Wat is een elektrisch onderstation? Elektrische onderstations en schakelapparatuur

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-09 14:14

Elektriciens weten wat energiecentrales en onderstations zijn, waar ze voor zijn en hoe ze werken. Ze weten hoe ze hun vermogen moeten berekenen en alle benodigde parameters, zoals het aantal windingen, de draaddoorsnede en de afmetingen van het magnetische circuit. Dit wordt onderwezen aan studenten van technische universiteiten en technische scholen. Mensen met een vrije kunstachtergrond vermoeden dat structuren, die vaak op zichzelf staan in de vorm van huizen zonder ramen (graffitiliefhebbers schilderen ze graag), nodig zijn om huizen en bedrijven van stroom te voorzien, en dat ze niet mogen worden doorboord, angstaanjagende emblemen in de vorm van schedels en bliksemschichten spreken welsprekend over dit bevestigd aan gevaarlijke voorwerpen. Misschien hoeven velen niet meer te weten, maar informatie is nooit overbodig.

Een beetje natuurkunde

Elektriciteit is een handelsartikel waarvoor je moet betalen, en het is zonde als het wordt verspild. En dit is, zoals bij elke productie, onvermijdelijk, de taak is alleen om onnodige verliezen te verminderen. Energie is gelijk aan vermogen vermenigvuldigd met de tijd, dus in verdere redenering kunnen we met dit concept werken, dushoe de tijd voortdurend stroomt, en het is onmogelijk om het terug te draaien, zoals het lied zegt. Elektrisch vermogen, in een ruwe benadering, zonder rekening te houden met reactieve belastingen, is gelijk aan het product van spanning en stroom. Als we het in meer detail bekijken, komt de cosinus phi in de formule, die de verhouding van verbruikte energie bepa alt met zijn nuttige component, actief genoemd. Maar deze belangrijke indicator is niet direct gerelateerd aan de vraag waarom een onderstation nodig is. Elektrisch vermogen hangt dus af van de twee belangrijkste bijdragen aan de wetten van Ohm en Joule-Lenz, spanning en stroom. Kleine stroom en hoge spanning kunnen hetzelfde vermogen produceren als omgekeerd, hoge stroom en lage spanning. Het lijkt erop, wat is het verschil? En het is, en erg groot.

De lucht verwarmen? Brand

Dus, als je de formule voor actief vermogen gebruikt, krijg je het volgende:

P=U x I, waarbij:

U de spanning is, gemeten in volt;

I is de stroom gemeten in ampère;P is het vermogen gemeten in watt of volt -Amps.

Maar er is een andere formule die de reeds genoemde wet van Joule-Lenz beschrijft, volgens welke het thermische vermogen dat vrijkomt tijdens het passeren van stroom gelijk is aan het kwadraat van zijn grootte, vermenigvuldigd met de weerstand van de geleider. Het verwarmen van de lucht rond de hoogspanningsleiding betekent energieverspilling. Theoretisch kunnen deze verliezen op twee manieren worden verminderd. De eerste heeft betrekking op een afname van de weerstand, dat wil zeggen een verdikking van de draden. Hoe groter de doorsnede, hoe lager de weerstand, envice versa. Maar ik wil ook niet voor niets metaal verspillen, het is duur, koper tenslotte. Bovendien zal het dubbele verbruik van het geleidermateriaal niet alleen leiden tot hogere kosten, maar ook tot weging, wat op zijn beurt zal leiden tot een toename van de complexiteit van de installatie van hoogbouwlijnen. En de steunen zullen krachtiger nodig zijn. En verliezen worden slechts gehalveerd.

Beslissing

Om de verwarming van draden tijdens krachtoverbrenging te verminderen, is het noodzakelijk om de hoeveelheid passerende stroom te verminderen. Dat is vrij duidelijk, want halveren leidt tot een verviervoudiging van de verliezen. Wat als tien keer? De afhankelijkheid is kwadratisch, wat betekent dat de verliezen honderd keer minder zijn! Maar de stroom moet hetzelfde zijn, wat nodig is voor het geheel van consumenten die erop wachten aan het andere uiteinde van de hoogspanningstransmissielijn, soms honderden kilometers van de energiecentrale. De conclusie suggereert zelf dat het noodzakelijk is om de spanning met dezelfde hoeveelheid te verhogen als de stroom wordt verminderd. Het transformatorstation aan het begin van de transmissielijn is hier speciaal voor ontworpen. Er komen draden uit onder een zeer hoge spanning, gemeten in tientallen kilovolts. Over de hele afstand die de thermische centrale, de waterkrachtcentrale of de kerncentrale scheidt van de plaats waar het wordt aangesproken, reist energie met een kleine (relatief) stroom. De consument daarentegen moet stroom krijgen met de gegeven standaardparameters, die in ons land overeenkomen met 220 volt (of 380 V interfase). Nu hebben we geen step-up nodig, zoals bij de ingang van een hoogspanningsleiding, maar een step-down onderstation. Elektrische energie wordt geleverd aan verdeelinrichtingen zodat de lichten in huizen branden, enmachinerotors draaiden in fabrieken.

Wat staat er in het hokje?

Uit het bovenstaande is het duidelijk dat het belangrijkste onderdeel in een onderstation een transformator is, en meestal een driefasige. Het kunnen er meerdere zijn. Een driefasige transformator kan bijvoorbeeld worden vervangen door drie enkelfasige. Een groter aantal kan te wijten zijn aan het hoge stroomverbruik. Het design van dit toestel is anders, maar heeft in ieder geval indrukwekkende afmetingen. Hoe meer macht aan de consument wordt gegeven, hoe serieuzer de structuur eruitziet. Het apparaat van een elektrisch onderstation is echter complexer en omvat meer dan alleen een transformator. Er is ook apparatuur die is ontworpen voor het schakelen en beschermen van een dure eenheid, en meestal voor de koeling ervan. Het elektrische gedeelte van de stations en onderstations bevat ook schakelborden die zijn uitgerust met regel- en meetapparatuur.

Transformer

De belangrijkste taak van deze structuur is het overbrengen van energie naar de consument. Voor verzending moet de spanning worden verhoogd en na ontvangst worden verlaagd tot het standaardniveau.

Met al het feit dat het circuit van een elektrisch onderstation veel elementen bevat, is de belangrijkste nog steeds een transformator. Er is geen fundamenteel verschil tussen het apparaat van dit product in een conventionele voeding van een huishoudelijk apparaat en krachtige industriële ontwerpen. De transformator bestaat uit wikkelingen (primair en secundair) en een magnetisch circuit gemaakt van een ferromagneet, dat wil zeggen een materiaal (metaal) dat het magnetische veld versterkt. Berekeningvan dit apparaat is een vrij standaard onderwijstaak voor een student van een technische universiteit. Het belangrijkste verschil tussen de onderstationtransformator en zijn minder krachtige tegenhangers, die opvallend is, naast de grootte, is de aanwezigheid van een koelsysteem, een reeks oliepijpleidingen die de verwarmde wikkelingen omringen. Het ontwerpen van elektrische onderstations is echter geen gemakkelijke taak, aangezien er met veel factoren rekening moet worden gehouden, variërend van klimatologische omstandigheden tot de aard van de belasting.

Tractiekracht

Het zijn niet alleen huizen en bedrijven die elektriciteit verbruiken. Alles is hier duidelijk, je moet 220 volt AC tov de neutrale bus of 380 V tussen fasen aanleggen met een frequentie van 50 Hertz. Maar er is ook elektrisch stadsvervoer. Trams en trolleybussen hebben een niet wisselende, maar constante spanning nodig. En anders. Er moet 750 volt op de rijdraad van de tram staan (ten opzichte van de grond, dat wil zeggen de rails), en de trolleybus heeft nul nodig op de ene geleider en 600 volt gelijkstroom op de andere, rubberen wielbeschermers zijn isolatoren. Dit betekent dat er een apart zeer krachtig onderstation nodig is. Elektrische energie wordt erop omgezet, dat wil zeggen, het wordt gerectificeerd. Het vermogen is erg groot, de stroom in het circuit wordt gemeten in duizenden ampères. Zo'n apparaat wordt een conceptapparaat genoemd.

Onderstation bescherming

Zowel de transformator als de krachtige gelijkrichter (in het geval van tractievoedingen) zijn duur. Als er iseen noodsituatie, namelijk een kortsluiting, zal er een stroom verschijnen in het secundaire wikkelingscircuit (en bijgevolg het primaire). Dit betekent dat de doorsnede van de geleiders niet wordt berekend. Het onderstation van de elektrische transformator begint op te warmen vanwege de opwekking van resistieve warmte. Als een dergelijk scenario niet wordt voorzien, zal als gevolg van een kortsluiting in een van de perifere lijnen de wikkeldraad smelten of verbranden. Om dit te voorkomen, worden verschillende methoden gebruikt. Dit zijn differentiële, gas- en overstroombeveiligingen.

Differentieel vergelijkt de huidige waarden in het circuit en de secundaire wikkeling. Gasbescherming wordt geactiveerd wanneer verbrandingsproducten van isolatie, olie, enz. in de lucht verschijnen. Stroombeveiliging schakelt de transformator uit wanneer de stroom de maximale ingestelde waarde overschrijdt.

Het transformatorstation moet ook automatisch worden uitgeschakeld in het geval van een blikseminslag.

Soorten onderstations

Ze verschillen in kracht, doel en apparaat. Degenen van hen die alleen dienen om de spanning te verhogen of te verlagen, worden transformator genoemd. Als er ook een wijziging in andere parameters nodig is (rectificatie of frequentiestabilisatie), dan wordt het onderstation een transformerend onderstation genoemd.

Volgens hun architectonisch ontwerp kunnen onderstations worden bevestigd, ingebouwd (naast de hoofdfaciliteit), intrashop (in de productiefaciliteit) of een afzonderlijk bijgebouw vormen. In sommige gevallen, wanneer een hoog vermogen niet vereist is (bij het organiseren van de stroomvoorziening)kleine nederzettingen), wordt de maststructuur van onderstations gebruikt. Soms worden krachtoverbrengingstorens gebruikt om de transformator te plaatsen, waarop alle benodigde apparatuur is gemonteerd (zekeringen, afleiders, scheiders, enz.).

Elektrische netwerken en onderstations worden geclassificeerd op basis van spanning (tot 1000 kV of meer, dat wil zeggen hoge spanning) en vermogen (bijvoorbeeld van 150 VA tot 16 duizend kVA).

Volgens het schematische teken van de externe verbinding zijn onderstations verdeeld in knoop, doodlopend, door en vertakking.

Binnen cel

De ruimte in het onderstation, waarin de transformatoren, rails en apparatuur die de werking van het hele apparaat garanderen, wordt de kamer genoemd. Het kan omheind of gesloten zijn. Het verschil tussen de manieren om het te vervreemden van de omringende ruimte is klein. De gesloten kamer is een volledig geïsoleerde kamer en de omheinde kamer bevindt zich achter niet-massieve (gaas- of tralie) muren. Ze worden in de regel gemaakt door industriële ondernemingen volgens standaardontwerpen. Onderhoud van stroomvoorzieningssystemen wordt uitgevoerd door opgeleid personeel met toestemming en de nodige kwalificaties, bevestigd door een officieel document over toestemming om aan hoogspanningslijnen te werken. Operationeel toezicht op de werking van het onderstation wordt uitgevoerd door een dienstdoende elektricien of energietechnicus, die zich in de buurt van het hoofdschakelbord bevindt, dat zich op afstand van het onderstation kan bevinden.

Distributie

Er is nog een belangrijke functie die het onderstation vervult. Elektrische energie wordt verdeeld tussenconsumenten volgens hun normen, en bovendien moet de belasting van de drie fasen zo uniform mogelijk zijn. Om deze taak met succes op te lossen, zijn er distributie-apparaten. De schakelapparatuur werkt op dezelfde spanning en bevat apparaten die schakelen en lijnen beschermen tegen overbelasting. De schakelapparatuur is verbonden met de transformator door middel van zekeringen en stroomonderbrekers (enkelpolig, één voor elke fase). Verdeelinrichtingen zijn afhankelijk van de locatie verdeeld in open (in de open lucht) en gesloten (binnen).

Veiligheid

Al het werk dat wordt uitgevoerd in het elektrische onderstation is geclassificeerd als bijzonder riskant en vereist daarom noodmaatregelen om de arbeidsveiligheid te waarborgen. In principe worden reparaties en onderhoud uitgevoerd met een volledige of gedeeltelijke black-out. Nadat de spanning is losgekoppeld (elektriciens zeggen "verwijderd"), op voorwaarde dat alle noodzakelijke toleranties aanwezig zijn, worden de stroomvoerende staven geaard om onbedoelde activering te voorkomen. Ook waarschuwingsborden “Er zijn mensen aan het werk” en “Niet inschakelen!” zijn hiervoor bedoeld. Het personeel dat de hoogspanningsstations bedient, wordt systematisch getraind en de vaardigheden en opgedane kennis worden periodiek gemonitord. Tolerantie nr. 4 geeft het recht om werkzaamheden uit te voeren aan elektrische installaties van meer dan 1 kV.