Was ist eine Umspannstation? Elektrische Umspannwerke und Sch altanlagen

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-09 14:08

Elektrotechniker wissen, was Kraftwerke und Umspannwerke sind, wozu sie dienen und wie sie funktionieren. Sie wissen, wie man ihre Leistung und alle notwendigen Parameter wie Windungszahl, Drahtquerschnitt und Abmessungen des Magnetkreises berechnet. Dies wird Studenten an technischen Universitäten und technischen Schulen gelehrt. Menschen mit einem geisteswissenschaftlichen Hintergrund vermuten, dass Strukturen, die oft allein in Form von fensterlosen Häusern stehen (Graffiti-Liebhaber lieben es, sie zu malen), benötigt werden, um Häuser und Unternehmen mit Strom zu versorgen, und sie sollten nicht durchdrungen werden, erschreckende Embleme in der Form Totenköpfe und Blitze sprechen beredt davon, dass sie an gefährlichen Gegenständen befestigt sind. Viele müssen vielleicht nicht mehr wissen, aber Informationen sind nie überflüssig.

Ein bisschen Physik

Strom ist ein Gut, für das man bezahlen muss, und es ist schade, wenn er verschwendet wird. Und dies ist wie bei jeder Produktion unvermeidlich, die Aufgabe besteht nur darin, unnötige Verluste zu reduzieren. Energie ist gleich Leistung multipliziert mit Zeit, also können wir in der weiteren Argumentation mit diesem Konzept arbeiten, sowie die Zeit unablässig verrinnt und man sie nicht zurückdrehen kann, wie es in dem Lied heißt. Die elektrische Leistung ist in grober Näherung ohne Berücksichtigung von Blindlasten gleich dem Produkt aus Spannung und Strom. Wenn wir es genauer betrachten, wird der Kosinus Phi in die Formel eingehen, die das Verhältnis der verbrauchten Energie zu ihrer nützlichen Komponente, die als aktiv bezeichnet wird, bestimmt. Dieser wichtige Indikator steht jedoch nicht in direktem Zusammenhang mit der Frage, warum eine Unterstation benötigt wird. Die elektrische Leistung hängt somit von den beiden Hauptbeiträgen zu den Gesetzen von Ohm und Joule-Lenz, Spannung und Strom, ab. Kleiner Strom und hohe Spannung können die gleiche Leistung erzeugen wie umgekehrt hoher Strom und niedrige Spannung. Es scheint, was ist der Unterschied? Und es ist sehr groß.

Die Luft erhitzen? Feuer

Wenn Sie also die Wirkleistungsformel verwenden, erh alten Sie Folgendes:

P=U x I, wobei:

U die in Volt gemessene Spannung ist;

I der in Ampere gemessene Strom ist;P die in Watt oder Volt gemessene Leistung ist -Ampere.

Aber es gibt noch eine andere Formel, die das bereits erwähnte Joule-Lenz-Gesetz beschreibt, wonach die beim Stromdurchgang freigesetzte Wärmeleistung gleich dem Quadrat ihrer Größe multipliziert mit dem Widerstand des Leiters ist. Das Erhitzen der Luft um die Stromleitung herum bedeutet Energieverschwendung. Theoretisch können diese Verluste auf zwei Arten reduziert werden. Der erste von ihnen beinh altet eine Abnahme des Widerstands, dh eine Verdickung der Drähte. Je größer der Querschnitt, desto geringer der Widerstand undund umgekehrt. Aber ich will auch kein Metall umsonst verschwenden, es ist teuer, Kupfer schließlich. Darüber hinaus führt der doppelte Verbrauch des Leitermaterials nicht nur zu einer Erhöhung der Kosten, sondern auch zu einer Gewichtung, was wiederum zu einer Erhöhung der Komplexität der Installation von Hochhausleitungen führt. Und die Stützen werden stärker gefordert. Und die Verluste werden nur halbiert.

Entscheidung

Um die Erwärmung von Drähten während der Stromübertragung zu reduzieren, ist es notwendig, die Menge des durchgelassenen Stroms zu reduzieren. Das ist ganz klar, denn eine Halbierung führt zu einer Vervierfachung der Verluste. Was wäre, wenn zehnmal? Die Abhängigkeit ist quadratisch, was bedeutet, dass die Verluste hundertmal geringer sind! Aber der Strom muss gleich „schwingen“, was von der Anhäufung von Verbrauchern benötigt wird, die am anderen Ende der Stromübertragungsleitung, manchmal Hunderte von Kilometern vom Kraftwerk entfernt, darauf warten. Die Schlussfolgerung liegt nahe, dass die Spannung um den gleichen Betrag erhöht werden muss, wie der Strom verringert wird. Das Umspannwerk am Anfang der Übertragungsleitung ist genau dafür ausgelegt. Drähte kommen unter einer sehr hohen Spannung heraus, die in zehn Kilovolt gemessen wird. Über die gesamte Entfernung, die das Wärmekraftwerk, Wasserkraftwerk oder Kernkraftwerk von dem Ort trennt, an dem es angesprochen wird, wird Energie mit einem kleinen (relativ) Strom übertragen. Der Verbraucher hingegen muss Strom mit den angegebenen Standardparametern erh alten, die in unserem Land 220 Volt (oder 380 V Phasenkopplung) entsprechen. Jetzt brauchen wir keine Step-up, wie am Eingang einer Stromleitung, sondern eine Step-down-Unterstation. Elektrische Energie wird an Verteilungsvorrichtungen geliefert, damit die Lichter in Häusern eingesch altet sind, undMaschinenrotoren drehten sich in Fabriken.

Was ist in der Kabine?

Aus dem Obigen geht hervor, dass der wichtigste Teil einer Unterstation ein Transformator ist, und normalerweise ein dreiphasiger. Es können mehrere sein. Beispielsweise kann ein dreiphasiger Transformator durch drei einphasige ersetzt werden. Eine größere Anzahl kann auf den hohen Stromverbrauch zurückzuführen sein. Das Design dieses Geräts ist anders, aber in jedem Fall hat es beeindruckende Dimensionen. Je mehr Leistung an den Verbraucher abgegeben wird, desto seriöser wirkt der Aufbau. Das Gerät einer Umspannstation ist jedoch komplexer und umfasst mehr als nur einen Transformator. Es gibt auch Geräte, die zum Sch alten und Schützen einer teuren Einheit und meistens zu ihrer Kühlung ausgelegt sind. Der elektrische Teil der Stationen und Unterstationen enthält auch Sch alttafeln, die mit Steuer- und Messeinrichtungen ausgestattet sind.

Transformator

Die Hauptaufgabe dieser Struktur ist es, Energie zum Verbraucher zu transportieren. Vor dem Senden muss die Spannung erhöht und nach dem Empfang auf das Standardniveau abgesenkt werden.

Trotz der Tatsache, dass der Stromkreis einer Umspannstation viele Elemente enthält, ist das Hauptelement immer noch ein Transformator. Es gibt keinen grundsätzlichen Unterschied zwischen der Einrichtung dieses Produkts in einer herkömmlichen Stromversorgung eines Haush altsgeräts und Hochleistungs-Industriedesigns. Der Transformator besteht aus Wicklungen (primär und sekundär) und einem Magnetkreis aus einem Ferromagneten, dh einem Material (Metall), das das Magnetfeld verstärkt. Berechnungdieses Gerätes ist für einen Studenten einer Technischen Hochschule eine ganz normale Ausbildungsaufgabe. Der Hauptunterschied zwischen dem Umspannwerkstransformator und seinen weniger leistungsstarken Gegenstücken, der neben der Größe auffällt, ist das Vorhandensein eines Kühlsystems, bei dem es sich um eine Reihe von Ölleitungen handelt, die die beheizten Wicklungen umgeben. Das Entwerfen von Umspannwerken ist jedoch keine leichte Aufgabe, da viele Faktoren berücksichtigt werden müssen, von den klimatischen Bedingungen bis zur Art der Last.

Zugkraft

Nicht nur Haush alte und Unternehmen verbrauchen Strom. Hier ist alles klar, Sie müssen 220 Volt Wechselstrom relativ zum neutralen Bus oder 380 V zwischen den Phasen mit einer Frequenz von 50 Hertz anlegen. Aber es gibt auch städtische Elektromobilität. Straßenbahnen und Trolleybusse benötigen eine Spannung, die nicht alternierend, sondern konstant ist. Und anders. Auf dem Fahrdraht der Straßenbahn sollten 750 Volt anliegen (relativ zum Boden, dh zu den Schienen), und der Oberleitungsbus braucht auf einem Leiter null und auf dem anderen 600 Volt Gleichstrom, Radschützer aus Gummi sind Isolatoren. Dies bedeutet, dass eine separate, sehr leistungsstarke Unterstation benötigt wird. An ihm wird elektrische Energie umgewandelt, also gleichgerichtet. Seine Leistung ist sehr groß, der Strom im Stromkreis wird in Tausenden von Ampere gemessen. Ein solches Gerät wird Zuggerät genannt.

Unterstationsschutz

Sowohl der Trafo als auch der leistungsstarke Gleichrichter (bei Bahnstromversorgungen) sind teuer. Wenn da istIn einer Notfallsituation, nämlich einem Kurzschluss, tritt ein Strom im Sekundärwicklungskreis (und folglich im Primärkreis) auf. Das bedeutet, dass der Querschnitt der Leiter nicht berechnet wird. Die elektrische Umspannstation beginnt sich aufgrund der Erzeugung von Widerstandswärme aufzuheizen. Wenn ein solches Szenario nicht vorgesehen ist, schmilzt oder brennt der Wicklungsdraht infolge eines Kurzschlusses in einer der peripheren Leitungen. Um dies zu verhindern, werden verschiedene Methoden angewendet. Dies sind Differential-, Gas- und Überstromschutz.

Differential vergleicht die Stromwerte in der Sch altung und der Sekundärwicklung. Der Gasschutz wird aktiviert, wenn Verbrennungsprodukte von Isolierung, Öl usw. in der Luft erscheinen. Der Stromschutz sch altet den Transformator ab, wenn der Strom den maximal eingestellten Wert überschreitet.

Das Umspannwerk soll auch bei einem Blitzeinschlag automatisch absch alten.

Unterstationstypen

Sie unterscheiden sich in Macht, Zweck und Gerät. Diejenigen von ihnen, die nur dazu dienen, die Spannung zu erhöhen oder zu verringern, werden Transformator genannt. Wenn auch eine Änderung anderer Parameter erforderlich ist (Gleichrichtung oder Frequenzstabilisierung), wird das Umspannwerk als Umspannwerk bezeichnet.

Umspannwerke können je nach architektonischer Gest altung angebaut, eingebaut (neben dem Hauptgebäude), intrashop (innerhalb des Produktionsgebäudes) oder ein separates Nebengebäude darstellen. In einigen Fällen, wenn keine hohe Leistung erforderlich ist (bei der Organisation der Stromversorgungkleine Siedlungen) wird die Maststruktur von Umspannwerken verwendet. Manchmal werden Strommasten verwendet, um den Transformator zu platzieren, auf dem alle erforderlichen Geräte montiert sind (Sicherungen, Ableiter, Trennsch alter usw.).

Elektrische Netze und Umspannwerke werden nach Spannung (bis zu 1000 kV oder mehr, d. h. Hochspannung) und Leistung (z. B. von 150 VA bis 16.000 kVA) klassifiziert.

Nach dem schematischen Zeichen der Außenverbindung werden Umspannwerke in Knoten, Sackgasse, Durchgang und Abzweigung unterteilt.

In der Zelle

Der Raum innerhalb des Umspannwerks, in dem sich die Transformatoren, Sammelschienen und Geräte befinden, die den Betrieb des gesamten Geräts gewährleisten, wird als Kammer bezeichnet. Es kann eingezäunt oder geschlossen sein. Der Unterschied zwischen den Möglichkeiten der Entfremdung vom umgebenden Raum ist gering. Die geschlossene Kammer ist ein vollständig isolierter Raum, und die eingezäunte befindet sich hinter nicht massiven (Maschen- oder Gitter-) Wänden. Sie werden in der Regel von Industrieunternehmen nach Standardausführungen hergestellt. Die Wartung von Stromversorgungssystemen wird von geschultem Personal mit Genehmigung und den erforderlichen Qualifikationen durchgeführt, die durch ein amtliches Dokument über die Genehmigung zum Arbeiten an Hochspannungsleitungen bestätigt werden. Die Betriebsüberwachung des Betriebs der Umspannstation wird von einem diensthabenden Elektriker oder Energietechniker durchgeführt, der sich in der Nähe der Hauptsch alttafel befindet, die von der Umspannstation entfernt sein kann.

Verteilung

Es gibt noch eine weitere wichtige Funktion, die das Umspannwerk erfüllt. Elektrische Energie wird zwischen verteiltVerbraucher nach ihren Normen, außerdem sollte die Belastung der drei Phasen möglichst gleichmäßig sein. Damit diese Aufgabe erfolgreich gelöst werden kann, gibt es Verteilgeräte. Die Sch altanlage arbeitet mit der gleichen Spannung und enthält Geräte, die das Sch alten durchführen und die Leitungen vor Überlastung schützen. Die Sch altanlage ist über Sicherungen und Trennsch alter (einpolig, einer für jede Phase) mit dem Transformator verbunden. Verteilergeräte werden je nach Standort in offene (im Freien aufgestellt) und geschlossene (innen aufgestellt) unterteilt.

Sicherheit

Alle Arbeiten im Umspannwerk sind als besonders riskant eingestuft und erfordern daher Sofortmaßnahmen zur Gewährleistung der Arbeitssicherheit. Grundsätzlich werden Reparaturen und Wartungen bei einem kompletten oder teilweisen Blackout durchgeführt. Nach dem Absch alten der Spannung (Elektriker sagen "entfernt") werden, sofern alle notwendigen Toleranzen vorhanden sind, die stromführenden Schienen geerdet, um ein unbeabsichtigtes Einsch alten zu verhindern. Auch Warnschilder „Es wird gearbeitet“und „Nicht einsch alten!“sind dafür vorgesehen. Das Personal, das Hochspannungssch altanlagen bedient, wird systematisch geschult, und die Fähigkeiten und erworbenen Kenntnisse werden regelmäßig überwacht. Toleranz Nr. 4 berechtigt zur Durchführung von Arbeiten an elektrischen Anlagen über 1 kV.