Ce este o substație electrică? Stații electrice și aparate de distribuție

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-09 14:15

Inginerii electricieni știu ce sunt centralele electrice și substațiile, pentru ce sunt și cum funcționează. Ei știu să-și calculeze puterea și toți parametrii necesari, cum ar fi numărul de spire, secțiunea transversală a firului și dimensiunile circuitului magnetic. Acest lucru este predat studenților din universitățile tehnice și școlile tehnice. Oamenii cu experiență în arte liberale cred că structurile, adesea singure sub formă de case fără ferestre (iubitorii de graffiti adoră să le picteze), sunt necesare pentru a furniza energie caselor și afacerilor și nu ar trebui să fie pătrunse, embleme înspăimântătoare sub formă de de cranii și fulgere vorbesc elocvent despre acest atașat de obiecte periculoase. Poate că mulți nu trebuie să afle mai multe, dar informațiile nu sunt niciodată de prisos.

Un pic de fizică

Electricitatea este o marfă pentru care trebuie să plătiți și este păcat dacă este irosită. Și acest lucru, ca în orice producție, este inevitabil, sarcina este doar de a reduce pierderile inutile. Energia este egală cu puterea înmulțită cu timpul, așa că în raționamentul ulterioară putem opera cu acest concept, decicum timpul curge constant și este imposibil să-l întorci, așa cum spune cântecul. Puterea electrică, într-o aproximare aproximativă, fără a lua în considerare sarcinile reactive, este egală cu produsul dintre tensiune și curent. Dacă o luăm în considerare mai detaliat, cosinusul phi va intra în formulă, care determină raportul dintre energia consumată și componenta sa utilă, numită activă. Dar acest indicator important nu este direct legat de întrebarea de ce este nevoie de o substație. Puterea electrică depinde astfel de cei doi factori principali care contribuie la legile lui Ohm și Joule-Lenz, tensiune și curent. Curentul mic și tensiunea în altă pot produce aceeași putere ca și invers, curent ridicat și tensiune joasă. S-ar părea, care este diferența? Și este și foarte mare.

Încălziți aerul? Foc

Deci, dacă utilizați formula de putere activă, obțineți următoarele:

P=U x I, unde:

U este tensiunea măsurată în Volți;

I este curentul măsurat în Amperi;P este puterea măsurată în Wați sau Volți -Amperi.

Dar mai există o formulă care descrie legea Joule-Lenz deja menționată, conform căreia puterea termică degajată în timpul trecerii curentului este egală cu pătratul mărimii sale, înmulțit cu rezistența conductorului. Încălzirea aerului din jurul liniei electrice înseamnă risipa de energie. Teoretic, aceste pierderi pot fi reduse în două moduri. Prima dintre ele presupune o scădere a rezistenței, adică o îngroșare a firelor. Cu cât secțiunea transversală este mai mare, cu atât rezistența este mai mică șiviceversa. Dar nici nu vreau să irosesc metalul degeaba, este scump, cupru până la urmă. În plus, consumul dublu al materialului conductor va duce nu numai la o creștere a costului, ci și la ponderare, care, la rândul său, va duce la o creștere a complexității instalării liniilor în alte. Iar suporturile vor fi necesare mai puternice. Și pierderile vor fi doar înjumătățite.

Decizie

Pentru a reduce încălzirea firelor în timpul transmisiei de putere, este necesar să reduceți cantitatea de curent care trece. Acest lucru este destul de clar, deoarece înjumătățirea acestuia va duce la o reducere de patru ori a pierderilor. Dacă de zece ori? Dependența este pătratică, ceea ce înseamnă că pierderile vor fi de o sută de ori mai mici! Dar puterea trebuie să fie „swing” la fel, de care are nevoie agregatul de consumatori care o așteaptă la celăl alt capăt al liniei de transport, uneori la sute de kilometri de centrală. Concluzia sugerează că este necesară creșterea tensiunii cu aceeași cantitate cu care se reduce curentul. Stația de transformare de la începutul liniei de transport este proiectată tocmai pentru asta. Firele ies din el sub o tensiune foarte mare, măsurată în zeci de kilovolți. Pe toată distanța care desparte centrala termică, hidrocentrala sau centrala nucleară de localitatea în care este adresată, energia circulă cu un curent mic (relativ). Consumatorul, pe de altă parte, trebuie să primească putere cu parametrii standard dați, care în țara noastră corespund la 220 volți (sau 380 V interfaza). Acum nu avem nevoie de un step-up, ca la intrarea unei linii electrice, ci de o substație descendente. Energia electrică este furnizată dispozitivelor de distribuție, astfel încât luminile să fie aprinse în case șirotoarele mașinilor se învârteau în fabrici.

Ce este în cabină?

Din cele de mai sus, este clar că cea mai importantă parte dintr-o substație este un transformator și, de obicei, unul trifazat. Pot fi mai multe. De exemplu, un transformator trifazat poate fi înlocuit cu trei unul monofazat. Un număr mai mare se poate datora consumului mare de energie. Designul acestui dispozitiv este diferit, dar, în orice caz, are dimensiuni impresionante. Cu cât se acordă mai multă putere consumatorului, cu atât structura arată mai serioasă. Dispozitivul unei substații electrice este însă mai complex și include mai mult decât un simplu transformator. Există, de asemenea, echipamente concepute pentru comutarea și protejarea unei unități scumpe și cel mai adesea pentru răcirea acesteia. Partea electrică a stațiilor și substațiilor conține și tablouri de distribuție dotate cu echipamente de control și măsură.

Transformer

Sarcina principală a acestei structuri este de a transmite energie către consumator. Înainte de trimitere, tensiunea trebuie mărită, iar după primire, coborâtă la nivelul standard.

Cu tot faptul că circuitul unei substații electrice include multe elemente, cel principal este tot un transformator. Nu există nicio diferență fundamentală între dispozitivul acestui produs dintr-o sursă de alimentare convențională a unui aparat de uz casnic și modelele industriale de mare putere. Transformatorul este format din înfășurări (primar și secundar) și un circuit magnetic format dintr-un feromagnet, adică un material (metal) care amplifică câmpul magnetic. Calcula acestui dispozitiv este o sarcină educațională standard pentru un student al unei universități tehnice. Principala diferență dintre transformatorul substației și omologii săi mai puțin puternici, care este vizibilă, pe lângă dimensiune, este prezența unui sistem de răcire, care este un set de conducte de petrol care înconjoară înfășurările încălzite. Proiectarea stațiilor electrice, însă, nu este o sarcină ușoară, deoarece trebuie luați în considerare mulți factori, de la condițiile climatice până la natura sarcinii.

Putere de tracțiune

Nu doar casele și întreprinderile consumă energie electrică. Totul este clar aici, trebuie să aplicați 220 de volți AC în raport cu magistrala neutră sau 380 V între faze la o frecvență de 50 Herți. Dar există și transportul electric urban. Tramvaiele și troleibuzele necesită o tensiune nu alternativă, ci constantă. Și diferit. Ar trebui să existe 750 de volți pe firul de contact al tramvaiului (față de sol, adică șinele), iar troleibuzul are nevoie de zero pe un conductor și 600 de volți CC pe celăl alt, protecțiile de cauciuc pentru roți sunt izolatoare. Aceasta înseamnă că este nevoie de o substație separată foarte puternică. Energia electrică este convertită pe ea, adică este rectificată. Puterea sa este foarte mare, curentul din circuit este măsurat în mii de amperi. Un astfel de dispozitiv se numește dispozitiv ciornă.

Protecție substație

Atât transformatorul, cât și redresorul puternic (în cazul surselor de alimentare cu tracțiune) sunt scumpe. Daca existao situație de urgență, și anume un scurtcircuit, va apărea un curent în circuitul înfășurării secundare (și, în consecință, în cel primar). Aceasta înseamnă că secțiunea transversală a conductorilor nu este calculată. Stația de transformare electrică va începe să se încălzească din cauza generării de căldură rezistivă. Dacă nu este prevăzut un astfel de scenariu, atunci, ca urmare a unui scurtcircuit în oricare dintre liniile periferice, firul de înfășurare se va topi sau arde. Pentru a preveni acest lucru, se folosesc diverse metode. Acestea sunt protecții diferențiale, la gaz și la supracurent.

Diferenţial compară valorile curentului din circuit şi din înfăşurarea secundară. Protecția împotriva gazelor este activată atunci când în aer apar produse de combustie ale izolației, uleiului etc. Protecția curentului oprește transformatorul atunci când curentul depășește valoarea maximă setată.

Stația de transformare ar trebui să se închidă automat și în cazul unui fulger.

Tipuri de substații

Sunt diferite ca putere, scop și dispozitiv. Cele dintre ele care servesc doar la creșterea sau scăderea tensiunii se numesc transformator. Dacă este necesară și o modificare a altor parametri (rectificare sau stabilizare a frecvenței), atunci substația se numește substație de transformare.

În funcție de designul lor arhitectural, substațiile pot fi atașate, încorporate (adiacent instalației principale), intrashop (situate în interiorul unității de producție) sau reprezintă o clădire auxiliară separată. În unele cazuri, când nu este necesară o putere mare (când se organizează sursa de alimentareaşezări mici), se utilizează structura catargului substaţiilor. Uneori, pentru amplasarea transformatorului se folosesc turnuri de transmisie a puterii, pe care sunt montate toate echipamentele necesare (siguranțe, descărcători, deconectatoare etc.).

Rețelele și stațiile electrice sunt clasificate în funcție de tensiune (până la 1000 kV sau mai mult, adică de în altă tensiune) și putere (de exemplu, de la 150 VA la 16 mii kVA).

Conform semnului schematic al conexiunii externe, substațiile sunt împărțite în nod, fund, prin și ramificație.

În interiorul celulei

Spațiul din interiorul stației, în care transformatoarele, barele și echipamentele care asigură funcționarea întregului dispozitiv, se numește cameră. Poate fi împrejmuită sau închisă. Diferența dintre modalitățile de înstrăinare a acestuia de spațiul înconjurător este mică. Camera închisă este o încăpere complet izolată, iar cea împrejmuită este situată în spatele pereților nesolidi (plasă sau zăbrele). Ele sunt realizate, de regulă, de întreprinderi industriale conform modelelor standard. Întreținerea sistemelor de alimentare cu energie electrică este efectuată de personal instruit, cu permisiunea și calificările necesare, confirmate printr-un document oficial privind permisiunea de a lucra pe liniile de în altă tensiune. Supravegherea operațională a funcționării stației este efectuată de un electrician sau inginer electrotehnic de serviciu, situat în apropierea tabloului de distribuție principal, care poate fi situat la distanță de substație.

Distribuție

Există o altă funcție importantă pe care o îndeplinește substația electrică. Energia electrică este distribuită întreconsumatorii conform standardelor lor și, în plus, sarcina celor trei faze ar trebui să fie cât mai uniformă. Pentru ca această sarcină să fie rezolvată cu succes, există dispozitive de distribuție. Aparatul de comutare funcționează la aceeași tensiune și conține dispozitive care efectuează comutarea și protejează liniile de suprasarcină. Aparatul de distribuție este conectat la transformator prin siguranțe și întreruptoare (monopolar, câte unul pentru fiecare fază). Dispozitivele de distribuție în funcție de locație sunt împărțite în deschise (situate în aer liber) și închise (situate în interior).

Siguranță

Toate lucrările efectuate în stația electrică sunt clasificate ca fiind deosebit de riscante, prin urmare, necesită măsuri de urgență pentru asigurarea siguranței muncii. Practic, reparațiile și întreținerea sunt efectuate cu o întrerupere completă sau parțială. După ce tensiunea este deconectată (electricienii spun „înlăturat”), cu condiția ca toate toleranțele necesare să fie la locul lor, barele purtătoare de curent sunt împământate pentru a preveni activarea accidentală. Semnele de avertizare „Oamenii lucrează” și „Nu porniți!” Sunt, de asemenea, destinate acestui lucru. Personalul care deservește stațiile de în altă tensiune este instruit sistematic, iar abilitățile și cunoștințele dobândite sunt monitorizate periodic. Toleranța nr. 4 dă dreptul de a efectua lucrări la instalații electrice peste 1 kV.