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Che cosa è una sottostazione elettrica? Sottostazioni elettriche e quadri elettrici

Gli specialisti dell'ingegneria elettrica sanno quali sono le stazioni elettriche e le sottostazioni, che cosa sono progettate e come sono organizzate. Sanno calcolare il loro potere e tutti i parametri necessari, come il numero di giri, la sezione trasversale del filo e le dimensioni del circuito magnetico. Questo viene insegnato agli studenti delle università tecniche e delle scuole tecniche. Le persone con un'educazione liberale sanno che gli edifici che spesso si trovano da soli sotto forma di case senza finestre (che amano gli amanti dei graffiti) sono necessari per alimentare le case e le imprese e non dovrebbero essere penetrate, emblemi sfuggenti sotto forma di teschi e fulmini che parlano in modo eloquente , Attaccato a oggetti pericolosi. Forse, molti non hanno bisogno di saperne di più, ma le informazioni non sono superflue.

Una piccola fisica

L'energia elettrica è una merce per cui è necessario pagare, ed è molto insultante se viene speso inutilmente. E questo, come per qualsiasi produzione, è inevitabile, il compito è solo quello di ridurre in perdite inesatte. L'energia è uguale al potere moltiplicato per il tempo, pertanto nel ragionamento ulteriore è possibile operare con questo concetto, dal momento che il tempo scorre costantemente e non è possibile tornare indietro, come viene cantato in una canzone. L'energia elettrica, in approssimazione approssimativa, senza tener conto dei carichi reattivi, è uguale al prodotto della tensione per corrente. Se lo consideriamo più in dettaglio, il coseno fi, che determina il rapporto dell'energia consumata con la sua componente utile, chiamata componente attiva, cade nella formula. Ma questo importante indicatore non ha alcuna relazione diretta con la questione del motivo per cui è necessaria una sottostazione. La potenza elettrica, quindi, dipende dai due principali partecipanti alle leggi di Ohm e di Joule-Lenz, la tensione e la corrente. La bassa corrente e l'alta tensione possono formare la stessa potenza come viceversa, alta corrente e bassa tensione. Sembra che sia la differenza? Ed è molto grande.

Riscaldare l'aria? Grazie!

Quindi, se si utilizza la formula di potenza attiva, si ottiene quanto segue:

  • P = U x I, dove:

    U è la tensione misurata in Volts;
    I è la corrente misurata in Ampere;
    P – potenza, misurata in Watt o Volt-amper.

Ma c'è un'altra formula che descrive la già menzionata legge Joule-Lenz secondo la quale il potere termico rilasciato quando i passaggi correnti sono uguali al quadrato della sua grandezza moltiplicato per la resistenza del conduttore. Per riscaldare l'aria che circonda la linea elettrica significa sprecare energia. E è possibile ridurre teoricamente queste perdite in due modi. Il primo di questi comporta una riduzione della resistenza, ossia un ispessimento dei fili. Più grande è la sezione trasversale, minore è la resistenza e viceversa. Ma non voglio spendere metallo inutilmente, è costoso, rame allo stesso modo. Inoltre, il doppio consumo di materiale conduttore non solo porterà ad un aumento dei costi, ma anche alla ponderazione, che a sua volta porterà ad un aumento della laboriosità delle linee di montaggio aumento. I supporti avranno bisogno di più potenti. E le perdite saranno ridotte solo per metà.

La soluzione

Per ridurre il riscaldamento dei fili durante il trasferimento di energia, è necessario ridurre la quantità di corrente di passaggio. Questo è abbastanza chiaro, perché la sua riduzione di metà consentirà di ridurre quattro volte le perdite. E se dieci volte? La dipendenza è quadratica, quindi le perdite saranno cento volte meno! Ma il potere deve "oscillare" lo stesso, che è necessario dall'insieme dei consumatori che lo aspettano all'altra estremità della linea elettrica, andando dalla centrale a volte a centinaia di chilometri. La conclusione è che è necessario aumentare la tensione per la stessa quantità di corrente ridotta. La sottostazione di trasformazione all'inizio della linea di trasmissione è destinata a questo scopo. Da esso, i fili vengono fuori sotto tensione molto elevata, misurata in decine di chilovi. Durante la distanza che separa la TPP, l'HPP o la centrale nucleare dalla località in cui è destinata, l'energia percorre una corrente relativamente piccola. Il consumatore deve ottenere il potere con i parametri standard predefiniti, che nel nostro paese corrispondono a 220 volt (o 380 V interfaccia). Adesso non abbiamo bisogno di aumentare, come all'ingresso della linea elettrica, ma una rampa di sottostazione. L'energia elettrica viene fornita ai distributori per accendere le case nelle case e i rotori delle macchine utensili sono stati girati nelle fabbriche.

Cosa c'è nel box?

Da quanto precede è chiaro che la parte più importante della sottostazione è un trasformatore, di solito trifase. Ci possono essere diversi. Ad esempio, un trasformatore trifase può essere sostituito da tre trasformatori monofase . Più quantità può essere dovuta all'elevato consumo energetico. Il design di questo dispositivo è diverso, ma comunque ha dimensioni impressionanti. Più il potere è dato al consumatore, tanto più serio la struttura sembra. L'installazione di una sottostazione elettrica, tuttavia, è più complessa e include non solo un trasformatore. Anche qui sono apparecchiature destinate a commutare e proteggere un'unità costosa, e anche più spesso per raffreddare. Un'altra parte elettrica delle stazioni e delle sottostazioni contiene i centralini dotati di apparecchiature di controllo e di misura.

trasformatore

Il compito principale di questa struttura è quello di portare energia al consumatore. Prima di inviare, la tensione deve essere aumentata e, dopo essere stata ricevuta, abbassarla al livello standard.

Malgrado il fatto che lo schema della sottostazione elettrica include molti elementi, la principale di essi è ancora un trasformatore. Non esiste alcuna differenza fondamentale tra il dispositivo di questo prodotto in un gruppo di alimentazione convenzionale di un apparecchio domestico e di campioni industriali ad alta potenza. Il trasformatore è costituito da avvolgimenti (primari e secondari) e un nucleo magnetico di ferromagnet, cioè un materiale (metallo) che rinforza il campo magnetico. Il calcolo di questo dispositivo è abbastanza un compito educativo standard per uno studente di un college tecnico. La differenza principale tra il trasformatore di sottostazione e le sue controparti meno potenti, colpendo oltre le sue dimensioni, è la presenza di un sistema di raffreddamento, che è una combinazione di tubazioni di petrolio che circondano le bobine di riscaldamento. Il progetto delle sottostazioni elettriche, tuttavia, non è un compito facile, in quanto molti fattori devono essere presi in considerazione, dalle condizioni climatiche alla natura del carico.

Potenza di trazione

Non solo case e imprese consumano elettricità. Qui tutto è chiaro, è necessario applicare 220 volt AC contro un bus neutro o 380 V tra le fasi con una frequenza di 50 hertz. Ma c'è anche un trasporto elettrico della città. I tram e gli autobus di trolley richiedono tensione non variabile, ma costante. E diverso. Sul filo del carrello, dovrebbero essere 750 volt (rispetto al suolo, cioè le rotaie) e il carrello è richiesto su un conduttore zero e 600 volt DC sull'altro, le protezioni della gomma sono isolanti. Quindi, abbiamo bisogno di una sottostazione molto potente. L'energia elettrica su di essa viene trasformata, cioè è raddrizzata. Il suo potere è molto alto, la corrente nel circuito è misurata in migliaia di ampere. Tale dispositivo è chiamato dispositivo di bozza.

Protezione della sottostazione

Sia un trasformatore che un potente dispositivo raddrizzatore (nel caso di alimentatori di trazione) sono costosi. Se si verifica una situazione di emergenza, ossia un cortocircuito, nel circuito secondario (e quindi primario) compare una corrente. Di conseguenza, la sezione dei conduttori non viene calcolata. La sottostazione del trasformatore elettrico inizia a riscaldarsi a causa della dissipazione di calore resistiva. Se non si prevede un tale scenario, quindi come risultato di un cortocircuito in una qualsiasi delle linee periferiche, il filo di avvolgimento si scioglierà o si brucerà. Per evitare questo, vengono utilizzati metodi diversi. Questa è la protezione differenziale, gas e massima corrente.

Differenziale confronta i valori della corrente nel circuito e l'avvolgimento secondario. La protezione del gas è innescata dall'apparenza nell'aria di isolamento dei prodotti di combustione, olio e così via. La protezione corrente disconnette il trasformatore quando la corrente supera il valore impostato massimo.

La sottostazione del trasformatore deve spegnersi automaticamente anche in caso di fulmini.

Tipi di sottostazioni

Sono diversi nel potere, nel proposito e nel dispositivo. Quelli di quelli che servono solo a aumentare o diminuire la tensione, sono chiamati trasformatori. Se è anche necessario modificare altri parametri (rettifica o stabilizzazione di frequenza), la sottostazione viene chiamata trasformazione.

In termini di progettazione architettonica, le sottostazioni sono incorporate, incorporate (adiacenti alla centrale principale), intra-officina (collocata all'interno dei locali di produzione) o un edificio ausiliario autonomo. In alcuni casi, quando non è richiesta un'alimentazione elevata (durante l'organizzazione dell'alimentazione di piccoli insediamenti) viene applicata la costruzione di albero delle sottostazioni. A volte per il posizionamento del trasformatore vengono utilizzati i supporti della linea di trasmissione su cui sono montati tutti gli equipaggiamenti necessari (fusibili, arrestatori, sezionatori, ecc.).

Le reti elettriche e le sottostazioni sono classificate per tensione (fino a 1000 kV o più, cioè ad alta tensione) e potenza (ad esempio da 150 VA a 16.000 kVA).

Secondo la caratteristica schematica della connessione esterna, le sottostazioni sono nodali, dead-end, through-pass e tap-off.

All'interno della fotocamera

Lo spazio all'interno della sottostazione in cui si trovano i trasformatori, i bus e le apparecchiature che forniscono il funzionamento dell'intero dispositivo sono chiamati telecamera. Può essere recintato o chiuso. La differenza tra i modi per alienarla dallo spazio circostante è piccola. La camera chiusa è una stanza completamente isolata, e la camera chiusa è dietro le pareti incomplete (rete o reticolo). Sono prodotte, di regola, da imprese industriali per progetti standard. La manutenzione dei sistemi di alimentazione avviene da personale addestrato con l'ammissione e la qualifica necessaria, confermata dal documento ufficiale sull'autorizzazione per lavorare su linee ad alta tensione. La supervisione operativa della sottostazione è eseguita da un elettricista o da un ingegnere elettrico a servizio, situato vicino al centralino principale, che può essere posizionato in remoto dalla sottostazione.

distribuzione

Esiste un'altra importante funzione svolta dalla sottostazione di potenza. L'energia elettrica viene distribuita tra i consumatori in base alle loro norme e, inoltre, il carico delle tre fasi dovrebbe essere il più uniforme possibile. Per poter risolvere con successo questo compito, ci sono degli switchgear. Le RU operano alla stessa tensione e contengono dispositivi che eseguono la commutazione e la protezione delle linee da sovraccarico. Con il trasformatore RU sono collegati con fusibili e interruttori (monopola, uno per ogni fase). I dispositivi di distribuzione nel luogo di posizionamento sono suddivisi in aperto (situato all'aria aperta) e chiusi (situati all'interno del locale).

sicurezza

Tutto il lavoro svolto in una sottostazione elettrica è classificato come particolarmente rischioso e pertanto richiede misure di emergenza per garantire la sicurezza del lavoro. In generale, le riparazioni e la manutenzione vengono effettuate con disattivazione totale o parziale. Dopo che la tensione è scollegata (gli elettricisti dicono "rimossi"), purché siano presenti tutte le tolleranze necessarie, le sbarre sono collegate a terra per evitare commutatori accidentali. Per questo, i segnali di avvertimento "Persone lavoro" e "Non includere!" Sono anche previste. Il personale addetto alle sottostazioni ad alta tensione viene sistematicamente addestrato e le competenze acquisite vengono periodicamente monitorate. La tolleranza n. 4 consente il lavoro su impianti elettrici superiori a 1 kV.