Какво е електрическа подстанция? Електрически подстанции и разпределителни уреди

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-09 14:07

Електроинженерите знаят какво представляват електроцентралите и подстанциите, за какво служат и как работят. Те знаят как да изчислят мощността си и всички необходими параметри, като броя на завоите, напречното сечение на проводника и размерите на магнитната верига. Това се преподава на студенти в технически университети и технически училища. Хората с образование в областта на либералните изкуства предполагат, че структури, често стоящи сами под формата на къщи без прозорци (любителите на графити обичат да ги рисуват), са необходими за захранване на домовете и бизнеса и те не трябва да бъдат прониквани, плашещи емблеми във формата от черепи и светкавици красноречиво говорят за това прикрепени към опасни предмети. Може би мнозина нямат нужда да знаят повече, но информацията никога не е излишна.

Малко физика

Електричеството е стока, за която трябва да плащате и е жалко, ако е пропиляно. И това, както във всяко производство, е неизбежно, задачата е само да се намалят ненужните загуби. Енергията е равна на мощността, умножена по време, така че в по-нататъшни разсъждения можем да оперираме с тази концепция, т.екак времето тече непрекъснато и е невъзможно да се върне назад, както се казва в песента. Електрическата мощност, в грубо приближение, без да се вземат предвид реактивните товари, е равна на произведението на напрежението и тока. Ако го разгледаме по-подробно, косинусът phi ще влезе във формулата, която определя съотношението на консумираната енергия с нейния полезен компонент, наречен активен. Но този важен показател не е пряко свързан с въпроса защо е необходима подстанция. Следователно електрическата мощност зависи от двата основни фактора, които допринасят за законите на Ом и Джоул-Ленц, напрежение и ток. Малкият ток и високото напрежение могат да произведат същата мощност като обратното, висок ток и ниско напрежение. Изглежда, каква е разликата? И е, и то много голямо.

Загряване на въздуха? Огън

Така че, ако използвате формулата за активна мощност, получавате следното:

P=U x I, където:

U е напрежение, измерено във волтове;

I е ток, измерен в ампери;P е мощност, измерена във ватове или волт -Amps.

Но има друга формула, която описва вече споменатия закон на Джоул-Ленц, според който топлинната мощност, отделена при преминаване на тока, е равна на квадрата на неговата величина, умножена по съпротивлението на проводника. Нагряването на въздуха около електропровода означава загуба на енергия. Теоретично тези загуби могат да бъдат намалени по два начина. Първият от тях включва намаляване на съпротивлението, тоест удебеляване на проводниците. Колкото по-голямо е напречното сечение, толкова по-ниско е съпротивлението иобратно. Но също така не искам да хабя метал напразно, той е скъп, все пак мед. В допълнение, двойното потребление на проводящия материал ще доведе не само до увеличаване на разходите, но и до претегляне, което от своя страна ще доведе до увеличаване на сложността на инсталирането на високи линии. И опорите ще се изискват по-мощни. И загубите ще бъдат само наполовина.

Решение

За да се намали нагряването на проводниците по време на предаване на мощност, е необходимо да се намали количеството на преминаващия ток. Това е съвсем ясно, защото преполовяването му ще доведе до четирикратно намаляване на загубите. Ами ако десет пъти? Зависимостта е квадратична, което означава, че загубите ще бъдат сто пъти по-малки! Но мощността трябва да се "люлее" същото, което е необходимо на съвкупността от консуматори, които я чакат в другия край на електропровода, понякога на стотици километри от електроцентралата. Изводът се навежда на мисълта, че е необходимо да се увеличи напрежението със същото количество, с което се намалява токът. Трансформаторната подстанция в началото на далекопровода е предназначена точно за това. От него излизат проводници под много високо напрежение, измерено в десетки киловолта. По цялото разстояние, разделящо топлоелектрическата централа, водноелектрическата централа или атомната електроцентрала от населеното място, където е адресирана, енергията се движи с малък (относително) ток. Консуматорът, от друга страна, трябва да получи захранване с дадените стандартни параметри, които у нас отговарят на 220 волта (или 380 V междуфаза). Сега се нуждаем не от покачване, както на входа на електропровод, а от понижаваща подстанция. Електрическата енергия се подава към разпределителните устройства, така че осветлението в къщите е включено имашинните ротори се въртяха във фабриките.

Какво има в кабината?

От горното става ясно, че най-важната част в една подстанция е трансформаторът и обикновено трифазен. Може да има няколко. Например, трифазен трансформатор може да бъде заменен с три еднофазни. По-голям брой може да се дължи на високата консумация на енергия. Дизайнът на това устройство е различен, но във всеки случай има впечатляващи размери. Колкото повече мощност се дава на потребителя, толкова по-сериозна изглежда структурата. Устройството на електрическата подстанция обаче е по-сложно и включва повече от просто трансформатор. Има и оборудване, предназначено за превключване и защита на скъп агрегат и най-често за неговото охлаждане. Електрическата част на станциите и подстанциите съдържа и разпределителни табла, оборудвани с контролно-измервателна апаратура.

Трансформър

Основната задача на тази структура е да предаде енергия на потребителя. Преди изпращане напрежението трябва да се увеличи и след получаването да се намали до стандартното ниво.

При всичко, че веригата на електрическата подстанция включва много елементи, основният все още е трансформатор. Няма фундаментална разлика между устройството на този продукт при конвенционално захранване на домакински уред и промишлени дизайни с висока мощност. Трансформаторът се състои от намотки (първични и вторични) и магнитна верига, изработена от феромагнит, тоест материал (метал), който усилва магнитното поле. Изчислениена това устройство е съвсем стандартна образователна задача за студент от технически университет. Основната разлика между трансформатора на подстанцията и неговите по-малко мощни колеги, която е забележима, в допълнение към размера, е наличието на охладителна система, която представлява набор от маслопроводи, обграждащи нагрятите намотки. Проектирането на електрически подстанции обаче не е лесна задача, тъй като трябва да се вземат предвид много фактори, вариращи от климатични условия до естеството на натоварването.

Теглителна мощност

Не само домове и бизнеси консумират електричество. Тук всичко е ясно, трябва да приложите 220 волта AC спрямо неутралната шина или 380 V между фазите с честота от 50 херца. Но има и градски електротранспорт. Трамваите и тролейбусите изискват напрежение не променливо, а постоянно. И различни. На контактния проводник на трамвая (относно земята, тоест релсите) трябва да има 750 волта, а тролейбусът се нуждае от нула на единия проводник и 600 волта DC на другия, гумените протектори на колелата са изолатори. Това означава, че е необходима отделна много мощна подстанция. Върху него се преобразува електрическата енергия, тоест се ректифицира. Мощността му е много голяма, токът във веригата се измерва в хиляди ампера. Такова устройство се нарича устройство за изтегляне.

Защита на подстанцията

И трансформаторът, и мощният токоизправител (в случай на тягови захранвания) са скъпи. Ако имааварийна ситуация, а именно късо съединение, ще се появи ток във веригата на вторичната намотка (и следователно в първичната). Това означава, че напречното сечение на проводниците не се изчислява. Електрическата трансформаторна подстанция ще започне да се нагрява поради резистивно генериране на топлина. Ако такъв сценарий не е предвиден, тогава в резултат на късо съединение в някоя от периферните линии, проводникът на намотката ще се стопи или изгори. За да се предотврати това, се използват различни методи. Това са диференциални, газови и свръхтокови защити.

Диференциал сравнява текущите стойности във веригата и вторичната намотка. Газовата защита се активира, когато във въздуха се появят продукти от горене на изолация, масло и др. Токовата защита изключва трансформатора, когато токът надвиши максималната зададена стойност.

Трансформаторната подстанция трябва автоматично да се изключи и в случай на удар от мълния.

Видове подстанции

Те са различни по мощност, предназначение и устройство. Тези от тях, които служат само за увеличаване или намаляване на напрежението, се наричат трансформаторни. Ако е необходима промяна в други параметри (изправяне или стабилизиране на честотата), тогава подстанцията се нарича трансформираща подстанция.

Според архитектурния си проект подстанциите могат да бъдат прикрепени, вградени (в непосредствена близост до основното съоръжение), вътрешноцехови (разположени вътре в производствената база) или представляват самостоятелна помощна сграда. В някои случаи, когато не се изисква висока мощност (при организиране на захранванемалки населени места), използва се мачтовата конструкция на подстанциите. Понякога за поставяне на трансформатора се използват електропреносни кули, на които е монтирано цялото необходимо оборудване (предпазители, отводители, разединители и др.).

Електрическите мрежи и подстанции се класифицират по напрежение (до 1000 kV или повече, тоест високо напрежение) и мощност (например от 150 VA до 16 хиляди kVA).

Според схематичния знак на външната връзка подстанциите са разделени на възлови, задънени, проходни и разклонителни.

Вътре в клетка

Пространството вътре в подстанцията, в което се намират трансформаторите, шините и оборудването, което осигурява работата на цялото устройство, се нарича камера. Може да бъде ограден или затворен. Разликата между начините за отчуждаването му от околното пространство е малка. Затворената камера е напълно изолирана стая, а оградената е разположена зад немасивни (мрежести или решетъчни) стени. Те се произвеждат, като правило, от промишлени предприятия по стандартни проекти. Поддръжката на електрозахранващите системи се извършва от обучен персонал с разрешение и необходимата квалификация, потвърдена с официален документ за разрешение за работа по високоволтови линии. Оперативният надзор на работата на подстанцията се осъществява от дежурен електротехник или енергетик, разположен в близост до главното разпределително табло, което може да се намира и отдалечено от подстанцията.

Разпространение

Има още една важна функция, която електрическата подстанция изпълнява. Електрическата енергия се разпределя междупотребители според техните стандарти, като освен това натоварването на трите фази трябва да бъде възможно най-равномерно. За да бъде успешно решена тази задача, има разпределителни устройства. Разпределителното устройство работи при същото напрежение и съдържа устройства, които извършват превключване и защитават линиите от претоварване. Разпределителното устройство е свързано към трансформатора чрез предпазители и прекъсвачи (еднополюсни, по един за всяка фаза). Разпределителните устройства според местоположението са разделени на отворени (разположени на открито) и затворени (разположени на закрито).

Безопасност

Цялата работа, извършена в електрическата подстанция, е класифицирана като особено рискова, поради което изисква спешни мерки за осигуряване на безопасността на труда. По принцип ремонтите и поддръжката се извършват с пълно или частично затъмнение. След изключване на напрежението (електриците казват „премахнато“), при условие че са налице всички необходими толеранси, токопроводящите пръти се заземяват, за да се предотврати случайно активиране. Предупредителните знаци „Хората работят“и „Не включвайте!“също са предназначени за това. Персоналът, обслужващ високоволтови подстанции, се обучава системно, а уменията и придобитите знания се наблюдават периодично. Толеранс No 4 дава право за извършване на работа по ел. инсталации над 1 kV.