Понятие фидера в электрике и его роль в электроэнергетике

Что такое фидер в электрике?

Название термина произошло от английского слова «feeder», которое имеет несколько вариантов перевода. Из них наиболее близкий к энергетической области – «вспомогательная линия», что как нельзя лучше, описывает назначение электрического фидера. Это, пожалуй, единственное четкое определение данного термина в энергетике, поскольку в нормативных документах оно не фигурирует.

Такое положение вызывает некоторую путаницу даже в среде профессионалов, поскольку под этим термином может подразумеваться как ЛЭП, от которой запитаны основные узлы подстанций (см. рис. 1), так и линии между трансформаторами и определенными выключателями. Также, в некоторых случаях, под это понятие попадают кабельные сети и воздушные линии с классом напряжения 6,0-10,0 кВ.

Фидеры на рисунке отмечены красным

Обратим внимание, что с учетом перевода слова «feeder», такое выражение как «фидерные линии» будет восприниматься как тавтология, поэтому лучше от него воздержаться.

Происхождение термина

Одним из участков в электрической сети является проводное соединение, которое с одного конца связано с шинами подстанции. По сути, оно питает электроэнергией ту часть электрической сети, которая соединена с другим концом этого соединения. В английском языке такое действие называется feed. Соответственно, непосредственный исполнитель оного будет называться feeder. А термин «фидер» — это уже на русском языке. Получается так, что с одного конца фидера расположена подстанция, а с другой стороны довольно много прочих элементов и электрических цепей.

К шинам подстанции фидер присоединен через выключатель F (см. изображение далее). С другой стороны также необходим выключатель, который является частью распределительной сети. Для всего участка сети, который начинается от выключателя F и распространяется вправо на изображении, показанном далее, может применяться определение «фидер» в широком понимании этого термина. Однако непосредственно фидером является электрический соединитель, связанный с выключателем F и выключателем подстанции ТП-1.

Что такое фидер

В этом более узком понимании термин «фидер» в электроэнергетике наиболее часто применяется в кабельных сетях. Например, могут быть такие сообщения:

• Фидер поврежден. Следовательно, неисправность появилась именно в самом проводнике (фидере) между выключателями F и на подстанции ТП-1. Этот участок называется головным.
• Когда говорится о том, что фидер отключался, или появилось повреждение в фидерной сети в таком-то кабеле. То есть это повреждение возникло за пределами головного участка.

А в широком понимании —

• когда упоминается отключение фидера, означающее, что выключатель F сработал и прекращено электроснабжение фидерной сети, состоящей из подстанций, питаемых этим фидером.
• При упоминании снятия нагрузки фидера с подстанции, что означает снятие нагрузки всей фидерной сети с подстанции.

Виды

Учитывая, что у данного термина несколько определений, то классификацию разумно проводить по области применения, перечислим их:

1. Радиотехника (радиофидер). В данной области под фидером подразумеваются линии, по которым передается радиочастотный сигнал от антенного устройства к приемнику, а также обеспечивается связь между передатчиком и антенной. В данной области также можно встретить следующие термины:

• высокочастотный фидер (коаксиальный кабель);
• фидерный кабель (тоже значение, что и выше);
• фидерный мост (конструкция для кабельной магистрали от антенного комплекса до технического помещения).

1. Производство электроники. Иногда ввод питания на станках ЧПУ называют фидерным вводом. В данном случае имеет место некорректного перевода технической документации к оборудованию, но данный термин прижился и часто используется.
2. Среди рыболовного снаряжения есть фидерная оснастка.
3. Снаряжение для пейнтбола. Данный термин применяется к механизму подачи шариков в маркер, а также контейнеру, где они размещаются.
4. Энергетика. Здесь не все так определенно, поэтому
5. Как уже описывалось выше, в энергетике нет четкого определения термину фидер, поэтому классификация возможна только исходя из практического применения.

Открытые фидеры

Они чаще встречаются в сфере радиотехники и энергетики. Здесь можно увидеть два варианта, каждый со своими особенностями на линии.

• Коаксиальный кабель, у которого сохраняется необходимое волновое сопротивление.

В комплект входят дополнительно разветвители и соединители, фильтры и другие устройства, упрощающие само соединение. Приёмно-передающие устройства благодаря таким кабелям подключаются к антеннам, после чего сигнал переходит от одной части системы к другой.

• Высоковольтные со своим питанием.

От одного преобразующего устройства участок сети идёт к другому. В процессе передачи используется и разнообразное вспомогательное оборудование. Это могут быть электрические шкафы с соответствующим оснащением, понижающие трансформаторы и предохранители, разъединители, автоматические защитные устройства.

Закрытые фидеры

Это отдельная группа фидеров, чаще всего применяется при обустройстве тяговых сетей электротранспорта. Используются так называемые воздушные питающие сети, при обустройстве которых тоже надо учитывать некоторые моменты.

1. Подключение к подстанции и электричеству выполняется за счёт основного фидера.
2. При помощи фидера обратного тока цепь замыкается.
3. Кроме самой линии комплект дополняется специальной защитной аппаратурой. Это касается и резервной автоматики, снимающей напряжение.

Такие тяговые сети являются сложными элементами с конструктивной точки зрения. Тому есть несколько причин:

• Протяжённость контактной сети, отвечающей за электроснабжение.
• Присутствие на линии нескольких единиц контактного состава.
• Отличные режимы работы каждого из компонентов.

Для обесточивания участков приходится время от времени отключать конкретные линии и детали. Это необходимо для грамотного обслуживания и ремонтных работ.

Расширенное количество приспособления для контроля и защиты требуется, чтобы работа системы была стабильнее. Тогда можно не волноваться о количестве поступающей электроэнергии.

Принцип действия и классификация

Что такое фидер в электроэнергетике. Его часто путают с распределителем, ведь тот тоже передаёт энергию от генерирующей станции (или подстанции) к точкам потребления электроэнергии. Однако фидер не выполняет промежуточный контроль, поэтому значения силы тока остаются одинаковыми как на отправляющей, так и на принимающей стороне.

В зависимости от условий эксплуатации фидеры подразделяют на следующие группы:

• Промышленные;
• Для применения в сельском хозяйстве;
• Бытовые (осветительные).

В последних случаях линия  рассчитывается на напряжение 220 В (для остальных видов — на 220 и 380 В).

Последовательность функционирования фидера определяется его назначением. Фидерная линия является частью электрической распределительной сети. Электрическая схема в здании, которая передает энергию от трансформатора или иного подобного устройства к распределительной панели, представлена на рисунке 1. Различные потребители подключаются к шинам с целью  подачи различных нагрузок: силовых и/или осветительных.

Проводники распределительных питающих линий выходят ​​от автоматического выключателя (или устройства повторного включения цепи подстанции) через подземные кабели, называемые выходными.  Таким образом, фидер в электрике является частью системы распределения энергии от первичных устройств к вторичным. Как следует из рисунка 1, после передачи энергии по линии она достигает  подстанции, где напряжение сети может уменьшиться, в зависимости от мощности и количества потребителей.

Откуда берет начало фидер?

В общем, под фидером понимается прочная кабельная линия, при помощи которой осуществляется подключение оборудования к действующей подстанции. Фидером называются линии, питающие потребителей, идущие от ячеек подстанции.

На практике возникает множество спорных моментов о том, какую часть линий питания называть фидерами. Подпадает под это определение вся линия в целом либо начальный участок, доходящий до первой подстанции с трансформатором? Вообще под это понятие подпадает вся сеть, подведенная к общему выключателю подстанции. В более узком смысле этот термин трактуется так: фидером является лишь головная часть кабеля, идущая от главного выключателя до первого трансформатора. Подобный узкий термин применим лишь для кабельных сетей. Узкое понятие используется при повреждении этого участка сети.

Электрики при этом понимают, что поврежден тот участок кабеля, который идет от первого выключателя до первой подстанции. При внезапном отключении этой части кабеля также используется этот термин.
Более широкое определение используется лишь в случаях полного отключения фидера. Это значит, что отключены полностью выключатель и трансформаторы, питающиеся от него. В ином случае подобный термин употребим в момент снятия нагрузки фидера с действующей подстанции. Как правило, это означает полное снятие нагрузки действующей фидерной сети с главной подстанции.

Фидеры в электрике проектируются на основе токонесущей способности проводников, а их расчёты производятся по известным значениям падения напряжения и длительности линии (максимально — до 12…15 км).

В состав линии включают не все проводники. Те из них, которые находятся между точкой обслуживания и устройствами, предназначенными для отключения потребителя, являются служебными проводниками. Тут применяются специальные правила обслуживания, поскольку они не имеют заземляющих устройств и других защитных приспособлений (кроме тех, которые предусмотрены на первичной стороне вторичного трансформатора).

Фидер для электрика далеко не всегда представляет собой любое внутреннее разветвление, поскольку разветвлённая цепь включает в себя проводники между конечным устройством максимального тока, защищающим цепь, и розеткой (независимо от того, на какой ток рассчитана арматура).

Фидер на подстанции

Приведем практический пример, который поможет понять, как данный термин рассматривается в электроэнергетике. Для этой цели рассмотрим фрагмент схемы подстанции, приведенный ниже.

Фрагмент схемы подстанции

В данном, примере под определение фидер попадает вся цепь с распределительными устройствами, подключенная к ячейке подстанции Ф101, то есть участки, обозначенные на схеме, как А и В. В тоже время этим термином можно назвать линию, подающую питания на сеть распределительных устройств (А). В этом случае участок В будет рассматриваться в качестве сети фидера 101.

Если требуется снять нагрузку с определенного фидера то, отключается выключатель конкретной фидерной ячейки. Когда речь идет о повреждении фидера, то под этим подразумевается авария на линии питания распределительной сети (участок B).

С одной стороны это позволяет точно идентифицировать участок или линию, с другой, вносится путаница. Например, под отключением фидера можно понять как отключение кабеля от ячейки, так и главного выключателя сети (B), в последнем случае линия подвода питания останется под напряжением. Практикуемая сейчас идентификация линий по номерам исключает такую ошибку. Что касается термина «фидер», то он употребляется все реже.

Использование фидеров на практике

Практическое использование воздушных или кабельных линий электропередач дает возможность ответить на вопрос, что такое фидер в электроэнергетике. К этому понятию, обычно, относятся линии с напряжением от 6 до 10 киловольт. Линии электропередачи являются одним из основных компонентов электрических сетей.

Они представляют собой систему энергетического оборудования, с помощью которой осуществляется передача электрической энергии. Ее движущей силой является электрический ток. Эти линии, как составная часть системы, как правило, выходят за пределы подстанции. Линии электропередачи бывают кабельными и воздушными. Их строительство является сложной задачей, включающей проектные работы, производственные, монтажные и пусконаладочные работы, а также их последующее обслуживание.

Составляющие

Что такое фидер в электрике. Поскольку он является  главным проводником, то от него питание подается к основному центру нагрузки и далее на распределитель (обычно трёхфазный, четырёхпроводной). Далее нагрузка поступает  в обслуживающую сеть, к которой уже подсоединены непосредственные потребители

Фидеры в электрике проектируются на основе токонесущей способности проводников, а их расчёты производятся по известным значениям падения напряжения и длительности линии (максимально — до 12…15 км).

В состав линии включают не все проводники. Те из них, которые находятся между точкой обслуживания и устройствами, предназначенными для отключения потребителя,  являются служебными проводниками. Тут применяются специальные правила обслуживания, поскольку они не имеют заземляющих устройств и других защитных приспособлений (кроме тех, которые предусмотрены на первичной стороне вторичного трансформатора).

Фидер для электрика далеко не всегда представляет собой любое внутреннее разветвление, поскольку разветвлённая цепь включает в себя проводники между конечным устройством максимального тока, защищающим цепь, и розеткой (независимо от того, на какой ток рассчитана арматура).

Что показали исследования

В результате был получен норматив отчетных потерь электроэнергии. Для его оценки использовались как электрическая мощность, так и процентное отображение. Данные о потерях во всех фидерах были просуммированы и легли в основу построения графиков, представленных далее. В этих графиках отображено:

• преобладание потерь электроэнергии холостого хода трансформаторов над нагрузочными потерями;
• уменьшение доли технических потерь с ростом пропускной характеристики фидера на фоне незначительного изменения потерь холостого хода трансформаторов;
• норматив потерь возрастает, если на холостом ходу в трансформаторах в силу их конструктивных особенностей существуют существенные потери холостого хода, приводящие к увеличению суммарных технических потерь.

Далее на графиках на оси абсцисс отображается загрузка сети, а по оси ординат — основные потери.

Таблица 1
Динамика изменения составляющих технических потерь ЭЭ
Динамика изменения составляющих потерь в трансформаторах
Динамика изменения нормативов потерь ЭЭ

Изучение потоков электроэнергии через фидеры позволяет построить показанные выше графики и сделать такие выводы:

• С увеличением потока электроэнергии через фидер (его головной участок) увеличиваются нагрузочные потери, как и общая нагрузка сети. При этом норматив потерь электроэнергии своей большей частью складывается из суммарных технических ее потерь.
• Изменение норматива в основном зависит от потерь в проводах и кабелях, а не от нагрузочных потерь в трансформаторах.

Зачем нужен фидер

Самый наглядный пример — работа тяговых подстанций, за счёт которых функционирует электрический транспорт. В любой сфере главным назначением остаётся передача электроэнергии от источника к потребителю. Потребители бывают разными:

• Распределяющие устройства.
• Подстанции.
• Понижающие трансформаторы.

Фидерную автоматику также устанавливают для защиты от всевозможных перегрузок внутри сети. Обязательно используют приспособления, обеспечивающие дополнительную защиту. Предусмотрена не только основная, но и дополнительная защита. Она нужна, чтобы линия нормально отключилась даже в случае короткого замыкания. На тяговых подстанциях устанавливают большую часть оборудования, фидер обеспечивает максимальную безопасность.

Как отображается фидерная линия на схеме

В качестве примера можно рассмотреть часть схемы высоковольтной подстанции, состоящую из трансформатора 154/6кВ Т1 и понижающих трансформаторных подстанций ТП1-ТП3, состоящих из секций шин и не указанных на схеме трансформаторов 6/0,4кВ. Это поможет понять, что такое фидер в электрике.

На данной схеме фидером являются все цепи, присоединённые к ячейке Ф1. Это участки схемы электроснабжения, обозначенные буквами «А» и «В».

Допускается так же считать фидером только цепи, питающие подстанции ТП1-ТП3. На схеме этот участок имеет обозначение «В» и является сетью фидера Ф1.

При необходимости произвести отключение данного участка, то для этого отключается соответствующий выключатель в ячейке. Например, для отключения фидера «В» необходимо отключить выключатель в ячейке Ф1. Если говорят, что повреждён фидер, то при этом подразумевается авария на всём участке «В».

Использование этого термина позволяет указать на участок цепи, но при этом не указывает на место повреждения. Это может быть одна из кабельных линий, разъединитель или выключатель, находящиеся на одной линии.

Для того чтобы избежать путаницы, понятием «фидер» пользуются только в разговорах, а в документах применяются буквенно-цифровая маркировка элементов электросхем.

Фидер у электриков

У работников подстанций, как и у представителей многих других профессий, есть свой «язык», малопонятный простым смертным. Для того чтобы эти выражения были понятны обычным людям, их необходимо расшифровать:

1. Фидер. В его цепи могут находиться самые разные устройства — масляные выключатели, разъединители, кабеля, воздушные линии, системы контроля и автоматики.
2. Отключился третий фидер или произошло аварийное отключение Ф-3. Это выражение используется при аварийном отключении сети из-за срабатывания систем защиты.
3. Повреждён третий фидер. Фраза используется при срабатывании защиты из-за повреждения линии или выключателей.
4. Повреждение в сети фидера или в фидерной сети. Выражение применяется после уточнения места аварии и дополняется указанием неисправного элемента.
5. Отключился фидер. Это значит, что аварийно остался без питания понижающий трансформатор и подключённые к нему потребители. На некоторых производствах есть возможность переключения на другие схемы электропитания, но для жилых домов эта возможность обычно отсутствует.
6. Повреждён Ваш фидер. Так электрики говорят владельцам частных или жителям многоквартирных домов. Чаще всего это значит, что повреждёна сеть на участке от столба линии электропередач до вводного автомата или рубильника. Это может быть обрыв кабеля, окислиться клеммы или место подключения на столбе или в водном щитке.

Понятие «фидер» и другие, с ним связанные определения, удобны для указания на определённую часть сети. Недостаток этого термина в том, что он указывает сразу на несколько элементов схемы, объединённых общей функцией.

Это может привести к разногласиях в понимании причин и места аварии оперативно-ремонтным персоналом. Такое недопонимание является опасным для рабочих, занятых устранением неисправности, поэтому во время решения практических задач целесообразнее пользоваться официальной терминологией, в которой термин «фидер» отсутствует.

Как идентифицировать фидерную линию

При наличии фидеров, питаемых от разных систем напряжения, каждый незаземлённый проводник должен быть установлен по фазе или линии на всей её длине: от точки подключения до точки сращивания.

Идентификация не заземлённых проводников системы переменного тока может осуществляться с помощью цветовой маркировки, маркировки ленты или других утвержденных средств.

Красный цвет разрешается использовать для не заземлённого проводника положительной полярности, а черный цвет — для проводника отрицательной полярности.

За исключением систем повышенной мощности и изолированных систем электропитания, для идентификации не заземлённых проводников переменного тока используют оранжевый цвет. Он разграничивает верхнюю часть четырёх-проводной системы, соединенной треугольником, где заземлена средняя точка однофазной обмотки, от остальной части сети.

Если в тех же помещениях присутствует система высокого напряжения (более 220 В), то для маркировки обычных фидерных проводников следует использовать коричневый, оранжевый и жёлтый цвет (смотреть рисунок 4). Маркировочные ленты или другие средства идентификации фидера используются также для различения участков с разными напряжениями.

Цепи ко всем устройствам, которые требуют электропитания, запускаются от предохранителей или автоматических выключателей.

В фидерных цепях используются более толстые кабели, которые проходят от главной входной панели к меньшим распределительным панелям — щитам, являющимися центрами нагрузки.

Эти щиты расположены в удаленных частях дома или в хозяйственных постройках, они также используются для перераспределения энергии, например, в гаражах или паркингах.

Типы фидерных линий

Требования к расчету нагрузок на ответвления, обслуживание и фидер разграничены относительно следующих категорий потребителей:

• Электроприборы;
• Нагрузки общего назначения;
• Индивидуальные;
• Многопроводные.

Нагрузки общего освещения, и на разветвленные цепи небольших приборов рассчитываются одинаково. При стандартном методе расчёта нагрузки, когда имеется четыре или более закреплённых на месте потребителя, допустимо применять коэффициент спроса 75 %. При использовании дополнительного метода коэффициент спроса 100 % применяют только к стационарным потребителям. В паспортную таблицу включают все приборы, которые постоянно подключены или находятся в определенной цепи.

Внешнее устройство фидера, рассчитанного на напряжение 380 В, приведено на рисунке 5, а общий вид фидерного распределительного щита — на рисунке .

Рисунок 5. Общий вид фидерной линии повышенного напряжения

Рисунок  Общий вид монтажно-распределительного щита для фидера

Как определить нагрузку на фидер

В новых домах прокладываются преимущественно трёхфазные линии, рассчитанные на напряжение  220-240 В переменного тока. При этом все схемы в доме, которые проходят от главной входной панели или от других небольших панелей к различным точкам использования, являются ответвительными цепями, использующими только две основные шины.

Предохранители или прерыватели рассчитывают на токовую нагрузку 15 или 25 А.

15-амперные ответвления идут к потолочным светильникам и настенным розеткам в помещениях, где устанавливаются менее энергоемкие устройства, а 20-амперные цепи подводят к розеткам на кухне или в столовой, где используются более мощные приборы.

Считается, что 15-амперная схема может обрабатывать в общей сложности 1800 Вт, в то время как 20-амперная схема выдерживает до 2400 Вт. Эти пределы установлены для цепей с полной нагрузкой, на практике же мощность ограничивается до 1440 Вт и 1920 Вт соответственно.

Для определения нагрузки на цепь суммируют индивидуальную мощность для всех подключённых потребителей. При расчете нагрузки в каждой ответвленной цепи учитывают устройства с приводом от двигателя, которые потребляют больший ток момент запуска.

Практическое применение

Электромонтёры на подстанции используют этот термин в таких случаях:

1. Аварийное выключение высоковольтного выключателя (масляного или вакуумного), отключающего питание первичных обмоток всех понижающих трансформаторов. При передаче смены или описании ситуации электрики говорят, что сработала защита фидера №…
2. Повреждение кабеля, идущего от фидера к трансформатору. В этом случае говорят, что повреждение на линии фидера №…

В этих ситуациях фидер – это часть вводной электросхемы подстанции.

Фидером или фидерной линией называют также линию, идущую от одной подстанции к следующей, а так же распределительный узел. Поэтому термины “фидер”, “ЛЭП” и “магистраль” являются взаимозаменяемыми.

Этим термином пользуются не только практикующие электрики. Его применяют так же проектировщики систем электроснабжения. В этом случае фидер – это кабель или воздушная линия, соединяющая два распредузла или распределительное устройство и понижающий трансформатор или другое устройство.

И всё-таки, что такое фидер в электрике? Это линия, идущая от одного распредустройства к следующему по цепи или от разъединителя к потребителю.

Она может быть воздушной, кабельной или системой, но для того, чтобы называться фидером линия должна подавать питание от одного аппарата к другому. Цепи, которые служат для включения трансформаторов или секций шин в параллельную работу фидерными линиями не называют.

В качестве примера можно привести систему электроснабжения проводного электротранспорта. Это потребители большой мощности, подключённые к собственной понижающей подстанции.

В данном случае термин “фидер” применяется по отношению к кабельной или воздушной линии, соединяющей трансформатор и контактные провода или, в метро, шины. Соединительные цепи кроме кабелей включают в себя выключатели, разъединители, защитные реле и другую сигнальную аппаратуру.