Mi az elektromos alállomás? Villamos alállomások és kapcsolóberendezések

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-09 14:11

A villamosmérnökök tudják, mik azok az erőművek és alállomások, mire valók és hogyan működnek. Tudják, hogyan kell kiszámítani a teljesítményüket és az összes szükséges paramétert, például a fordulatok számát, a vezeték keresztmetszetét és a mágneses áramkör méreteit. Ezt tanítják a hallgatóknak a műszaki egyetemeken és a műszaki iskolákban. A bölcsészettudományi háttérrel rendelkezők úgy vélik, hogy a gyakran ablaktalan házak formájában egyedül álló szerkezetekre (a graffiti szerelmesei előszeretettel festik) szükség van az otthonok és a vállalkozások áramellátásához, és nem szabad behatolni, ijesztő emblémák formájában. koponyák és villámok ékesszólóan beszélnek erről a veszélyes tárgyakról. Talán sokaknak nem kell többet tudniuk, de az információ soha nem felesleges.

Egy kis fizikából

Az áram olyan áru, amelyért fizetni kell, és kár, ha elpazarolják. Ez pedig, mint minden termelésnél, elkerülhetetlen, csak a felesleges veszteségek csökkentése a feladat. Az energia egyenlő az idő szorzatával, így a további érvelés során ezzel a fogalommal operálhatunk, teháthogy az idő folyamatosan telik, és lehetetlen visszafordítani, ahogy a dal mondja. Az elektromos teljesítmény durva közelítésben, a reaktív terhelések figyelembevétele nélkül egyenlő a feszültség és az áram szorzatával. Ha részletesebben megvizsgáljuk, akkor a phi koszinusz bekerül a képletbe, amely meghatározza az elfogyasztott energia arányát hasznos összetevőjével, amelyet aktívnak neveznek. De ez a fontos mutató nem kapcsolódik közvetlenül ahhoz a kérdéshez, hogy miért van szükség alállomásra. Az elektromos teljesítmény tehát az Ohm- és Joule-Lenz-törvények két fő tényezőjétől, a feszültségtől és az áramerősségtől függ. Kis áramerősség és nagyfeszültség ugyanazt a teljesítményt képes előállítani, mint fordítva, nagy áramerősség és alacsony feszültség. Úgy tűnik, mi a különbség? És az is, és nagyon nagy.

Melegíti a levegőt? Tűz

Tehát, ha az aktív teljesítmény képletet használja, a következőt kapja:

P=U x I, ahol:

U a voltban mért feszültség;

I az Amperben mért áramerősség;P a wattban vagy voltban mért teljesítmény -Amper.

De van egy másik képlet, amely leírja a már említett Joule-Lenz törvényt, amely szerint az áram áthaladása során felszabaduló hőteljesítmény egyenlő a nagyságának négyzetével, megszorozva a vezető ellenállásával. A tápvezeték körüli levegő felmelegítése energiapazarlást jelent. Elméletileg ezek a veszteségek kétféleképpen csökkenthetők. Az első az ellenállás csökkenésével, azaz a vezetékek megvastagodásával jár. Minél nagyobb a keresztmetszet, annál kisebb az ellenállás, illoda-vissza. De a fémet sem akarom hiába pazarolni, drága, végül is réz. Ezenkívül a vezetőanyag kétszeres fogyasztása nemcsak a költségek növekedéséhez, hanem a súlyozáshoz is vezet, ami viszont a sokemeletes vonalak telepítésének bonyolultabbá tételéhez vezet. És a támasztékokra erősebb lesz szükség. És a veszteségek csak a felére csökkennek.

Döntés

Az áramátvitel során a vezetékek felmelegedésének csökkentése érdekében csökkenteni kell az átmenő áram mennyiségét. Ez teljesen egyértelmű, mert a felére csökkentve a veszteség négyszeresére csökken. Mi van, ha tízszer? A függőség négyzetes, ami azt jelenti, hogy a veszteségek százszor kisebbek lesznek! De az áramnak ugyanannyinak kell „lengnie”, amelyre a távvezeték másik végén, az erőműtől esetenként több száz kilométerre várakozó fogyasztók összességének szüksége van. A következtetés önmagában azt sugallja, hogy a feszültséget annyival kell növelni, amennyivel az áramot csökkentjük. A távvezeték elején található transzformátor alállomást éppen erre tervezték. Nagyon nagy feszültség alatt jönnek ki belőle a vezetékek, tíz kilovoltban mérve. A hőerőművet, vízerőművet vagy atomerőművet a célterülettől elválasztó távolságon keresztül az energia kis (viszonylag) árammal halad. A fogyasztónak viszont az adott szabványos paraméterekkel kell áramot kapnia, ami nálunk 220 V-nak (vagy 380 V-os interfázisnak) felel meg. Most nem lépcsőzetes emelésre van szükségünk, mint az elektromos vezeték bemeneténél, hanem egy lépcsős alállomásra. Az elektromos energiát az elosztó berendezésekhez látják el, így a házakban égnek a lámpák, illa gépek rotorjai forogtak a gyárakban.

Mi van a fülkében?

A fentiekből kitűnik, hogy az alállomások legfontosabb alkatrésze egy transzformátor, és általában egy háromfázisú. Több is lehet. Például egy háromfázisú transzformátor helyettesíthető három egyfázisú transzformátorral. A nagyobb szám a nagy energiafogyasztás miatt lehet. Ennek az eszköznek a kialakítása eltérő, de mindenesetre lenyűgöző méretekkel rendelkezik. Minél nagyobb teljesítményt kap a fogyasztó, annál komolyabbnak tűnik a szerkezet. Az elektromos alállomás berendezése azonban bonyolultabb, és nem csupán egy transzformátort tartalmaz. Vannak olyan berendezések is, amelyeket egy drága egység kapcsolására és védelmére, leggyakrabban hűtésére terveztek. Az állomások és alállomások elektromos része vezérlő- és mérőberendezéssel felszerelt kapcsolótáblákat is tartalmaz.

Transformer

Ennek a szerkezetnek a fő feladata az energia továbbítása a fogyasztóhoz. Küldés előtt növelni kell a feszültséget, fogadása után pedig le kell csökkenteni a szabványos szintre.

Annak ellenére, hogy egy elektromos alállomás áramköre sok elemet tartalmaz, a fő még mindig egy transzformátor. Nincs alapvető különbség ennek a terméknek a háztartási készülékek hagyományos tápegységében lévő eszköze és a nagy teljesítményű ipari kivitelek között. A transzformátor tekercsekből (elsődleges és szekunder) és egy ferromágnesből, azaz a mágneses teret felerősítő anyagból (fémből) készült mágneses áramkörből áll. SzámításEnnek az eszköznek a használata meglehetősen szokásos oktatási feladat egy műszaki egyetem hallgatója számára. A fő különbség az alállomási transzformátor és kisebb teljesítményű társai között, ami a méret mellett szembetűnő, a hűtőrendszer megléte, amely a fűtött tekercseket körülvevő olajvezetékek halmaza. Az elektromos alállomások tervezése azonban nem egyszerű feladat, hiszen számos tényezőt kell figyelembe venni, az éghajlati viszonyoktól a terhelés jellegéig.

Vonóerő

Nem csak az otthonok és a vállalkozások fogyasztanak áramot. Itt minden világos, 220 V váltóáramot kell alkalmazni a semleges buszhoz képest, vagy 380 V-ot a fázisok között 50 Hertz frekvencián. De van városi elektromos közlekedés is. A villamosok és trolibuszok nem váltakozó, hanem állandó feszültséget igényelnek. És más. A villamos munkavezetékén (a talajhoz, vagyis a sínekhez viszonyítva) 750 Volt legyen, és a trolibusz egyik vezetékére nulla, a másikra 600 V egyenáram kell, a gumi kerékvédők szigetelők. Ez azt jelenti, hogy külön, nagyon erős alállomásra van szükség. Az elektromos energiát átalakítják rajta, vagyis egyenirányítják. Teljesítménye nagyon nagy, az áramkör áramát több ezer amperben mérik. Az ilyen eszközt huzateszköznek nevezik.

Alállomásvédelem

Mind a transzformátor, mind a nagy teljesítményű egyenirányító (vontatási tápegységek esetén) drága. Ha vanvészhelyzet, nevezetesen rövidzárlat, áram jelenik meg a szekunder tekercs áramkörében (és ennek következtében az elsődlegesben). Ez azt jelenti, hogy a vezetékek keresztmetszete nincs kiszámítva. Az elektromos transzformátor alállomás az ellenállásos hőtermelés miatt felmelegszik. Ha ilyen forgatókönyv nem várható, akkor a perifériás vezetékek rövidzárlata következtében a tekercshuzal megolvad vagy megég. Ennek megakadályozására különféle módszereket alkalmaznak. Ezek differenciál-, gáz- és túláramvédelem.

A Differenciál összehasonlítja az áramkör és a szekunder tekercs áramértékeit. A gázvédelem akkor lép működésbe, ha a levegőben szigetelés, olaj stb. égéstermékei jelennek meg. Az áramvédelem kikapcsolja a transzformátort, ha az áram meghaladja a maximális beállított értéket.

A transzformátor alállomásnak villámcsapás esetén is automatikusan le kell állnia.

Alállomások típusai

Erőben, célban és eszközben különböznek. Azokat, amelyek csak a feszültség növelésére vagy csökkentésére szolgálnak, transzformátornak nevezzük. Ha más paraméterek megváltoztatására is szükség van (egyenirányítás vagy frekvenciastabilizálás), akkor az alállomást transzformáló alállomásnak nevezzük.

Az alállomások építészeti kialakításuk szerint beépíthetők, beépíthetők (a fő létesítmény szomszédságában), üzleten belüli (termelőhelyiségen belül helyezkednek el) vagy külön melléképületet képviselhetnek. Bizonyos esetekben, amikor nincs szükség nagy teljesítményre (az áramellátás megszervezésekorkistelepülések), az alállomások árbocszerkezetét alkalmazzák. Néha erőátviteli tornyokat használnak a transzformátor elhelyezésére, amelyre az összes szükséges felszerelés fel van szerelve (biztosítékok, levezetők, szakaszolók stb.).

Az elektromos hálózatokat és alállomásokat feszültség (legfeljebb 1000 kV, azaz nagyfeszültség) és teljesítmény (például 150 VA-tól 16 ezer kVA-ig) osztályozzák.

A külső csatlakozás sematikus jele szerint az alállomások csomóponti, zsákutcai, átmenő és elágazó csoportokra oszthatók.

Cellán belül

Az alállomáson belüli teret, amelyben a transzformátorok, gyűjtősínek és a teljes készülék működését biztosító berendezések, kamrának nevezzük. Bekeríthető vagy zárható. A környező tértől való elidegenítés módjai között kicsi a különbség. A zárt kamra teljesen elszigetelt helyiség, a bekerített kamra pedig nem tömör (hálós vagy rácsos) falak mögött található. Általában ipari vállalkozások készítik őket szabványos tervek szerint. Az áramellátó rendszerek karbantartását szakképzett személyzet végzi, aki rendelkezik engedéllyel és a szükséges képesítéssel, amelyet a nagyfeszültségű vezetékeken végzett munka engedélyezéséről szóló hivatalos dokumentum igazol. Az alállomás működésének üzemeltetési felügyeletét egy szolgálatban lévő villanyszerelő vagy villamosmérnök végzi a főkapcsolótábla közelében, amely az alállomástól távolabb is elhelyezhető.

Terjesztés

Van egy másik fontos funkció, amelyet az erősáramú alállomás lát el. között megoszlik az elektromos energiaa fogyasztókat szabványaik szerint, ezen felül a három fázis terhelése a lehető legegyenletesebb legyen. Ennek a feladatnak a sikeres megoldásához vannak elosztó eszközök. A kapcsolóberendezés azonos feszültséggel működik, és olyan eszközöket tartalmaz, amelyek kapcsolást végeznek, és védik a vezetékeket a túlterheléstől. A kapcsolóberendezés biztosítékokkal és megszakítókkal csatlakozik a transzformátorhoz (egypólusú, minden fázishoz egy). Az elosztóberendezések elhelyezkedésük szerint nyitott (szabadban elhelyezett) és zárt (beltéri elhelyezésű) készülékekre oszthatók.

Biztonság

Az elektromos alállomáson végzett minden munka különösen kockázatosnak minősül, ezért sürgősségi intézkedéseket igényel a munkabiztonság érdekében. A javításokat és karbantartásokat alapvetően teljes vagy részleges áramszünet mellett végzik. A feszültség lekapcsolása után (a villanyszerelők azt mondják, hogy "eltávolították"), feltéve, hogy minden szükséges tűrés a helyén van, az áramvezető rudak földelve vannak, hogy megakadályozzák a véletlen aktiválást. Az „Emberek dolgoznak” és „Ne kapcsolja be!” figyelmeztető táblák is erre szolgálnak. A nagyfeszültségű alállomásokat kiszolgáló személyzetet szisztematikusan képezik, készségeiket és megszerzett tudásukat időszakonként ellenőrzik. A 4. tűréshatár 1 kV feletti elektromos berendezéseken végzett munkák elvégzésére ad jogot.