Hvad er en elektrisk transformerstation? Elektriske transformerstationer og koblingsanlæg

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-09 14:08

Elektriske ingeniører ved, hvad kraftværker og transformerstationer er, hvad de er til, og hvordan de fungerer. De ved, hvordan man beregner deres effekt og alle de nødvendige parametre, såsom antallet af omdrejninger, ledningstværsnittet og dimensionerne af det magnetiske kredsløb. Dette undervises til studerende på tekniske universiteter og tekniske skoler. Folk med en liberal kunstbaggrund gætter på, at strukturer, ofte stående alene i form af vinduesløse huse (graffiti elskere elsker at male dem), er nødvendige for at levere strøm til boliger og virksomheder, og de bør ikke gennemtrænges, skræmmende emblemer i form af af kranier og lyn taler veltalende om dette knyttet til farlige genstande. Måske har mange ikke brug for at vide mere, men information er aldrig overflødig.

Lidt fysik

Elektricitet er en vare, du skal betale for, og det er en skam, hvis det er spildt. Og dette, som i enhver produktion, er uundgåeligt, opgaven er kun at reducere unødvendige tab. Energi er lig med effekt ganget med tid, så i videre ræsonnement kan vi operere med dette koncept, såhvordan tiden flyder konstant, og det er umuligt at vende den tilbage, som sangen siger. Elektrisk kraft, i en grov tilnærmelse, uden at tage hensyn til reaktive belastninger, er lig med produktet af spænding og strøm. Hvis vi overvejer det mere detaljeret, vil cosinus phi indtaste formlen, som bestemmer forholdet mellem forbrugt energi og dens nyttige komponent, kaldet aktiv. Men denne vigtige indikator er ikke direkte relateret til spørgsmålet om, hvorfor en transformerstation er nødvendig. Elektrisk effekt afhænger således af de to hovedbidragsydere til Ohms og Joule-Lenz's love, spænding og strøm. Lille strøm og høj spænding kan producere den samme effekt som omvendt, høj strøm og lav spænding. Det ser ud til, hvad er forskellen? Og det er, og meget stort.

Varme luften op? Brand

Så, hvis du bruger formlen for aktiv effekt, får du følgende:

P=U x I, hvor:

U er spænding målt i volt;

I er strøm målt i ampere;P er effekt målt i watt eller volt -Amp.

Men der er en anden formel, der beskriver den allerede nævnte Joule-Lenz-lov, ifølge hvilken den termiske effekt, der frigives under strømmens passage, er lig med kvadratet af dens størrelse, ganget med lederens modstand. Opvarmning af luften omkring elledningen betyder spild af energi. Teoretisk set kan disse tab reduceres på to måder. Den første af dem involverer et fald i modstand, det vil sige en fortykkelse af ledningerne. Jo større tværsnit, jo lavere modstand, ogomvendt. Men jeg vil heller ikke spilde metal forgæves, det er dyrt, kobber trods alt. Derudover vil det dobbelte forbrug af ledermaterialet ikke kun føre til en stigning i omkostningerne, men også til vægtning, hvilket igen vil føre til en stigning i kompleksiteten af installationen af højhuse. Og støtterne vil kræves mere kraftfulde. Og tabene vil kun blive halveret.

Beslutning

For at reducere opvarmningen af ledninger under kraftoverførsel er det nødvendigt at reducere mængden af passerende strøm. Det er helt klart, for en halvering vil føre til en firedobling af tabene. Hvad hvis ti gange? Afhængigheden er kvadratisk, hvilket betyder, at tabene bliver hundrede gange mindre! Men strømmen skal "svinge" den samme, hvilket er nødvendigt for den samlede mængde forbrugere, der venter på den i den anden ende af krafttransmissionslinjen, nogle gange hundreder af kilometer fra kraftværket. Konklusionen tyder på, at det er nødvendigt at øge spændingen med samme mængde, som strømmen reduceres. Transformatorstationen i begyndelsen af transmissionsledningen er designet netop til dette. Ledninger kommer ud af det under en meget høj spænding, målt i titusinder af kilovolt. I hele afstanden, der adskiller det termiske kraftværk, vandkraftværket eller atomkraftværket fra den lokalitet, hvor det er adresseret, bevæger energien sig med en lille (relativt) strøm. Forbrugeren skal derimod modtage strøm med de givne standardparametre, som i vores land svarer til 220 volt (eller 380 V interfase). Nu behøver vi ikke en step-up, som ved indgangen til en kraftledning, men en step-down transformerstation. Elektrisk energi tilføres distributionsanordninger, så lys er tændt i huse, ogmaskinrotorer snurrede på fabrikker.

Hvad er der i standen?

Ud fra ovenstående er det klart, at den vigtigste del i en transformerstation er en transformer, og norm alt en trefaset. Der kan være flere. For eksempel kan en trefaset transformer erstattes af tre enfasede. Et større antal kan skyldes det høje strømforbrug. Designet af denne enhed er anderledes, men under alle omstændigheder har den imponerende dimensioner. Jo mere magt der gives til forbrugeren, jo mere seriøs ser strukturen ud. Enheden i en elektrisk transformerstation er imidlertid mere kompleks og omfatter mere end blot en transformer. Der er også udstyr designet til at skifte og beskytte en dyr enhed, og oftest til dens køling. Den elektriske del af stationerne og understationerne indeholder også tavler udstyret med styre- og måleudstyr.

Transformer

Hovedopgaven for denne struktur er at formidle energi til forbrugeren. Inden afsendelse skal spændingen øges og efter modtagelse sænkes til standardniveauet.

Med alt det faktum, at kredsløbet i en elektrisk understation omfatter mange elementer, er den vigtigste stadig en transformer. Der er ingen grundlæggende forskel mellem enheden i dette produkt i en konventionel strømforsyning til et husholdningsapparat og højeffekt industrielt design. Transformatoren består af viklinger (primær og sekundær) og et magnetisk kredsløb lavet af en ferromagnet, det vil sige et materiale (metal), der forstærker magnetfeltet. Beregningaf denne enhed er en ganske standard uddannelsesopgave for en studerende på et teknisk universitet. Hovedforskellen mellem transformatoren og dens mindre kraftfulde modstykker, som er iøjnefaldende ud over størrelsen, er tilstedeværelsen af et kølesystem, som er et sæt olierørledninger, der omkranser de opvarmede viklinger. At designe elektriske transformerstationer er dog ikke en nem opgave, da mange faktorer skal tages i betragtning, lige fra klimatiske forhold til belastningens art.

trækkraft

Det er ikke kun hjem og virksomheder, der forbruger elektricitet. Alt er klart her, du skal anvende 220 volt AC i forhold til den neutrale bus eller 380 V mellem faser med en frekvens på 50 Hertz. Men der er også bymæssig el-transport. Sporvogne og trolleybusser kræver ikke en vekselspænding, men konstant. Og anderledes. Der skal være 750 volt på sporvognens kontaktledning (i forhold til jorden, det vil sige skinnerne), og trolleybussen skal have nul på den ene leder og 600 volt DC på den anden, gummihjulsbeskyttere er isolatorer. Det betyder, at der er behov for en separat meget kraftig understation. Elektrisk energi omdannes på den, det vil sige, den rettes op. Dens effekt er meget stor, strømmen i kredsløbet måles i tusindvis af ampere. Sådan en enhed kaldes en trækanordning.

Beskyttelse af understation

Både transformeren og den kraftige ensretter (i tilfælde af trækkraftforsyninger) er dyre. Hvis der eren nødsituation, nemlig en kortslutning, vil der opstå en strøm i det sekundære viklingskredsløb (og følgelig det primære). Det betyder, at ledernes tværsnit ikke beregnes. Den elektriske transformerstation vil begynde at varme op på grund af resistiv varmeudvikling. Hvis et sådant scenarie ikke er forudset, vil viklingstråden smelte eller brænde som følge af en kortslutning i nogen af de perifere linjer. For at forhindre dette i at ske, bruges forskellige metoder. Disse er differential-, gas- og overstrømsbeskyttelse.

Differential sammenligner strømværdierne i kredsløbet og sekundærviklingen. Gasbeskyttelsen aktiveres, når der opstår forbrændingsprodukter af isolering, olie osv. i luften. Strømbeskyttelse slukker for transformeren, når strømmen overstiger den maksim alt indstillede værdi.

Transformatorstationen bør automatisk lukke ned, også i tilfælde af et lynnedslag.

Typer af understationer

De er forskellige i kraft, formål og enhed. De af dem, der kun tjener til at øge eller mindske spændingen, kaldes transformator. Hvis en ændring i andre parametre også er påkrævet (enretning eller frekvensstabilisering), kaldes understationen en transformerende understation.

Ifølge deres arkitektoniske design kan understationer være fastgjort, indbygget (ved siden af hovedanlægget), intrashop (placeret inde i produktionsanlægget) eller repræsentere en separat hjælpebygning. I nogle tilfælde, når høj effekt ikke er påkrævet (når der organiseres strømforsyningsmå bebyggelser), anvendes mastestrukturen af transformerstationer. Nogle gange bruges kraftoverførselstårne til at placere transformatoren, hvorpå alt det nødvendige udstyr er monteret (sikringer, afledere, adskillere osv.).

Elektriske netværk og understationer er klassificeret efter spænding (op til 1000 kV eller mere, dvs. højspænding) og effekt (f.eks. fra 150 VA til 16 tusind kVA).

I henhold til det skematiske tegn på den eksterne forbindelse er understationer opdelt i nodal, blindgyde, gennemgående og gren.

Inde i celle

Rummet inde i transformerstationen, hvor transformatorerne, samleskinner og udstyr, der sikrer driften af hele enheden, kaldes kammeret. Det kan være indhegnet eller lukket. Forskellen mellem måderne at fremmedgøre det fra det omgivende rum er lille. Det lukkede kammer er et fuldstændigt isoleret rum, og det indhegnede rum er placeret bag ikke-faste (net eller gitter) vægge. De er som regel lavet af industrielle virksomheder i henhold til standarddesign. Vedligeholdelse af strømforsyningssystemer udføres af uddannet personale med tilladelse og de nødvendige kvalifikationer, bekræftet af et officielt dokument om tilladelse til at arbejde på højspændingsledninger. Driftstilsyn med driften af transformerstationen udføres af en vagthavende elektriker eller elingeniør, placeret i nærheden af hovedtavlen, som kan være placeret fjernt fra transformerstationen.

Distribution

Der er en anden vigtig funktion, som krafttransformatorstationen udfører. Elektrisk energi fordeles mellemforbrugere i henhold til deres standarder, og derudover skal belastningen af de tre faser være så ensartet som muligt. For at denne opgave skal kunne løses med succes, er der distributionsenheder. Koblingsudstyret fungerer ved samme spænding og indeholder enheder, der udfører kobling og beskytter ledninger mod overbelastning. Koblingsudstyret er forbundet med transformeren med sikringer og afbrydere (enkeltpolet, en for hver fase). Fordelingsenheder i henhold til placeringen er opdelt i åbne (placeret i det fri) og lukkede (placeret indendørs).

Sikkerhed

Alt arbejde udført i den elektriske transformerstation er klassificeret som særligt risikabelt, derfor kræver det nødforanst altninger for at sikre arbejdssikkerhed. Som udgangspunkt udføres reparationer og vedligeholdelse med hel eller delvis mørklægning. Efter at spændingen er afbrudt (elektrikere siger "fjernet"), forudsat at alle nødvendige tolerancer er på plads, er de strømførende stænger jordet for at forhindre utilsigtet aktivering. Advarselsskilte "Folk arbejder" og "Tænd ikke!" er også beregnet til dette. Personale, der betjener højspændingsstationer, uddannes systematisk, og de færdigheder og den opnåede viden overvåges periodisk. Tolerance nr. 4 giver ret til at udføre arbejde på elektriske installationer over 1 kV.