Vad är en elstation? Elektriska transformatorstationer och ställverk

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-09 14:16

Elingenjörer vet vad kraftverk och transformatorstationer är, vad de är till för och hur de fungerar. De vet hur man beräknar sin kraft och alla nödvändiga parametrar, såsom antalet varv, trådtvärsnittet och dimensionerna på den magnetiska kretsen. Detta lärs ut till studenter vid tekniska universitet och tekniska skolor. Människor med en liberal konstbakgrund gissar att strukturer, ofta stående ensamma i form av fönsterlösa hus (graffitiälskare älskar att måla dem), behövs för att förse hem och företag med ström, och de bör inte penetreras, skrämmande emblem i form av av dödskallar och blixtar talar vältaligt om detta fäst vid farliga föremål. Många behöver kanske inte veta mer, men information är aldrig överflödig.

Lite fysik

El är en vara som du måste betala för, och det är synd om det går till spillo. Och detta, som i all produktion, är oundvikligt, uppgiften är bara att minska onödiga förluster. Energi är lika med effekt multiplicerat med tid, så i ytterligare resonemang kan vi arbeta med detta koncept, såhur tiden flödar konstant, och det är omöjligt att vända tillbaka, som låten säger. Elektrisk kraft, i en grov uppskattning, utan att ta hänsyn till reaktiva belastningar, är lika med produkten av spänning och ström. Om vi överväger det mer detaljerat kommer cosinus phi att gå in i formeln, som bestämmer förhållandet mellan förbrukad energi och dess användbara komponent, kallad aktiv. Men denna viktiga indikator är inte direkt relaterad till frågan om varför en transformatorstation behövs. Elektrisk effekt beror alltså på de två huvudsakliga bidragsgivarna till Ohms och Joule-Lenzs lagar, spänning och ström. Liten ström och hög spänning kan producera samma effekt som vice versa, hög ström och låg spänning. Det verkar, vad är skillnaden? Och det är, och väldigt stort.

Värma luften? Elda

Så, om du använder formeln för aktiv effekt får du följande:

P=U x I, där:

U är spänning mätt i volt;

I är ström mätt i ampere;P är effekt mätt i watt eller volt -Amp.

Men det finns en annan formel som beskriver den redan nämnda Joule-Lenz-lagen, enligt vilken den termiska kraften som frigörs under strömpassagen är lika med kvadraten på dess storlek multiplicerat med ledarens resistans. Att värma upp luften runt kraftledningen innebär slöseri med energi. Teoretiskt kan dessa förluster reduceras på två sätt. Den första av dem innebär en minskning av motståndet, det vill säga en förtjockning av ledningarna. Ju större tvärsnitt, desto lägre motstånd, ochvice versa. Men jag vill inte heller slösa bort metall förgäves, det är dyrt, koppar trots allt. Dessutom kommer den dubbla förbrukningen av ledarmaterialet att leda inte bara till en kostnadsökning utan också till viktning, vilket i sin tur kommer att leda till en ökning av komplexiteten i installationen av höghus. Och stöden kommer att krävas mer kraftfulla. Och förlusterna kommer bara att halveras.

Beslut

För att minska uppvärmningen av ledningar under kraftöverföring är det nödvändigt att minska mängden passerande ström. Detta är helt klart, eftersom en halvering kommer att leda till en fyrfaldig minskning av förlusterna. Tänk om tio gånger? Beroendet är kvadratiskt, vilket innebär att förlusterna blir hundra gånger mindre! Men kraften måste "svinga" densamma, vilket behövs av den mängd konsumenter som väntar på den i andra änden av kraftöverföringsledningen, ibland hundratals kilometer från kraftverket. Slutsatsen tyder på att det är nödvändigt att öka spänningen med samma mängd som strömmen minskas. Transformatorstationen i början av transmissionsledningen är konstruerad just för detta. Ledningar kommer ut ur den under en mycket hög spänning, mätt i tiotals kilovolt. Under hela sträckan som skiljer värmekraftverket, vattenkraftverket eller kärnkraftverket från den ort där det är adresserat, färdas energi med en liten (relativt) ström. Konsumenten behöver däremot få ström med de givna standardparametrarna, som i vårt land motsvarar 220 volt (eller 380 V interfas). Nu behöver vi inte en step-up, som vid ingången av en kraftledning, utan en step-down transformatorstation. Elektrisk energi tillförs distributionsanordningar så att lampor tänds i hus, ochmaskinrotorer snurrade i fabriker.

Vad finns i montern?

Av ovanstående är det tydligt att den viktigaste delen i en transformatorstation är en transformator, och vanligtvis en trefas sådan. Det kan finnas flera. Till exempel kan en trefastransformator ersättas med tre enfasiga. Ett större antal kan bero på den höga strömförbrukningen. Utformningen av denna enhet är annorlunda, men i alla fall har den imponerande dimensioner. Ju mer makt som ges till konsumenten, desto mer seriös ser strukturen ut. Enheten i en elektrisk transformatorstation är dock mer komplex och innehåller mer än bara en transformator. Det finns också utrustning utformad för att byta och skydda en dyr enhet, och oftast för dess kylning. Den elektriska delen av stationerna och transformatorstationerna innehåller även växeltavlor utrustade med styr- och mätutrustning.

Transformer

Huvuduppgiften för denna struktur är att förmedla energi till konsumenten. Innan sändning måste spänningen ökas och efter mottagande sänkas till standardnivån.

Med allt det faktum att kretsen i en elektrisk transformatorstation innehåller många element, är den huvudsakliga fortfarande en transformator. Det finns ingen grundläggande skillnad mellan enheten för denna produkt i en konventionell strömförsörjning av en hushållsapparat och högeffekts industriell design. Transformatorn består av lindningar (primär och sekundär) och en magnetisk krets gjord av en ferromagnet, det vill säga ett material (metall) som förstärker magnetfältet. Beräkningav denna enhet är en ganska vanlig utbildningsuppgift för en student vid ett tekniskt universitet. Huvudskillnaden mellan transformatorstationens transformator och dess mindre kraftfulla motsvarigheter, som är iögonfallande, förutom storleken, är närvaron av ett kylsystem, som är en uppsättning oljerörledningar som omger de uppvärmda lindningarna. Att designa elektriska transformatorstationer är dock ingen lätt uppgift, eftersom många faktorer måste tas i beaktande, allt från klimatförhållanden till belastningens art.

dragkraft

Det är inte bara hem och företag som förbrukar el. Allt är klart här, du måste applicera 220 volt AC i förhållande till den neutrala bussen eller 380 V mellan faserna med en frekvens på 50 Hertz. Men det finns också urbana eltransporter. Spårvagnar och trådbussar kräver inte en växelspänning utan konstant. Och annorlunda. Det ska vara 750 volt på spårvagnens kontaktledning (i förhållande till marken, det vill säga skenorna), och trolleybussen behöver noll på en ledare och 600 volt DC på den andra, gummihjulsskydd är isolatorer. Detta innebär att en separat mycket kraftfull transformatorstation behövs. Elektrisk energi omvandlas på den, det vill säga den korrigeras. Dess effekt är mycket stor, strömmen i kretsen mäts i tusentals ampere. En sådan anordning kallas en utkastanordning.

understationsskydd

Både transformatorn och den kraftfulla likriktaren (när det gäller dragkraftsaggregat) är dyra. Om det ären nödsituation, nämligen en kortslutning, kommer en ström att uppstå i sekundärlindningskretsen (och följaktligen den primära). Detta innebär att ledarnas tvärsnitt inte beräknas. Den elektriska transformatorstationen kommer att börja värmas upp på grund av resistiv värmealstring. Om ett sådant scenario inte förutses, kommer lindningstråden att smälta eller brinna som ett resultat av en kortslutning i någon av de perifera linjerna. För att förhindra att detta inträffar används olika metoder. Dessa är differential-, gas- och överströmsskydd.

Differential jämför strömvärdena i kretsen och sekundärlindningen. Gasskyddet aktiveras när förbränningsprodukter av isolering, olja etc. dyker upp i luften. Strömskydd stänger av transformatorn när strömmen överskrider det maximala inställda värdet.

Transformatorstationen bör stängas av automatiskt även i händelse av ett blixtnedslag.

Typer av transformatorstationer

De är olika i kraft, syfte och enhet. De av dem som endast tjänar till att öka eller minska spänningen kallas transformator. Om en ändring av andra parametrar också krävs (likriktning eller frekvensstabilisering), kallas transformatorstationen en transformerande transformatorstation.

Enligt deras arkitektoniska utformning kan transformatorstationer fästas, inbyggda (i anslutning till huvudanläggningen), intrabutik (finns inne i produktionsanläggningen) eller representera en separat hjälpbyggnad. I vissa fall, när hög effekt inte krävs (när du organiserar strömförsörjningensmå bosättningar), används maststrukturen för transformatorstationer. Ibland används kraftöverföringstorn för att placera transformatorn, på vilken all nödvändig utrustning är monterad (säkringar, avledare, frånskiljare, etc.).

Elektriska nät och transformatorstationer klassificeras efter spänning (upp till 1000 kV eller mer, det vill säga högspänning) och effekt (till exempel från 150 VA till 16 tusen kVA).

Enligt det schematiska tecknet för den externa anslutningen är transformatorstationer uppdelade i nodal, återvändsgränd, genomgående och förgrening.

Inuti cellen

Utrymmet inuti transformatorstationen, där transformatorer, samlingsskenor och utrustning som säkerställer driften av hela enheten, kallas kammaren. Den kan vara inhägnad eller stängd. Skillnaden mellan sätten att alienera den från det omgivande utrymmet är liten. Den slutna kammaren är ett helt isolerat rum, och den inhägnade är placerad bakom icke-solida (nät eller galler) väggar. De tillverkas som regel av industriföretag enligt standarddesigner. Underhåll av strömförsörjningssystem utförs av utbildad personal med tillstånd och nödvändiga kvalifikationer, bekräftat av ett officiellt dokument om tillstånd att arbeta på högspänningsledningar. Driftövervakning av driften av transformatorstationen utförs av en jourhavande elektriker eller eltekniker, placerad nära huvudcentralen, som kan vara placerad på avstånd från transformatorstationen.

Distribution

Det finns en annan viktig funktion som transformatorstationen utför. Elektrisk energi fördelas mellankonsumenterna enligt deras standarder, och dessutom bör belastningen av de tre faserna vara så enhetlig som möjligt. För att denna uppgift ska kunna lösas framgångsrikt finns det distributionsenheter. Ställverket arbetar med samma spänning och innehåller enheter som utför omkoppling och skyddar ledningar från överbelastning. Ställverket är anslutet till transformatorn med säkringar och brytare (enpolig, en för varje fas). Distributionsanordningar enligt platsen är indelade i öppna (placerade i det fria) och slutna (placerade inomhus).

Safety

Allt arbete som utförs i den elektriska transformatorstationen är klassificerat som särskilt riskabelt, därför kräver det nödåtgärder för att säkerställa arbetssäkerheten. I princip utförs reparationer och underhåll med helt eller delvis mörkläggning. Efter att spänningen har kopplats bort (elektriker säger "borttagen"), förutsatt att alla nödvändiga toleranser är på plats, jordas de strömförande skenorna för att förhindra oavsiktlig aktivering. Varningsskyltar”Folk arbetar” och”Slå inte på!” är också avsedda för detta. Personal som betjänar högspänningsstationer utbildas systematiskt, och kompetens och förvärvade kunskaper följs upp regelbundet. Tolerans nr 4 ger rätt att utföra arbeten på elinstallationer över 1 kV.