: pvproductions

Проектирование и монтаж щитов ЩСН

Проектирование щитов ЩСН — сложный процесс, требующий учета множества факторов:

• Этап 1: Анализ потребителей и категорирование

Составляется полный перечень потребителей собственных нужд с определением их мощности, категории надежности и особенностей работы.

• Этап 2: Выбор источников питания

Определяется количество и мощность источников питания, разрабатывается схема резервирования, выбираются трансформаторы собственных нужд.

• Этап 3: Расчет электрических нагрузок

Производится расчет рабочих токов, выбор сечений кабелей, номиналов защитных аппаратов, проверка по потере напряжения.

• Этап 4: Разработка принципиальной схемы

Создается подробная электрическая схема ЩСН с указанием всех компонентов, защит, блокировок и систем сигнализации.

• Этап 5: Выбор оборудования

Подбираются автоматические выключатели, реле, приборы учета, системы управления в соответствии с расчетными параметрами и требованиями надежности.

• Этап 6: Компоновка щита

Разрабатывается оптимальное расположение оборудования в шкафу с учетом удобства обслуживания, ремонта и требований безопасности.

• Этап 7: Монтаж и пуско-наладка

Выполняется установка щита, подключение кабелей, наладка защит, испытания и сдача в эксплуатацию.

Заключение

Щит ЩСН — это сложное и важное устройство, обеспечивающее надежное функционирование всех вспомогательных систем подстанций и промышленных предприятий. Понимание устройства щита ЩСН, его назначения и принципа работы необходимо для проектировщиков, монтажников и эксплуатационного персонала. Современные щиты ЩСН представляют собой высокотехнологичные системы, сочетающие в себе функции распределения, защиты, управления и мониторинга.

Правильный выбор, грамотное проектирование и качественный монтаж щита ЩСН являются залогом надежной и безопасной работы всего объекта. 

Компания «НТК Приборэнерго» предлагает профессиональные услуги по проектированию и производству щитов ЩСН любой сложности. Мы гарантируем соответствие всей продукции требованиям нормативных документов и индивидуальным потребностям заказчика. 

С развитием технологий эти устройства становятся все более интеллектуальными, обеспечивая не только базовые функции распределения электроэнергии, но и возможности для оптимизации энергопотребления, дистанционного управления и интеграции в комплексные системы управления объектом. Инвестиции в качественную систему ЩСН — это инвестиции в надежность и бесперебойность работы всего предприятия, что в современных условиях становится критически важным фактором успешной эксплуатации любого энергоемкого объекта.