Što je električna trafostanica? Električne trafostanice i razvodni uređaji

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-09 14:11

Inženjeri elektrotehnike znaju što su elektrane i trafostanice, čemu služe i kako rade. Znaju izračunati svoju snagu i sve potrebne parametre, kao što su broj zavoja, presjek žice i dimenzije magnetskog kruga. Ovo se uči studentima na tehničkim sveučilištima i tehničkim školama. Ljudi s pozadinom slobodne umjetnosti pretpostavljaju da su strukture, koje često stoje same u obliku kuća bez prozora (ljubitelji grafita ih vole slikati), potrebne za opskrbu električnom energijom domova i poduzeća, te da u njih ne bi trebalo prodrijeti, zastrašujući amblemi u obliku lubanja i munja rječito govore o tome pričvršćeni za opasne predmete. Možda mnogi ne moraju znati više, ali informacije nikad nisu suvišne.

Malo fizike

Struja je roba koju morate platiti, a 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 s vremenom, pa u daljnjem razmišljanju možemo operirati ovim pojmom, 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 njegovom korisnom komponentom, koja se naziva aktivnom. Ali ovaj važan pokazatelj nije izravno 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 jest, i vrlo velik.

Zagrijati zrak? Vatra

Dakle, ako koristite formulu aktivne snage, dobivate 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-Lenzov zakon, prema kojem je toplinska snaga oslobođena tijekom prolaska struje jednaka kvadratu njezine veličine, pomnoženoj s otporom vodiča. Zagrijavanje zraka oko dalekovoda znači trošenje energije. Teoretski se ti gubici mogu smanjiti na dva načina. Prvi od njih uključuje smanjenje otpora, odnosno zadebljanje žica. Što je veći poprečni presjek, manji je otpor iobratno. Ali isto tako ne želim uzalud trošiti 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 tijekom prijenosa energije, potrebno je smanjiti količinu prolazne struje. To je sasvim jasno, jer prepolovljenje će dovesti do četverostrukog smanjenja gubitaka. Što ako deset puta? Ovisnost je kvadratna, što znači da će gubici biti sto puta manji! Ali snaga mora biti "ljuljačka" 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 isti iznos koliko se smanjuje struja. Transformatorska podstanica na početku dalekovoda je dizajnirana upravo za to. Iz njega izlaze žice pod vrlo visokim naponom, mjerenim u desecima kilovolti. Na cijeloj udaljenosti koja odvaja termoelektranu, hidroelektranu ili nuklearnu elektranu od mjesta na kojem se obraća, energija putuje malom (relativno) strujom. Potrošač, pak, treba primiti struju sa zadanim standardnim parametrima, koji kod nas odgovaraju 220 volti (odnosno 380 V međufaza). Sada nam ne treba pojačanje, kao na ulazu dalekovoda, već opadajuća trafostanica. Električna energija se dovodi do distribucijskih uređaja tako da se u kućama pali rasvjeta irotori strojeva vrtjeli su se u tvornicama.

Što je u separeu?

Iz navedenog je jasno da je najvažniji dio u trafostanici transformator, i to obično trofazni. Može ih biti nekoliko. Na primjer, trofazni transformator može se zamijeniti s tri jednofazna. Veći broj može biti posljedica 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. Uređaj električne podstanice je, međutim, složeniji i uključuje više od samog transformatora. Tu je i oprema namijenjena prebacivanju i zaštiti skupe jedinice, a najčešće za njeno hlađenje. Električni dio stanica i trafostanica također sadrži centrale opremljene kontrolno-mjernom opremom.

Transformer

Glavni zadatak ove strukture je prenijeti energiju potrošaču. Prije slanja napon se mora povećati, a nakon prijema spustiti na standardnu razinu.

Uz svu činjenicu da strujni krug 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 namota (primarnog i sekundarnog) i magnetskog kruga izrađenog od feromagneta, odnosno materijala (metala) koji pojačava magnetsko polje. Izračunovog uređaja sasvim je standardan obrazovni zadatak za studenta tehničkog sveučilišta. Glavna razlika između transformatora trafostanice i njegovih manje snažnih kolega, koja je uočljiva, osim u veličini, je prisutnost sustava hlađenja, koji je skup uljnih cjevovoda koji okružuju grijane namote. Projektiranje električnih podstanica, međutim, nije lak zadatak, jer se moraju uzeti u obzir mnogi čimbenici, u rasponu od klimatskih uvjeta do prirode opterećenja.

Vučna snaga

Ne troše struju samo kuće i tvrtke. Ovdje je sve jasno, trebate primijeniti 220 volti AC u odnosu na neutralnu sabirnicu ili 380 V između faza na frekvenciji od 50 Hertz. Ali postoji i gradski električni prijevoz. Tramvaji i trolejbusi zahtijevaju napon koji nije izmjeničan, već stalan. I drugačije. Na kontaktnoj žici tramvaja (u odnosu na tlo, odnosno tračnice) treba biti 750 volti, a trolejbusu na jednom vodiču treba nula, a na drugom 600 volti DC, gumeni štitnici kotača su izolatori. To znači da je potrebna zasebna vrlo snažna trafostanica. Na njemu se pretvara, odnosno ispravlja električna energija. Njegova snaga je vrlo velika, struja u krugu se mjeri u tisućama ampera. Takav se uređaj zove uređaj za nacrt.

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, posljedično, primarnom). To znači da se poprečni presjek vodiča ne izračunava. Električna transformatorska podstanica počet će se zagrijavati zbog otporne proizvodnje topline. Ako se takav scenarij ne predvidi, tada će se kao rezultat kratkog spoja u bilo kojem od perifernih vodova žica za namota rastopiti ili izgorjeti. Kako se to ne bi dogodilo, koriste se različite metode. To su diferencijalne, plinske i prekostrujne zaštite.

Diferencijal uspoređuje trenutne vrijednosti u krugu i sekundarnom namotu. Plinska zaštita se aktivira kada se u zraku pojave produkti izgaranja izolacije, ulja i sl. Strujna zaštita isključuje transformator kada struja prijeđe maksimalnu postavljenu vrijednost.

Trafostanica bi se trebala automatski isključiti iu slučaju udara groma.

Vrste trafostanica

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.

Trafostanice prema svom arhitektonskom projektu mogu biti priključne, ugradbene (uz glavni objekt), unutarprodavne (smještene unutar proizvodnog pogona) ili predstavljati zasebnu 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 tornjevi za prijenos energije, na koje se montira sva potrebna oprema (osigurači, odvodnici, rastavljači itd.).

Električne mreže i trafostanice klasificiraju se prema naponu (do 1000 kV ili više, odnosno visokom naponu) i snazi (na primjer, od 150 VA do 16 tisuća kVA).

Prema shematskom 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 ograđena ili zatvorena. Razlika između načina otuđivanja od okolnog prostora je mala. Zatvorena komora je potpuno izolirana prostorija, a ograđena se nalazi iza nepunih (mrežastih ili rešetkastih) zidova. Izrađuju ih, u pravilu, industrijska poduzeća prema standardnim projektima. Održavanje elektroenergetskih sustava obavlja obučeno osoblje s dopuštenjem i potrebnim kvalifikacijama, potvrđenim službenim dokumentom o dopuštenju za rad na visokonaponskim vodovima. Operativni nadzor rada 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 triju faza treba biti što ujednačenije. Kako bi ovaj zadatak bio uspješno riješen, postoje razdjelni uređaji. Rasklopni uređaj radi na istom naponu i sadrži uređaje koji vrše preklapanje i štite vodove od preopterećenja. Rasklopni uređaj je na transformator spojen osiguračima i prekidačima (jednopolni, po jedan za svaku fazu). Uređaji za distribuciju prema lokaciji dijele se na otvorene (nalaze se na otvorenom) i zatvorene (nalaze se u zatvorenom prostoru).

Sigurnost

Svi radovi koji se obavljaju u trafostanici klasificirani su kao posebno rizični, stoga zahtijevaju hitne mjere radi osiguranja sigurnosti rada. U osnovi, popravci i održavanje se provode s potpunim ili djelomičnim zamračenjem. Nakon što se napon isključi (električari kažu "uklonjeno"), pod uvjetom da postoje 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 za opsluživanje visokonaponskih trafostanica sustavno se osposobljava, a vještine i stečena znanja povremeno se prate. Tolerancija br. 4 daje pravo izvođenja radova na električnim instalacijama iznad 1 kV.