Co to jest podstacja elektryczna? Podstacje elektryczne i rozdzielnice

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-09 14:14

Inżynierowie elektrycy wiedzą, czym są elektrownie i podstacje, do czego służą i jak działają. Wiedzą, jak obliczyć swoją moc i wszystkie niezbędne parametry, takie jak liczba zwojów, przekrój drutu i wymiary obwodu magnetycznego. Tego uczy się studentów uczelni technicznych i szkół technicznych. Osoby wyzwolone domyślają się, że konstrukcje, często stojące samotnie w postaci domów bez okien (miłośnicy graffiti, uwielbiają je malować), są potrzebne do zasilania domów i firm i nie należy ich penetrować, przerażające emblematy w postaci czaszki i błyskawice mówią wymownie o tym dołączonym do niebezpiecznych przedmiotów. Być może wielu nie musi wiedzieć więcej, ale informacje nigdy nie są zbyteczne.

Trochę fizyki

Elektryczność jest towarem, za który trzeba płacić i szkoda, że się marnuje. A to, jak w każdej produkcji, jest nieuniknione, zadaniem jest jedynie ograniczenie zbędnych strat. Energia jest równa mocy pomnożonej przez czas, więc w dalszym rozumowaniu możemy operować tym pojęciem, więcjak czas płynie nieustannie i nie można go cofnąć, jak mówi piosenka. Moc elektryczna, w przybliżeniu, bez uwzględnienia obciążeń biernych, jest iloczynem napięcia i prądu. Jeśli rozważymy to bardziej szczegółowo, cosinus phi wejdzie do wzoru, który określa stosunek zużytej energii do jej użytecznego składnika, zwanego aktywnym. Ale ten ważny wskaźnik nie jest bezpośrednio związany z pytaniem, dlaczego potrzebna jest podstacja. Moc elektryczna zatem zależy od dwóch głównych czynników wpływających na prawa Ohma i Joule-Lenza, napięcia i prądu. Mały prąd i wysokie napięcie mogą wytwarzać taką samą moc jak na odwrót, wysoki prąd i niskie napięcie. Wydawałoby się, jaka jest różnica? I jest, i to bardzo duże.

Podgrzewać powietrze? Pożar

Tak więc, jeśli użyjesz formuły mocy czynnej, otrzymasz następujące informacje:

P=U x I, gdzie:

U to napięcie mierzone w woltach;

I to prąd mierzony w amperach;P to moc mierzona w watach lub woltach -Amps.

Ale istnieje inny wzór opisujący wspomniane już prawo Joule'a-Lenza, zgodnie z którym moc cieplna uwalniana podczas przepływu prądu jest równa kwadratowi jej wielkości pomnożonej przez rezystancję przewodnika. Ogrzewanie powietrza wokół linii energetycznej oznacza marnowanie energii. Teoretycznie straty te można zmniejszyć na dwa sposoby. Pierwsza z nich polega na zmniejszeniu rezystancji, czyli pogrubieniu drutów. Im większy przekrój, tym mniejszy opór inawzajem. Ale też nie chcę marnować metalu na próżno, jest drogi, w końcu miedź. Ponadto podwójne zużycie materiału przewodzącego doprowadzi nie tylko do wzrostu kosztów, ale także do ważenia, co z kolei doprowadzi do zwiększenia złożoności instalacji linii wysokościowych. A podpory będą potrzebne mocniejsze. A straty zostaną zmniejszone tylko o połowę.

Decyzja

Aby zmniejszyć nagrzewanie się przewodów podczas przesyłania energii, konieczne jest zmniejszenie ilości przepływającego prądu. Jest to dość jasne, ponieważ zmniejszenie o połowę doprowadzi do czterokrotnego zmniejszenia strat. A jeśli dziesięć razy? Zależność jest kwadratowa, co oznacza, że straty będą sto razy mniejsze! Ale moc musi „huśtać się” tym samym, czego potrzebuje skupisko odbiorców oczekujących na nią na drugim końcu linii elektroenergetycznej, czasami setki kilometrów od elektrowni. Wniosek nasuwa się sam, że konieczne jest zwiększenie napięcia o taką samą wartość, jak zmniejsza się prąd. Podstacja transformatorowa na początku linii przesyłowej jest przeznaczona właśnie do tego. Wychodzą z niego przewody pod bardzo wysokim napięciem, mierzonym w dziesiątkach kilowoltów. Na odcinku dzielącym elektrownię cieplną, hydroelektrownię lub elektrownię jądrową od miejscowości, do której jest adresowana, energia przemieszcza się z niewielkim (względnie) prądem. Z drugiej strony konsument musi otrzymać moc o podanych standardowych parametrach, które w naszym kraju odpowiadają 220 woltom (lub interfazie 380 V). Teraz nie potrzebujemy podwyższenia, jak na wejściu linii energetycznej, ale podstacji obniżającej napięcie. Energia elektryczna jest dostarczana do urządzeń dystrybucyjnych, dzięki czemu w domach pali się światło, orazwirniki maszyn wirowały w fabrykach.

Co jest w budce?

Z powyższego jasno wynika, że najważniejszą częścią podstacji jest transformator, zwykle trójfazowy. Może być ich kilka. Na przykład transformator trójfazowy można zastąpić trzema jednofazowymi. Większa liczba może wynikać z dużego zużycia energii. Konstrukcja tego urządzenia jest inna, ale w każdym razie ma imponujące wymiary. Im więcej mocy oddaje się konsumentowi, tym poważniej wygląda konstrukcja. Urządzenie podstacji elektrycznej jest jednak bardziej złożone i zawiera coś więcej niż tylko transformator. Istnieje również sprzęt przeznaczony do przełączania i ochrony drogiego urządzenia, a najczęściej do jego chłodzenia. W części elektrycznej stacji i podstacji znajdują się również rozdzielnice wyposażone w aparaturę kontrolno-pomiarową.

Transformator

Głównym zadaniem tej struktury jest dostarczenie energii do konsumenta. Przed wysłaniem napięcie należy zwiększyć, a po odebraniu obniżyć do standardowego poziomu.

Zważywszy na to, że obwód podstacji elektrycznej zawiera wiele elementów, głównym z nich jest nadal transformator. Nie ma zasadniczej różnicy między urządzeniem tego produktu w konwencjonalnym zasilaniu sprzętu AGD a konstrukcjami przemysłowymi dużej mocy. Transformator składa się z uzwojeń (pierwotnego i wtórnego) oraz obwodu magnetycznego wykonanego z ferromagnesu, czyli materiału (metalu) wzmacniającego pole magnetyczne. Obliczenietego urządzenia jest dość standardowym zadaniem edukacyjnym dla studenta uczelni technicznej. Główną różnicą między transformatorem podstacyjnym a jego słabszymi odpowiednikami, rzucającą się w oczy, poza rozmiarami, jest obecność układu chłodzenia, czyli zestawu rurociągów naftowych otaczających nagrzewane uzwojenia. Projektowanie podstacji elektrycznych nie jest jednak łatwym zadaniem, ponieważ należy wziąć pod uwagę wiele czynników, od warunków klimatycznych po charakter obciążenia.

Siła pociągowa

Nie tylko domy i firmy zużywają energię elektryczną. Tutaj wszystko jest jasne, musisz zastosować 220 woltów prądu przemiennego w stosunku do szyny neutralnej lub 380 V między fazami przy częstotliwości 50 Hz. Ale jest też miejski transport elektryczny. Tramwaje i trolejbusy wymagają napięcia nie zmiennego, ale stałego. I inne. Na przewodzie jezdnym tramwaju powinno być 750 V (w stosunku do ziemi, czyli szyn), a trolejbus potrzebuje zero na jednym przewodzie i 600 V DC na drugim, gumowe ochraniacze kół są izolatorami. Oznacza to, że potrzebna jest oddzielna, bardzo wydajna podstacja. Energia elektryczna jest na nim przekształcana, to znaczy jest prostowana. Jego moc jest bardzo duża, prąd w obwodzie mierzony jest w tysiącach amperów. Takie urządzenie nazywa się urządzeniem roboczym.

Ochrona podstacji

Zarówno transformator, jak i potężny prostownik (w przypadku zasilania trakcyjnego) są drogie. Jeśli jestw sytuacji awaryjnej, czyli zwarcia, w obwodzie uzwojenia wtórnego (a co za tym idzie w obwodzie pierwotnym) pojawi się prąd. Oznacza to, że przekrój przewodów nie jest obliczany. Podstacja transformatorowa zacznie się nagrzewać z powodu rezystancyjnego wytwarzania ciepła. Jeśli taki scenariusz nie jest przewidziany, to w wyniku zwarcia w którejkolwiek z linii obwodowych drut nawojowy stopi się lub spali. Aby temu zapobiec, stosuje się różne metody. Są to zabezpieczenia różnicowe, gazowe i nadprądowe.

Differential porównuje wartości prądu w obwodzie i uzwojeniu wtórnym. Ochrona gazowa jest aktywowana, gdy w powietrzu pojawiają się produkty spalania izolacji, oleju itp. Zabezpieczenie prądowe wyłącza transformator, gdy prąd przekroczy maksymalną ustawioną wartość.

Podstacja transformatorowa powinna automatycznie wyłączyć się również w przypadku uderzenia pioruna.

Rodzaje podstacji

Różnią się one mocą, przeznaczeniem i urządzeniem. Te z nich, które służą tylko do zwiększania lub zmniejszania napięcia, nazywane są transformatorami. Jeżeli wymagana jest również zmiana innych parametrów (prostowanie lub stabilizacja częstotliwości), wówczas podstację nazywamy podstacją transformatorową.

Zgodnie z ich projektem architektonicznym, podstacje mogą być dołączone, wbudowane (w sąsiedztwie głównego obiektu), wewnątrzzakładowe (umieszczone wewnątrz obiektu produkcyjnego) lub stanowić oddzielny budynek pomocniczy. W niektórych przypadkach, gdy nie jest wymagana duża moc (przy organizacji zasilania)małe osiedla), wykorzystywana jest konstrukcja masztów podstacji. Czasami do umieszczenia transformatora wykorzystuje się wieże przesyłowe, na których zamontowane są wszystkie niezbędne urządzenia (bezpieczniki, ograniczniki, odłączniki itp.).

Sieci i podstacje elektryczne są klasyfikowane według napięcia (do 1000 kV lub więcej, czyli wysokiego napięcia) i mocy (na przykład od 150 VA do 16 tys. kVA).

Zgodnie ze schematem połączenia zewnętrznego, podstacje dzielą się na węzłowe, ślepe zaułki, przelotowe i rozgałęzione.

Wewnątrz komórki

Przestrzeń wewnątrz podstacji, w której znajdują się transformatory, szyny zbiorcze i osprzęt zapewniający pracę całego urządzenia, nazywana jest komorą. Może być ogrodzony lub zamknięty. Różnica między sposobami wyobcowania go z otaczającej przestrzeni jest niewielka. Zamknięta komora jest całkowicie odizolowanym pomieszczeniem, a ogrodzona znajduje się za niesolidnymi (siatowymi lub kratowymi) ścianami. Są one z reguły wykonywane przez przedsiębiorstwa przemysłowe według standardowych projektów. Konserwację systemów zasilania przeprowadza przeszkolony personel posiadający uprawnienia i niezbędne kwalifikacje, potwierdzone oficjalnym dokumentem o dopuszczeniu do pracy na liniach wysokiego napięcia. Nadzór eksploatacyjny nad pracą podstacji sprawuje dyżurny elektryk lub energetyk zlokalizowany w pobliżu rozdzielnicy głównej, która może być zlokalizowana z dala od podstacji.

Dystrybucja

Istnieje jeszcze jedna ważna funkcja, którą spełnia podstacja energetyczna. Energia elektryczna jest rozprowadzana międzyodbiorcy zgodnie z ich normami, a ponadto obciążenie trzech faz powinno być jak najbardziej równomierne. Aby to zadanie zostało pomyślnie rozwiązane, istnieją urządzenia dystrybucyjne. Rozdzielnica pracuje pod tym samym napięciem i zawiera urządzenia wykonujące przełączanie i zabezpieczające linie przed przeciążeniem. Rozdzielnica jest połączona z transformatorem za pomocą bezpieczników i wyłączników (jednobiegunowych, po jednym dla każdej fazy). Urządzenia dystrybucyjne w zależności od lokalizacji dzielą się na otwarte (znajdujące się na wolnym powietrzu) i zamknięte (znajdujące się w pomieszczeniach).

Bezpieczeństwo

Wszystkie prace wykonywane w stacji elektroenergetycznej są klasyfikowane jako szczególnie ryzykowne, dlatego wymagają podjęcia działań awaryjnych w celu zapewnienia bezpieczeństwa pracy. Zasadniczo naprawy i konserwacje są przeprowadzane przy całkowitym lub częściowym zaciemnieniu. Po odłączeniu napięcia (elektrycy mówią „usunięte”), pod warunkiem zachowania wszystkich niezbędnych tolerancji, szyny przewodzące prąd są uziemione, aby zapobiec przypadkowej aktywacji. Do tego służą również znaki ostrzegawcze „Ludzie pracują” i „Nie włączaj!”. Personel obsługujący podstacje wysokiego napięcia jest systematycznie szkolony, a umiejętności i zdobyta wiedza są okresowo monitorowane. Tolerancja nr 4 daje prawo do wykonywania prac przy instalacjach elektrycznych powyżej 1 kV.