Šta je električna podstanica? Električne trafostanice i razvodna postrojenja

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-09 14:07

Elektroinženjeri znaju šta su elektrane i trafostanice, čemu služe i kako rade. Znaju izračunati svoju snagu i sve potrebne parametre, kao što su broj zavoja, poprečni presjek žice i dimenzije magnetnog kola. Ovo se uči studentima na tehničkim univerzitetima i tehničkim školama. Ljudi s pozadinom liberalnih umjetnosti pretpostavljaju da su strukture, koje često stoje same u obliku kuća bez prozora (ljubitelji grafita ih vole slikati), potrebne za snabdijevanje kućama i poslovnim prostorima strujom i da u njih ne bi trebalo prodrijeti, zastrašujući amblemi u obliku lubanja i munja rječito govore o tome vezani za opasne predmete. Možda mnogi ne moraju znati više, ali informacije nikada nisu suvišne.

Malo fizike

Struja je roba koju morate platiti, i šteta je ako se troši. I to je, kao i u svakoj proizvodnji, neizbježno, zadatak je samo smanjiti nepotrebne gubitke. Energija je jednaka snazi pomnoženoj vremenom, pa u daljem rasuđivanju možemo operirati ovim konceptom, daklekako vrijeme neprestano teče, a nemoguće ga je vratiti, kako pjesma kaže. Električna snaga, u gruboj aproksimaciji, bez uzimanja u obzir reaktivnih opterećenja, jednaka je umnošku napona i struje. Ako to razmotrimo detaljnije, kosinus phi će ući u formulu, koja određuje omjer potrošene energije s njenom korisnom komponentom, koja se naziva aktivnom. Ali ovaj važan pokazatelj nije direktno povezan s pitanjem zašto je potrebna trafostanica. Električna snaga stoga ovisi o dva glavna faktora koji doprinose Ohmovim i Joule-Lenzovim zakonima, naponu i struji. Mala struja i visoki napon mogu proizvesti istu snagu kao i obrnuto, visoka struja i niski napon. Čini se, u čemu je razlika? I jeste, i veoma veliko.

Zagrijati zrak? Vatra

Dakle, ako koristite formulu aktivne snage, dobijate sljedeće:

P=U x I, gdje je:

U napon izmjeren u voltima;

I je struja izmjerena u amperima;P je snaga izmjerena u vatima ili voltima -Ampera.

Ali postoji još jedna formula koja opisuje već spomenuti Joule-Lenz zakon, prema kojem je toplinska snaga oslobođena tokom prolaska struje jednaka kvadratu njene veličine, pomnoženoj sa otporom provodnika. Zagrijavanje zraka oko dalekovoda znači trošenje energije. Teoretski, ovi gubici se mogu smanjiti na dva načina. Prvi od njih uključuje smanjenje otpora, odnosno zadebljanje žica. Što je veći poprečni presjek, manji je otpor iobrnuto. Ali isto tako ne želim uzalud da trošim metal, skup je, ipak bakar. Osim toga, dvostruka potrošnja materijala vodiča dovest će ne samo do povećanja troškova, već i do ponderiranja, što će zauzvrat dovesti do povećanja složenosti instalacije visokih vodova. A oslonci će biti potrebni snažniji. A gubici će se samo prepoloviti.

Odluka

Da biste smanjili zagrijavanje žica tokom prijenosa energije, potrebno je smanjiti količinu prolazne struje. To je sasvim jasno, jer će prepolovljenje dovesti do četverostrukog smanjenja gubitaka. Šta ako deset puta? Zavisnost je kvadratna, što znači da će gubici biti sto puta manji! Ali snaga mora da se "ljulja" ista, što je potrebno skupu potrošača koji je čeka na drugom kraju dalekovoda, ponekad i stotinama kilometara od elektrane. Zaključak se nameće da je potrebno povećati napon za onoliko koliko se smanjuje struja. Transformatorska podstanica na početku dalekovoda je dizajnirana upravo za to. Iz njega izlaze žice pod vrlo visokim naponom, mjerenim u desetinama kilovolti. Na cijeloj udaljenosti koja odvaja termoelektranu, hidroelektranu ili nuklearnu elektranu od lokaliteta na kojem se obraća, energija putuje malom (relativno) strujom. Potrošač, s druge strane, treba da dobije struju sa zadatim standardnim parametrima, koji kod nas odgovaraju 220 volti (odnosno 380 V međufaza). Sada nam ne treba pojačanje, kao na ulazu dalekovoda, već niža trafostanica. Električna energija se dovodi do distributivnih uređaja tako da se u kućama pali rasvjeta irotori mašina su se vrteli u fabrikama.

Šta je u separeu?

Iz navedenog je jasno da je najvažniji dio u trafostanici transformator, i to najčešće trofazni. Možda ih ima nekoliko. Na primjer, trofazni transformator može se zamijeniti s tri jednofazna. Veći broj može biti zbog velike potrošnje energije. Dizajn ovog uređaja je drugačiji, ali u svakom slučaju ima impresivne dimenzije. Što se više snage daje potrošaču, to struktura izgleda ozbiljnije. Međutim, uređaj električne podstanice je složeniji i uključuje više od samog transformatora. Postoji i oprema dizajnirana za prebacivanje i zaštitu skupe jedinice, a najčešće za njeno hlađenje. Električni dio stanica i trafostanica sadrži i centrale opremljene kontrolno-mjernom opremom.

Transformer

Glavni zadatak ove strukture je prenošenje energije do potrošača. Prije slanja napon se mora povećati, a nakon prijema spustiti na standardni nivo.

Uz svu činjenicu da kolo električne trafostanice uključuje mnogo elemenata, glavni je ipak transformator. Ne postoji temeljna razlika između uređaja ovog proizvoda u konvencionalnom napajanju kućanskih aparata i industrijskih dizajna velike snage. Transformator se sastoji od namotaja (primarnog i sekundarnog) i magnetnog kola napravljenog od feromagneta, odnosno materijala (metala) koji pojačava magnetsko polje. Kalkulacijaovog uređaja je sasvim standardan obrazovni zadatak za studenta tehničkog fakulteta. Glavna razlika između transformatora trafostanice i njegovih manje snažnih kolega, koja je upadljiva, osim u veličini, je i prisustvo rashladnog sistema, koji je skup uljnih cjevovoda koji okružuju grijane namote. Projektovanje električnih podstanica, međutim, nije lak zadatak, jer se moraju uzeti u obzir mnogi faktori, u rasponu od klimatskih uslova do prirode opterećenja.

Vučna snaga

Ne troše struju samo kuće i preduzeća. Ovdje je sve jasno, potrebno je primijeniti 220 volti AC u odnosu na neutralnu sabirnicu ili 380 V između faza na frekvenciji od 50 herca. Ali postoji i gradski električni transport. Tramvaji i trolejbusi zahtijevaju napon koji nije naizmjeničan, već konstantan. I drugačije. Na kontaktnoj žici tramvaja (u odnosu na tlo, odnosno šine) treba da bude 750 volti, a trolejbusu je potrebna nula na jednom provodniku i 600 volti DC na drugom, gumeni štitnici točkova su izolatori. To znači da je potrebna posebna vrlo moćna trafostanica. Na njemu se pretvara, odnosno ispravlja električna energija. Njegova snaga je vrlo velika, struja u kolu se mjeri u hiljadama ampera. Takav uređaj se naziva nacrtni uređaj.

Zaštita trafostanice

I transformator i moćni ispravljač (u slučaju vučnih izvora napajanja) su skupi. Ako imau hitnoj situaciji, odnosno kratkom spoju, struja će se pojaviti u krugu sekundarnog namota (i, prema tome, primarnom). To znači da se poprečni presjek provodnika ne izračunava. Električna transformatorska podstanica će se početi zagrijavati zbog otporne proizvodnje topline. Ako se takav scenarij ne predvidi, tada će se kao rezultat kratkog spoja u bilo kojoj od perifernih linija žica za namotaje otopiti ili izgorjeti. Da se to ne dogodi, koriste se različite metode. Ovo su diferencijalne, plinske i prekostrujne zaštite.

Diferencijal uspoređuje trenutne vrijednosti u kolu i sekundarnom namotu. Zaštita od gasa se aktivira kada se u vazduhu pojave produkti sagorevanja izolacije, ulja itd. Strujna zaštita isključuje transformator kada struja pređe maksimalnu podešenu vrijednost.

Trafostanica bi se trebala automatski isključiti iu slučaju udara groma.

Vrste podstanica

Razlikuju se po snazi, namjeni i uređaju. Oni od njih koji služe samo za povećanje ili smanjenje napona nazivaju se transformatori. Ako je potrebna i promjena drugih parametara (ispravljanje ili stabilizacija frekvencije), tada se trafostanica naziva transformatorska trafostanica.

Prema svom arhitektonskom projektu, trafostanice mogu biti priključne, ugradne (uz glavni objekat), unutarprodavne (smještene unutar proizvodnog pogona) ili predstavljaju posebnu pomoćnu zgradu. U nekim slučajevima, kada nije potrebna velika snaga (prilikom organiziranja napajanjamala naselja), koristi se jarbolna konstrukcija trafostanica. Ponekad se za postavljanje transformatora koriste stubovi za prenos energije na koji se montira sva potrebna oprema (osigurači, odvodnici, rastavljači itd.).

Električne mreže i trafostanice se klasifikuju po naponu (do 1000 kV ili više, odnosno visokom naponu) i snazi (na primer, od 150 VA do 16 hiljada kVA).

Prema šematskom znaku eksterne veze, trafostanice se dijele na čvorne, slijepe, prolazne i grane.

Unutar ćelije

Prostor unutar trafostanice, u kojem se nalaze transformatori, sabirnice i oprema koja osigurava rad cijelog uređaja, naziva se komora. Može biti ograđen ili zatvoren. Razlika između načina otuđenja od okolnog prostora je mala. Zatvorena komora je potpuno izolirana prostorija, a ograđena se nalazi iza nepunih (mrežastih ili rešetkastih) zidova. Izrađuju ih, po pravilu, industrijska preduzeća prema standardnim projektima. Održavanje sistema za napajanje vrši obučeno osoblje sa dozvolom i potrebnim kvalifikacijama, potvrđenim službenim dokumentom o dozvoli za rad na visokonaponskim vodovima. Operativni nadzor nad radom trafostanice vrši dežurni električar ili energetičar, koji se nalazi u blizini glavne centrale, koja se može nalaziti i udaljeno od trafostanice.

Distribucija

Postoji još jedna važna funkcija koju trafostanica obavlja. Električna energija se distribuira izmeđupotrošača prema njihovim standardima, a uz to, opterećenje tri faze treba da bude što ujednačenije. Da bi ovaj zadatak bio uspješno riješen, postoje razdjelni uređaji. Rasklopni uređaj radi na istom naponu i sadrži uređaje koji vrše komutaciju i štite vodove od preopterećenja. Rasklopni uređaj je na transformator povezan osiguračima i prekidačima (jednopolni, po jedan za svaku fazu). Razvodni uređaji prema lokaciji se dijele na otvorene (nalaze se na otvorenom) i zatvorene (nalaze se u zatvorenom prostoru).

Sigurnost

Svi radovi koji se izvode u trafostanici klasifikovani su kao posebno rizični, stoga su potrebne hitne mjere kako bi se osigurala sigurnost rada. U osnovi, popravci i održavanje se izvode s potpunim ili djelomičnim zamračenjem. Nakon što se napon isključi (električari kažu "uklonjeno"), pod uslovom da su postavljene sve potrebne tolerancije, strujne šipke su uzemljene kako bi se spriječilo slučajno aktiviranje. Za to su također namijenjeni znakovi upozorenja “Ljudi rade” i “Ne pali!”. Osoblje koje opslužuje visokonaponske trafostanice se sistematski obučava, a veštine i stečena znanja se periodično prate. Tolerancija br.4 daje pravo izvođenja radova na elektro instalacijama preko 1 kV.