Què és una subestació elèctrica? Subestacions elèctriques i aparells de distribució

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2024-01-09 14:08

Els enginyers elèctrics saben què són les centrals elèctriques i les subestacions, per a què serveixen i com funcionen. Saben calcular la seva potència i tots els paràmetres necessaris, com ara el nombre de voltes, la secció del cable i les dimensions del circuit magnètic. Això s'ensenya als estudiants de les universitats tècniques i escoles tècniques. Les persones amb antecedents en arts liberals suposen que les estructures, sovint soles en forma de cases sense finestres (els amants del grafit els agrada pintar-les), són necessàries per subministrar energia a llars i negocis, i no haurien de ser penetrades, emblemes aterridors en forma de de calaveres i llamps parlen eloqüentment d'això unit a objectes perillosos. Potser molts no necessiten saber-ne més, però la informació mai és superflua.

Una mica de física

L'electricitat és una mercaderia que s'ha de pagar, i és una llàstima que es malgasti. I això, com en qualsevol producció, és inevitable, la tasca és només reduir les pèrdues innecessàries. L'energia és igual a la potència multiplicada pel temps, de manera que en un raonament posterior podem operar amb aquest concepte, per tantcom el temps flueix constantment, i és impossible tornar-lo enrere, com diu la cançó. L'energia elèctrica, en una aproximació aproximada, sense tenir en compte les càrregues reactives, és igual al producte de la tensió i el corrent. Si ho considerem amb més detall, el cosinus phi entrarà a la fórmula, que determina la relació de l'energia consumida amb el seu component útil, anomenat actiu. Però aquest important indicador no està directament relacionat amb la qüestió de per què es necessita una subestació. Per tant, l'energia elèctrica depèn dels dos principals contribuents a les lleis d'Ohm i Joule-Lenz, la tensió i el corrent. El corrent petit i l' alta tensió poden produir la mateixa potència que viceversa, alta corrent i baixa tensió. Sembla, quina diferència hi ha? I ho és, i molt gran.

Escalfar l'aire? Foc

Per tant, si utilitzeu la fórmula de la potència activa, obtindreu el següent:

P=U x I, on:

U és la tensió mesurada en volts;

I és el corrent mesurat en amperes;P és la potència mesurada en watts o volts -Ampers.

Però hi ha una altra fórmula que descriu la ja esmentada llei de Joule-Lenz, segons la qual la potència tèrmica alliberada durant el pas del corrent és igual al quadrat de la seva magnitud, multiplicat per la resistència del conductor. Escalfar l'aire al voltant de la línia elèctrica significa malgastar energia. Teòricament, aquestes pèrdues es poden reduir de dues maneres. El primer d'ells implica una disminució de la resistència, és a dir, un engrossiment dels cables. Com més gran sigui la secció transversal, menor serà la resistència iviceversa. Però tampoc vull malgastar metall en va, és car, el coure després de tot. A més, el doble consum del material conductor comportarà no només un augment del cost, sinó també una ponderació, que, al seu torn, comportarà un augment de la complexitat de la instal·lació de línies de gran alçada. I els suports seran més potents. I les pèrdues només es reduiran a la meitat.

Decisió

Per reduir l'escalfament dels cables durant la transmissió d'energia, cal reduir la quantitat de corrent que passa. Això és bastant clar, perquè reduir-lo a la meitat comportarà una reducció quatre vegades de les pèrdues. I si deu vegades? La dependència és quadràtica, això vol dir que les pèrdues seran cent vegades menys! Però la potència ha de ser "swing" igual, que necessita el conjunt de consumidors que l'esperen a l' altre extrem de la línia de transmissió elèctrica, de vegades a centenars de quilòmetres de la central elèctrica. La conclusió suggereix que és necessari augmentar la tensió en la mateixa quantitat que es redueix el corrent. La subestació transformadora a l'inici de la línia de transmissió està dissenyada només per a això. Els cables en surten sota una tensió molt alta, mesurada en desenes de quilovolts. Al llarg de la distància que separa la central tèrmica, la central hidroelèctrica o la central nuclear de la localitat on s'adreça, l'energia viatja amb un petit (relativament) corrent. El consumidor, en canvi, necessita rebre energia amb els paràmetres estàndard donats, que al nostre país corresponen a 220 volts (o 380 V interfàsic). Ara no necessitem un step-up, com a l'entrada d'una línia elèctrica, sinó una subestació reductora. L'energia elèctrica es subministra als dispositius de distribució perquè els llums estiguin encesos a les cases, iels rotors de les màquines giraven a les fàbriques.

Què hi ha a l'estand?

A partir de l'anterior, queda clar que la part més important d'una subestació és un transformador, i normalment un de trifàsic. Hi pot haver diversos. Per exemple, un transformador trifàsic es pot substituir per tres monofàsics. Un nombre més gran pot ser degut a l' alt consum d'energia. El disseny d'aquest dispositiu és diferent, però en qualsevol cas, té unes dimensions impressionants. Com més poder es dóna al consumidor, més seriosa sembla l'estructura. El dispositiu d'una subestació elèctrica, però, és més complex i inclou més que un transformador. També hi ha equips dissenyats per canviar i protegir una unitat cara, i més sovint per a la seva refrigeració. La part elèctrica de les estacions i subestacions també conté quadres de distribució equipats amb equips de control i mesura.

Transformador

La tasca principal d'aquesta estructura és transmetre energia al consumidor. Abans d'enviar, s'ha d'augmentar la tensió i, després de rebre-la, baixar-la al nivell estàndard.

Amb tot el fet que el circuit d'una subestació elèctrica inclou molts elements, el principal segueix sent un transformador. No hi ha cap diferència fonamental entre el dispositiu d'aquest producte en una font d'alimentació convencional d'un electrodomèstic i els dissenys industrials d' alta potència. El transformador està format per bobinatges (primari i secundari) i un circuit magnètic fet d'un ferroimant, és a dir, un material (metall) que amplifica el camp magnètic. Càlculd'aquest dispositiu és una tasca educativa bastant estàndard per a un estudiant d'una universitat tècnica. La principal diferència entre el transformador de la subestació i els seus homòlegs menys potents, que és notable, a més de la mida, és la presència d'un sistema de refrigeració, que és un conjunt de canonades que envolten els bobinatges escalfats. Dissenyar subestacions elèctriques, però, no és una tasca fàcil, ja que s'han de tenir en compte molts factors, que van des de les condicions climàtiques fins a la naturalesa de la càrrega.

Potència de tracció

No només les cases i les empreses consumeixen electricitat. Aquí tot està clar, cal aplicar 220 volts de CA en relació al bus neutre o 380 V entre fases a una freqüència de 50 Hertz. Però també hi ha transport elèctric urbà. Els tramvies i troleibusos requereixen una tensió no alterna, sinó constant. I diferent. Hi hauria d'haver 750 volts al cable de contacte del tramvia (en relació amb el terra, és a dir, els rails), i el troleibús necessita zero en un conductor i 600 volts CC a l' altre, els protectors de rodes de goma són aïllants. Això vol dir que es necessita una subestació separada molt potent. En ella es converteix energia elèctrica, és a dir, es rectifica. La seva potència és molt gran, el corrent al circuit es mesura en milers d'amperes. Aquest dispositiu s'anomena dispositiu d'esborrany.

Protecció de la subestació

Tant el transformador com el potent rectificador (en el cas de fonts d'alimentació de tracció) són cars. Si hi hauna situació d'emergència, és a dir, un curtcircuit, apareixerà un corrent al circuit de bobinatge secundari (i, en conseqüència, al primari). Això vol dir que no es calcula la secció transversal dels conductors. La subestació de transformació elèctrica començarà a escalfar-se a causa de la generació de calor resistiva. Si no es preveu aquest escenari, com a resultat d'un curtcircuit en qualsevol de les línies perifèriques, el cable de bobinat es fon o es crema. Per evitar que això passi, s'utilitzen diferents mètodes. Aquestes són proteccions diferencials, de gas i de sobreintensitat.

Diferencial compara els valors actuals del circuit i del bobinatge secundari. La protecció de gas s'activa quan apareixen a l'aire productes de combustió d'aïllament, oli, etc. La protecció de corrent apaga el transformador quan el corrent supera el valor màxim establert.

La subestació transformadora s'hauria d'apagar automàticament també en cas de caiguda d'un llamp.

Tipus de subestacions

Són diferents pel que fa a la potència, la finalitat i el dispositiu. Aquells d'ells que serveixen només per augmentar o disminuir la tensió s'anomenen transformador. Si també es requereix un canvi en altres paràmetres (rectificació o estabilització de freqüència), la subestació s'anomena subestació transformadora.

Segons el seu disseny arquitectònic, les subestacions poden ser adossades, encastades (adjacents a la instal·lació principal), intrabotiga (situades dins de la instal·lació de producció) o representar un edifici auxiliar independent. En alguns casos, quan no es requereix una gran potència (en organitzar la font d'alimentaciópetits assentaments), s'utilitza l'estructura de pal de les subestacions. De vegades s'utilitzen torres de transmissió d'energia per col·locar el transformador, sobre el qual es munta tot l'equip necessari (fusibles, pararrayos, seccionadors, etc.).

Les xarxes i subestacions elèctriques es classifiquen per tensió (fins a 1000 kV o més, és a dir, alta tensió) i potència (per exemple, de 150 VA a 16 mil kVA).

Segons el signe esquemàtic de la connexió externa, les subestacions es divideixen en nodals, sense sortida, passant i branca.

Dins de la cel·la

L'espai dins de la subestació, en el qual els transformadors, barres i equips que garanteixen el funcionament de tot l'aparell, s'anomena cambra. Es pot tancar o tancar. La diferència entre les maneres d'alienar-lo de l'espai circumdant és petita. La cambra tancada és una habitació completament aïllada, i la tancada es troba darrere de parets no sòlides (malla o gelosia). Estan fets, per regla general, per empreses industrials segons dissenys estàndard. El manteniment dels sistemes d'alimentació el realitza personal format amb l'autorització i la qualificació necessària, confirmada per un document oficial sobre el permís per treballar en línies d' alta tensió. La supervisió operativa del funcionament de la subestació la duu a terme un electricista o enginyer elèctric de servei, situat a prop del quadre de distribució principal, que pot estar situat a distància de la subestació.

Distribució

Hi ha una altra funció important que realitza la subestació elèctrica. L'energia elèctrica es distribueix entreconsumidors segons els seus estàndards i, a més, la càrrega de les tres fases ha de ser el més uniforme possible. Per tal que aquesta tasca es resolgui amb èxit, hi ha dispositius de distribució. L'aparell de commutació funciona a la mateixa tensió i conté dispositius que realitzen commutació i protegeixen les línies de la sobrecàrrega. L'aparell de commutació està connectat al transformador mitjançant fusibles i interruptors (unipolars, un per cada fase). Els dispositius de distribució segons la ubicació es divideixen en oberts (situats a l'aire lliure) i tancats (situats a l'interior).

Seguretat

Tots els treballs realitzats a la subestació elèctrica estan qualificats com a especialment arriscats, per tant, requereixen mesures d'emergència per garantir la seguretat laboral. Bàsicament, les reparacions i el manteniment es fan amb una apagada total o parcial. Després de desconnectar la tensió (els electricistes diuen "eliminat"), sempre que hi hagi totes les toleràncies necessàries, les barres que transporten corrent es posen a terra per evitar l'activació accidental. Els senyals d'advertència "La gent està treballant" i "No engegueu!" També estan pensats per a això. El personal que dóna servei a les subestacions d' alta tensió es forma de manera sistemàtica i es fa un seguiment periòdic de les habilitats i coneixements adquirits. La tolerància núm. 4 dóna dret a realitzar treballs en instal·lacions elèctriques superiors a 1 kV.