Τι είναι ένας ηλεκτρικός υποσταθμός; Ηλεκτρικοί υποσταθμοί και εξοπλισμός διανομής

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-09 14:09

Οι ηλεκτρολόγοι μηχανικοί γνωρίζουν τι είναι οι σταθμοί παραγωγής ενέργειας και οι υποσταθμοί, σε τι χρησιμεύουν και πώς λειτουργούν. Γνωρίζουν πώς να υπολογίζουν την ισχύ τους και όλες τις απαραίτητες παραμέτρους, όπως τον αριθμό των στροφών, τη διατομή του σύρματος και τις διαστάσεις του μαγνητικού κυκλώματος. Αυτό διδάσκεται σε μαθητές των τεχνικών πανεπιστημίων και των τεχνικών σχολών. Άτομα με φιλελεύθερο υπόβαθρο τεχνών μαντεύουν ότι οι κατασκευές, που συχνά στέκονται μόνες τους με τη μορφή σπιτιών χωρίς παράθυρα (οι λάτρεις του γκράφιτι λατρεύουν να τα ζωγραφίζουν), χρειάζονται για την παροχή ρεύματος σε σπίτια και επιχειρήσεις και δεν πρέπει να διεισδύσουν σε αυτά, τρομακτικά εμβλήματα στη μορφή των κρανίων και των κεραυνών μιλούν εύγλωττα για αυτό προσκολλημένο σε επικίνδυνα αντικείμενα. Ίσως πολλοί δεν χρειάζεται να ξέρουν περισσότερα, αλλά οι πληροφορίες δεν είναι ποτέ περιττές.

Λίγη φυσική

Η ηλεκτρική ενέργεια είναι ένα εμπόρευμα για το οποίο πρέπει να πληρώσεις και είναι κρίμα αν σπαταληθεί. Και αυτό, όπως σε κάθε παραγωγή, είναι αναπόφευκτο, το καθήκον είναι μόνο να μειωθούν οι περιττές απώλειες. Η ενέργεια είναι ίση με την ισχύ πολλαπλασιαζόμενη με το χρόνο, οπότε σε περαιτέρω συλλογισμό μπορούμε να λειτουργήσουμε με αυτήν την έννοια, έτσιπώς ο χρόνος κυλά συνεχώς, και είναι αδύνατο να τον γυρίσεις πίσω, όπως λέει και το τραγούδι. Η ηλεκτρική ισχύς, σε χονδρική προσέγγιση, χωρίς να λαμβάνονται υπόψη τα άεργα φορτία, είναι ίση με το γινόμενο της τάσης και του ρεύματος. Αν το εξετάσουμε λεπτομερέστερα, το συνημίτονο phi θα μπει στον τύπο, ο οποίος καθορίζει την αναλογία της ενέργειας που καταναλώνεται με το χρήσιμο συστατικό του, που ονομάζεται ενεργό. Αλλά αυτός ο σημαντικός δείκτης δεν σχετίζεται άμεσα με το ερώτημα γιατί χρειάζεται ένας υποσταθμός. Επομένως, η ηλεκτρική ισχύς εξαρτάται από τους δύο βασικούς συντελεστές στους νόμους του Ohm και του Joule-Lenz, την τάση και το ρεύμα. Μικρό ρεύμα και υψηλή τάση μπορούν να παράγουν την ίδια ισχύ με το αντίστροφο, υψηλό ρεύμα και χαμηλή τάση. Φαίνεται, ποια είναι η διαφορά; Και είναι, και πολύ μεγάλο.

Θέρμανση του αέρα; Φωτιά

Έτσι, εάν χρησιμοποιείτε τον τύπο ενεργού ισχύος, λαμβάνετε τα εξής:

P=U x I, όπου:

U είναι η τάση που μετράται σε Volt;

I μετριέται σε Amps;P είναι η ισχύς που μετράται σε Watt ή Volt -Αμπέρ.

Αλλά υπάρχει ένας άλλος τύπος που περιγράφει τον ήδη αναφερόμενο νόμο Joule-Lenz, σύμφωνα με τον οποίο η θερμική ισχύς που απελευθερώνεται κατά τη διέλευση του ρεύματος είναι ίση με το τετράγωνο του μεγέθους του, πολλαπλασιαζόμενη με την αντίσταση του αγωγού. Η θέρμανση του αέρα γύρω από τη γραμμή ηλεκτρικής ενέργειας σημαίνει σπατάλη ενέργειας. Θεωρητικά, αυτές οι απώλειες μπορούν να μειωθούν με δύο τρόπους. Το πρώτο από αυτά συνεπάγεται μείωση της αντίστασης, δηλαδή πάχυνση των συρμάτων. Όσο μεγαλύτερη είναι η διατομή, τόσο μικρότερη είναι η αντίσταση καιαντίστροφα. Αλλά επίσης δεν θέλω να σπαταλήσω το μέταλλο μάταια, είναι ακριβό, τελικά ο χαλκός. Επιπλέον, η διπλή κατανάλωση του υλικού αγωγού θα οδηγήσει όχι μόνο σε αύξηση του κόστους, αλλά και σε στάθμιση, η οποία, με τη σειρά της, θα οδηγήσει σε αύξηση της πολυπλοκότητας της εγκατάστασης γραμμών υψηλής ανόδου. Και τα στηρίγματα θα απαιτηθούν πιο ισχυρά. Και οι απώλειες θα μειωθούν μόνο στο μισό.

Απόφαση

Για να μειώσετε τη θέρμανση των καλωδίων κατά τη μετάδοση ρεύματος, είναι απαραίτητο να μειώσετε την ποσότητα του ρεύματος που διέρχεται. Αυτό είναι ξεκάθαρο, γιατί η μείωση του κατά το ήμισυ θα οδηγήσει σε τετραπλάσια μείωση των απωλειών. Κι αν δέκα φορές; Η εξάρτηση είναι τετραγωνική, που σημαίνει ότι οι απώλειες θα είναι εκατό φορές λιγότερες! Αλλά η ισχύς πρέπει να «ταλαντεύεται» το ίδιο, κάτι που χρειάζεται το σύνολο των καταναλωτών που το περιμένουν στην άλλη άκρη της γραμμής μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, μερικές φορές εκατοντάδες χιλιόμετρα από το εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας. Το συμπέρασμα υποδηλώνει από μόνο του ότι είναι απαραίτητο να αυξηθεί η τάση κατά το ίδιο ποσό που μειώνεται το ρεύμα. Ο υποσταθμός μετασχηματιστή στην αρχή της γραμμής μεταφοράς έχει σχεδιαστεί ακριβώς για αυτό. Τα καλώδια βγαίνουν από αυτό υπό μια πολύ υψηλή τάση, μετρημένη σε δεκάδες κιλοβολτ. Σε όλη την απόσταση που χωρίζει τον θερμοηλεκτρικό σταθμό, τον υδροηλεκτρικό σταθμό ή τον πυρηνικό σταθμό ηλεκτροπαραγωγής από την τοποθεσία όπου απευθύνεται, η ενέργεια ταξιδεύει με μικρό (σχετικά) ρεύμα. Ο καταναλωτής, από την άλλη, χρειάζεται να λαμβάνει ρεύμα με τις δεδομένες τυπικές παραμέτρους, οι οποίες στη χώρα μας αντιστοιχούν σε 220 βολτ (ή ενδιάμεση φάση 380 V). Τώρα δεν χρειαζόμαστε ένα βήμα προς τα πάνω, όπως στην είσοδο μιας γραμμής τροφοδοσίας, αλλά έναν υποσταθμό που οδηγεί προς τα κάτω. Η ηλεκτρική ενέργεια παρέχεται στις συσκευές διανομής έτσι ώστε τα φώτα να είναι αναμμένα στα σπίτια καιρότορες μηχανής περιστρέφονταν στα εργοστάσια.

Τι υπάρχει στο περίπτερο;

Από τα παραπάνω, είναι σαφές ότι το πιο σημαντικό μέρος σε έναν υποσταθμό είναι ένας μετασχηματιστής, και συνήθως ένας τριφασικός. Μπορεί να υπάρχουν αρκετές. Για παράδειγμα, ένας τριφασικός μετασχηματιστής μπορεί να αντικατασταθεί από τρεις μονοφασικούς. Ένας μεγαλύτερος αριθμός μπορεί να οφείλεται στην υψηλή κατανάλωση ενέργειας. Ο σχεδιασμός αυτής της συσκευής είναι διαφορετικός, αλλά σε κάθε περίπτωση, έχει εντυπωσιακές διαστάσεις. Όσο περισσότερη δύναμη δίνεται στον καταναλωτή, τόσο πιο σοβαρή φαίνεται η δομή. Η διάταξη ενός ηλεκτρικού υποσταθμού, ωστόσο, είναι πιο περίπλοκη και περιλαμβάνει περισσότερα από έναν απλό μετασχηματιστή. Υπάρχει επίσης εξοπλισμός σχεδιασμένος για την εναλλαγή και την προστασία μιας ακριβής μονάδας και πιο συχνά για την ψύξη της. Το ηλεκτρικό μέρος των σταθμών και των υποσταθμών περιλαμβάνει επίσης πίνακες διανομής εξοπλισμένους με εξοπλισμό ελέγχου και μέτρησης.

Transformer

Το κύριο καθήκον αυτής της δομής είναι να μεταφέρει ενέργεια στον καταναλωτή. Πριν από την αποστολή, η τάση πρέπει να αυξηθεί και μετά τη λήψη της να μειωθεί στο τυπικό επίπεδο.

Με όλο το γεγονός ότι το κύκλωμα ενός ηλεκτρικού υποσταθμού περιλαμβάνει πολλά στοιχεία, το κύριο εξακολουθεί να είναι ένας μετασχηματιστής. Δεν υπάρχει θεμελιώδης διαφορά μεταξύ της συσκευής αυτού του προϊόντος σε ένα συμβατικό τροφοδοτικό μιας οικιακής συσκευής και των βιομηχανικών σχεδίων υψηλής ισχύος. Ο μετασχηματιστής αποτελείται από περιελίξεις (πρωτεύουσες και δευτερεύουσες) και ένα μαγνητικό κύκλωμα κατασκευασμένο από σιδηρομαγνήτη, δηλαδή ένα υλικό (μέταλλο) που ενισχύει το μαγνητικό πεδίο. Υπολογισμόςαυτής της συσκευής είναι ένα αρκετά τυπικό εκπαιδευτικό έργο για έναν φοιτητή ενός τεχνικού πανεπιστημίου. Η κύρια διαφορά μεταξύ του μετασχηματιστή υποσταθμού και των λιγότερο ισχυρών ομολόγων του, η οποία είναι εμφανής, εκτός από το μέγεθος, είναι η παρουσία ενός συστήματος ψύξης, το οποίο είναι ένα σύνολο αγωγών πετρελαίου που περικυκλώνουν τις θερμαινόμενες περιελίξεις. Ο σχεδιασμός ηλεκτρικών υποσταθμών, ωστόσο, δεν είναι εύκολη υπόθεση, καθώς πρέπει να ληφθούν υπόψη πολλοί παράγοντες, από τις κλιματικές συνθήκες έως τη φύση του φορτίου.

Ελκτική ισχύ

Δεν είναι μόνο τα σπίτια και οι επιχειρήσεις που καταναλώνουν ηλεκτρική ενέργεια. Όλα είναι ξεκάθαρα εδώ, πρέπει να εφαρμόσετε 220 βολτ AC σε σχέση με τον ουδέτερο δίαυλο ή 380 V μεταξύ των φάσεων σε συχνότητα 50 Hertz. Υπάρχουν όμως και αστικές ηλεκτρικές συγκοινωνίες. Τα τραμ και τα τρόλεϊ απαιτούν τάση όχι εναλλασσόμενη, αλλά σταθερή. Και διαφορετικά. Θα πρέπει να υπάρχουν 750 Volt στο καλώδιο επαφής του τραμ (σε σχέση με το έδαφος, δηλαδή τις ράγες) και το τρόλεϊ χρειάζεται μηδέν στον έναν αγωγό και 600 Volt DC στον άλλο, τα προστατευτικά ελαστικών τροχών είναι μονωτές. Αυτό σημαίνει ότι χρειάζεται ένας ξεχωριστός πολύ ισχυρός υποσταθμός. Η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε αυτό, δηλαδή διορθώνεται. Η ισχύς του είναι πολύ μεγάλη, το ρεύμα στο κύκλωμα μετριέται σε χιλιάδες αμπέρ. Μια τέτοια συσκευή ονομάζεται πρόχειρη συσκευή.

Προστασία υποσταθμού

Τόσο ο μετασχηματιστής όσο και ο ισχυρός ανορθωτής (στην περίπτωση των τροφοδοτικών έλξης) είναι ακριβοί. Αν υπάρχειμια κατάσταση έκτακτης ανάγκης, δηλαδή ένα βραχυκύκλωμα, θα εμφανιστεί ένα ρεύμα στο δευτερεύον κύκλωμα περιέλιξης (και, κατά συνέπεια, στο πρωτεύον). Αυτό σημαίνει ότι η διατομή των αγωγών δεν υπολογίζεται. Ο υποσταθμός ηλεκτρικού μετασχηματιστή θα αρχίσει να θερμαίνεται λόγω της παραγωγής θερμότητας με αντίσταση. Εάν δεν προβλέπεται ένα τέτοιο σενάριο, τότε ως αποτέλεσμα βραχυκυκλώματος σε οποιαδήποτε από τις περιφερειακές γραμμές, το καλώδιο περιέλιξης θα λιώσει ή θα καεί. Για να μην συμβεί αυτό, χρησιμοποιούνται διάφορες μέθοδοι. Αυτές είναι προστασίες διαφορικού, αερίου και υπερέντασης.

Το Το διαφορικό συγκρίνει τις τιμές ρεύματος στο κύκλωμα και τη δευτερεύουσα περιέλιξη. Η προστασία αερίου ενεργοποιείται όταν εμφανίζονται στον αέρα προϊόντα καύσης μόνωσης, λαδιού κ.λπ. Η προστασία ρεύματος απενεργοποιεί τον μετασχηματιστή όταν το ρεύμα υπερβαίνει τη μέγιστη καθορισμένη τιμή.

Ο υποσταθμός μετασχηματιστή θα πρέπει να σβήσει αυτόματα και σε περίπτωση κεραυνού.

Τύποι υποσταθμών

Διαφέρουν σε ισχύ, σκοπό και συσκευή. Αυτοί από αυτούς που χρησιμεύουν μόνο για την αύξηση ή τη μείωση της τάσης ονομάζονται μετασχηματιστές. Εάν απαιτείται επίσης αλλαγή σε άλλες παραμέτρους (διόρθωση ή σταθεροποίηση συχνότητας), τότε ο υποσταθμός ονομάζεται υποσταθμός μετασχηματισμού.

Σύμφωνα με τον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό τους, οι υποσταθμοί μπορούν να είναι προσαρτημένοι, εντοιχισμένοι (δίπλα στην κύρια εγκατάσταση), intrashop (βρίσκονται εντός της εγκατάστασης παραγωγής) ή αντιπροσωπεύουν ένα ξεχωριστό βοηθητικό κτίριο. Σε ορισμένες περιπτώσεις, όταν δεν απαιτείται υψηλή ισχύς (κατά την οργάνωση της παροχής ρεύματοςμικροί οικισμοί), χρησιμοποιείται η δομή ιστού των υποσταθμών. Μερικές φορές χρησιμοποιούνται πύργοι μετάδοσης ισχύος για την τοποθέτηση του μετασχηματιστή, στον οποίο είναι τοποθετημένος όλος ο απαραίτητος εξοπλισμός (ασφάλειες, απαγωγείς, αποζεύκτες κ.λπ.).

Τα ηλεκτρικά δίκτυα και οι υποσταθμοί ταξινομούνται ανά τάση (έως 1000 kV ή περισσότερο, δηλαδή υψηλή τάση) και ισχύ (για παράδειγμα, από 150 VA έως 16 χιλιάδες kVA).

Σύμφωνα με το σχηματικό πρόσημο της εξωτερικής σύνδεσης, οι υποσταθμοί χωρίζονται σε κομβικούς, αδιέξοδους, διέλευσης και διακλαδώσεις.

Μέσα στο κελί

Ο χώρος εντός του υποσταθμού, στον οποίο βρίσκονται οι μετασχηματιστές, οι ζυγοί και ο εξοπλισμός που εξασφαλίζει τη λειτουργία ολόκληρης της συσκευής, ονομάζεται θάλαμος. Μπορεί να είναι περιφραγμένο ή κλειστό. Η διαφορά μεταξύ των τρόπων αποξένωσής του από τον περιβάλλοντα χώρο είναι μικρή. Ο κλειστός θάλαμος είναι ένα εντελώς απομονωμένο δωμάτιο και ο περιφραγμένος βρίσκεται πίσω από μη συμπαγείς (δικτυωτούς ή δικτυωτούς) τοίχους. Κατασκευάζονται, κατά κανόνα, από βιομηχανικές επιχειρήσεις σύμφωνα με τυποποιημένα σχέδια. Η συντήρηση των συστημάτων τροφοδοσίας πραγματοποιείται από εκπαιδευμένο προσωπικό με άδεια και τα απαραίτητα προσόντα, επιβεβαιωμένα από επίσημο έγγραφο σχετικά με την άδεια εργασίας σε γραμμές υψηλής τάσης. Η λειτουργική επίβλεψη της λειτουργίας του υποσταθμού πραγματοποιείται από ηλεκτρολόγο ή ηλεκτρολόγο μηχανικό που βρίσκεται κοντά στον κεντρικό πίνακα διανομής, ο οποίος μπορεί να βρίσκεται σε απόσταση από τον υποσταθμό.

Διανομή

Υπάρχει μια άλλη σημαντική λειτουργία που εκτελεί ο υποσταθμός ισχύος. Η ηλεκτρική ενέργεια κατανέμεται μεταξύοι καταναλωτές σύμφωνα με τα πρότυπά τους, και επιπλέον, το φορτίο των τριών φάσεων θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο ομοιόμορφο. Για να επιλυθεί με επιτυχία αυτή η εργασία, υπάρχουν συσκευές διανομής. Ο πίνακας διακοπτών λειτουργεί με την ίδια τάση και περιέχει συσκευές που εκτελούν μεταγωγή και προστατεύουν τις γραμμές από υπερφόρτωση. Ο πίνακας διακοπτών συνδέεται με τον μετασχηματιστή με ασφάλειες και διακόπτες (μονοπολικοί, ένας για κάθε φάση). Οι συσκευές διανομής ανάλογα με την τοποθεσία χωρίζονται σε ανοιχτές (βρίσκονται στην ύπαιθρο) και κλειστές (βρίσκονται σε εσωτερικούς χώρους).

Ασφάλεια

Όλες οι εργασίες που εκτελούνται στον ηλεκτρικό υποσταθμό ταξινομούνται ως ιδιαίτερα επικίνδυνες, επομένως απαιτούν έκτακτα μέτρα για τη διασφάλιση της ασφάλειας της εργασίας. Βασικά, οι επισκευές και οι συντηρήσεις γίνονται με πλήρη ή μερική συσκότιση. Μετά την αποσύνδεση της τάσης (οι ηλεκτρολόγοι λένε "αφαιρέθηκε"), με την προϋπόθεση ότι υπάρχουν όλες οι απαραίτητες ανοχές, οι ράβδοι που μεταφέρουν ρεύμα γειώνονται για να αποφευχθεί η τυχαία ενεργοποίηση. Οι προειδοποιητικές πινακίδες "Οι άνθρωποι εργάζονται" και "Μην ανάβετε!" Προορίζονται επίσης για αυτό. Το προσωπικό που εξυπηρετεί τους υποσταθμούς υψηλής τάσης εκπαιδεύεται συστηματικά και οι δεξιότητες και οι γνώσεις που αποκτήθηκαν παρακολουθούνται περιοδικά. Η ανοχή Νο. 4 δίνει το δικαίωμα εκτέλεσης εργασιών σε ηλεκτρικές εγκαταστάσεις άνω του 1 kV.