ما هي المحطة الكهربائية الفرعية؟ المحطات الكهربائية والمفاتيح الكهربائية

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

يعرف مهندسو الكهرباء ماهية محطات الطاقة والمحطات الفرعية ، وما الغرض منها وكيف تعمل. يعرفون كيفية حساب قوتهم وجميع المعلمات الضرورية ، مثل عدد الدورات والمقطع العرضي للسلك وأبعاد الدائرة المغناطيسية. يتم تدريس هذا للطلاب في الجامعات الفنية والمدارس الفنية. يعتقد الأشخاص ذوو الخلفية الفنية الليبرالية أن الهياكل ، التي غالبًا ما تقف بمفردها في شكل منازل بدون نوافذ (يحب عشاق الكتابة على الجدران رسمها) ، هناك حاجة لتزويد المنازل والشركات بالطاقة ، ولا ينبغي اختراقها ، مما يؤدي إلى ظهور شعارات مخيفة في الشكل من الجماجم ومسامير الصواعق تتحدث ببلاغة عن هذا الأمر المرتبط بالأشياء الخطرة. ربما لا يحتاج الكثيرون إلى معرفة المزيد ، لكن المعلومات لا لزوم لها أبدًا.

قليلا من الفيزياء

الكهرباء سلعة عليك أن تدفع ثمنها ، ومن العار أن تضيع. وهذا ، كما هو الحال في أي إنتاج ، أمر حتمي ، والمهمة هي فقط تقليل الخسائر غير الضرورية. الطاقة تساوي القوة مضروبة في الوقت ، لذلك في مزيد من التفكير يمكننا العمل مع هذا المفهوم ، لذلككيف يتدفق الوقت باستمرار ، ومن المستحيل إعادته كما تقول الأغنية. الطاقة الكهربائية ، بالتقريب التقريبي ، دون مراعاة الأحمال التفاعلية ، تساوي ناتج الجهد والتيار. إذا نظرنا إليها بمزيد من التفصيل ، فإن جيب التمام phi سيدخل الصيغة ، التي تحدد نسبة الطاقة المستهلكة مع مكونها المفيد ، المسمى نشط. لكن هذا المؤشر المهم لا يرتبط مباشرة بمسألة سبب الحاجة إلى محطة فرعية. وبالتالي تعتمد الطاقة الكهربائية على المساهمين الرئيسيين في قوانين أوم وجول لينز ، الجهد والتيار. يمكن أن ينتج التيار الصغير والجهد العالي نفس الطاقة مثل العكس ، التيار العالي والجهد المنخفض. يبدو ، ما هو الفرق؟ وهي كبيرة جدا

تسخين الهواء؟ حريق

لذا ، إذا كنت تستخدم صيغة الطاقة النشطة ، فستحصل على ما يلي:

• P=U x I ، حيث:

  U هي الفولتية المُقاسة بالفولت ؛

  أنا مُقاس حاليًا بالأمبير ؛P هي الطاقة المُقاسة بالواط أو الفولت - أمبير.

لكن هناك معادلة أخرى تصف قانون جول لينز الذي سبق ذكره ، والتي بموجبها تكون الطاقة الحرارية المنبعثة أثناء مرور التيار مساوية لمربع حجمها ، مضروبة في مقاومة الموصل. يعني تسخين الهواء حول خط الطاقة إهدارًا للطاقة. من الناحية النظرية ، يمكن تقليل هذه الخسائر بطريقتين. أولها ينطوي على انخفاض في المقاومة ، أي سماكة الأسلاك. كلما كان المقطع العرضي أكبر ، انخفضت المقاومة ووالعكس صحيح. لكنني أيضًا لا أريد إهدار المعادن دون جدوى ، فهي باهظة الثمن ، والنحاس بعد كل شيء. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الاستهلاك المزدوج لمادة الموصل لن يؤدي فقط إلى زيادة التكلفة ، ولكن أيضًا إلى الترجيح ، والذي سيؤدي بدوره إلى زيادة تعقيد تركيب الخطوط الشاهقة. وستكون هناك حاجة إلى دعم أقوى. ولن تنخفض الخسائر إلا إلى النصف.

القرار

لتقليل تسخين الأسلاك أثناء نقل الطاقة ، من الضروري تقليل كمية التيار المار. هذا واضح تمامًا ، لأن تخفيضه إلى النصف سيؤدي إلى تقليل الخسائر بمقدار أربعة أضعاف. ماذا لو عشر مرات؟ التبعية من الدرجة الثانية ، مما يعني أن الخسائر ستكون أقل بمئة مرة! ولكن يجب أن تكون الطاقة "متأرجحة" بنفس الطريقة التي يحتاجها مجموع المستهلكين الذين ينتظرونها عند الطرف الآخر من خط نقل الطاقة ، وأحيانًا على بعد مئات الكيلومترات من محطة توليد الكهرباء. يشير الاستنتاج إلى أنه من الضروري زيادة الجهد بنفس المقدار الذي ينخفض فيه التيار. تم تصميم المحطة الفرعية للمحول في بداية خط النقل لهذا الغرض فقط. تخرج الأسلاك منه بجهد عالٍ جدًا يُقاس بعشرات الكيلوفولت. عبر المسافة التي تفصل بين محطة الطاقة الحرارية أو محطة الطاقة الكهرومائية أو محطة الطاقة النووية عن المنطقة التي تتم معالجتها ، تنتقل الطاقة بتيار صغير (نسبيًا). من ناحية أخرى ، يحتاج المستهلك إلى الحصول على الطاقة وفقًا للمعايير القياسية المحددة ، والتي تتوافق في بلدنا مع 220 فولت (أو 380 فولت الطور البيني). الآن لا نحتاج إلى تصعيد ، كما هو الحال عند مدخلات خط الطاقة ، ولكننا بحاجة إلى محطة فرعية تنحي. يتم توفير الطاقة الكهربائية لأجهزة التوزيع بحيث تضاء الأنوار في المنازل ، وكانت دوارات الآلة تدور في المصانع.

ماذا يوجد في الكشك؟

مما سبق ، يتضح أن الجزء الأكثر أهمية في المحطة الفرعية هو المحول ، وعادة ما يكون مكونًا من ثلاث مراحل. قد يكون هناك عدة. على سبيل المثال ، يمكن استبدال المحولات ثلاثية الطور بثلاث محولات أحادية الطور. قد يكون العدد الأكبر بسبب الاستهلاك العالي للطاقة. تصميم هذا الجهاز مختلف ، لكن على أي حال ، له أبعاد مثيرة للإعجاب. كلما تم إعطاء المزيد من القوة للمستهلك ، كلما كان شكل الهيكل أكثر جدية. ومع ذلك ، فإن جهاز المحطة الكهربائية الفرعية أكثر تعقيدًا ، ويتضمن أكثر من مجرد محول. هناك أيضًا معدات مصممة لتبديل وحماية وحدة باهظة الثمن ، وغالبًا لتبريدها. كما يحتوي الجزء الكهربائي للمحطات والمحطات الفرعية على لوحات مفاتيح مجهزة بأجهزة تحكم وقياس.

محول

المهمة الرئيسية لهذا الهيكل هي نقل الطاقة إلى المستهلك. قبل الإرسال يجب زيادة الجهد وبعد استلامه ينزل إلى المستوى القياسي

مع كل حقيقة أن دائرة المحطة الكهربائية الفرعية تشتمل على العديد من العناصر ، فإن العنصر الرئيسي لا يزال محولًا. لا يوجد فرق جوهري بين جهاز هذا المنتج في مصدر الطاقة التقليدي للأجهزة المنزلية والتصاميم الصناعية عالية الطاقة. يتكون المحول من ملفات (أولية وثانوية) ودائرة مغناطيسية مصنوعة من مغناطيس حديدي ، أي مادة (معدن) تضخم المجال المغناطيسي. عملية حسابيةمن هذا الجهاز مهمة تعليمية قياسية لطالب في جامعة تقنية. الفرق الرئيسي بين محول المحطة الفرعية ونظرائه الأقل قوة ، والذي هو واضح ، بالإضافة إلى الحجم ، هو وجود نظام تبريد ، وهو عبارة عن مجموعة من أنابيب النفط التي تحيط بالملفات الساخنة. ومع ذلك ، فإن تصميم المحطات الكهربائية الفرعية ليس بالمهمة السهلة ، حيث يجب مراعاة العديد من العوامل ، بدءًا من الظروف المناخية إلى طبيعة الحمل.

قوة الجر

ليست المنازل والشركات فقط هي التي تستهلك الكهرباء. كل شيء واضح هنا ، تحتاج إلى تطبيق 220 فولت تيار متردد بالنسبة للحافلة المحايدة أو 380 فولت بين المراحل بتردد 50 هرتز. ولكن هناك أيضًا نقل كهربائي في المناطق الحضرية. تتطلب عربات الترام وحافلات الترولي جهدًا غير متناوب ، بل ثابت. ومختلف. يجب أن يكون هناك 750 فولت على سلك التلامس الخاص بالترام (بالنسبة إلى الأرض ، أي القضبان) ، وتحتاج عربة الترولي إلى صفر على موصل واحد و 600 فولت على الأخرى ، واقيات العجلات المطاطية هي عوازل. هذا يعني أن هناك حاجة إلى محطة فرعية منفصلة قوية للغاية. يتم تحويل الطاقة الكهربائية عليها ، أي يتم تصحيحها. قوتها كبيرة جدًا ، يقاس التيار في الدائرة بآلاف الأمبيرات. يسمى هذا الجهاز جهاز المسودة.

حماية المحطات الفرعية

كلاً من المحول والمقوم القوي (في حالة إمدادات طاقة الجر) غالي الثمن. إذا كان هناكفي حالة الطوارئ ، أي ماس كهربائى ، سيظهر تيار في دائرة اللف الثانوية (وبالتالي ، الدائرة الأولية). هذا يعني أن المقطع العرضي للموصلات غير محسوب. ستبدأ محطة المحولات الكهربائية الفرعية في التسخين بسبب مقاومة توليد الحرارة. إذا لم يكن مثل هذا السيناريو متوقعًا ، فعندئذٍ نتيجة لدائرة كهربائية قصيرة في أي من الخطوط الطرفية ، سوف يذوب سلك الملف أو يحترق. لمنع حدوث ذلك ، يتم استخدام طرق مختلفة. هذه هي الحماية التفاضلية والغاز والتيار الزائد.

التفاضل يقارن القيم الحالية في الدائرة والملف الثانوي. يتم تنشيط الحماية من الغاز عندما تظهر في الهواء نواتج احتراق للعزل والزيت وما إلى ذلك. تقوم الحماية الحالية بإيقاف تشغيل المحول عندما يتجاوز التيار الحد الأقصى لقيمة المجموعة.

يجب أن تغلق المحطة الفرعية للمحول تلقائيًا أيضًا في حالة حدوث صاعقة.

أنواع المحطات الفرعية

تختلف في القوة والغرض والجهاز. تلك التي تعمل فقط على زيادة أو تقليل الجهد تسمى المحولات. إذا كان التغيير في المعلمات الأخرى مطلوبًا أيضًا (التصحيح أو تثبيت التردد) ، فإن المحطة الفرعية تسمى محطة فرعية للتحويل.

وفقًا لتصميمها المعماري ، يمكن إرفاق المحطات الفرعية أو دمجها (بجوار المنشأة الرئيسية) أو داخل الورشة (تقع داخل منشأة الإنتاج) أو تمثل مبنى إضافيًا منفصلاً. في بعض الحالات ، عندما لا تكون الطاقة العالية مطلوبة (عند تنظيم مزود الطاقةمستوطنات صغيرة) ، يتم استخدام هيكل الصاري للمحطات الفرعية. في بعض الأحيان تستخدم أبراج نقل الطاقة لوضع المحول ، حيث يتم تثبيت جميع المعدات اللازمة (الصمامات ، والقاعات ، والمفصلات ، وما إلى ذلك).

تصنف الشبكات الكهربائية والمحطات الفرعية حسب الجهد (حتى 1000 كيلو فولت أو أكثر ، أي الجهد العالي) والطاقة (على سبيل المثال ، من 150 فولت أمبير إلى 16 ألف كيلو فولت أمبير).

وفقًا للعلامة التخطيطية للاتصال الخارجي ، تنقسم المحطات الفرعية إلى عقدية ، وطريق مسدود ، وعبر ، وفرع.

داخل الخلية

المساحة داخل المحطة الفرعية ، حيث تسمى المحولات والقضبان والمعدات التي تضمن تشغيل الجهاز بأكمله ، بالغرفة. يمكن أن تكون مسيجة أو مغلقة. الفرق بين طرق إبعادها عن الفضاء المحيط صغير. الغرفة المغلقة عبارة عن غرفة معزولة تمامًا ، وتقع الغرفة المسيجة خلف جدران غير صلبة (شبكية أو شبكية). يتم تصنيعها ، كقاعدة عامة ، من قبل المؤسسات الصناعية وفقًا للتصاميم القياسية. يتم صيانة أنظمة الإمداد بالطاقة من قبل موظفين مدربين بإذن والمؤهلات اللازمة ، مؤكدة بوثيقة رسمية على إذن للعمل على خطوط الجهد العالي. يتم تنفيذ الإشراف التشغيلي على تشغيل المحطة الفرعية بواسطة كهربائي أو مهندس طاقة في الخدمة ، ويقع بالقرب من لوحة التبديل الرئيسية ، والتي قد تكون بعيدة عن المحطة الفرعية.

توزيع

هناك وظيفة مهمة أخرى تؤديها محطة الطاقة الفرعية. يتم توزيع الطاقة الكهربائية بينالمستهلكين وفقًا لمعاييرهم ، بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يكون حمل المراحل الثلاث موحدًا قدر الإمكان. من أجل حل هذه المهمة بنجاح ، هناك أجهزة توزيع. تعمل مجموعة المفاتيح الكهربائية بنفس الجهد وتحتوي على أجهزة تقوم بالتبديل وتحمي الخطوط من الحمل الزائد. يتم توصيل مجموعة المفاتيح الكهربائية بالمحول بواسطة الصمامات والقواطع (قطب واحد ، واحد لكل مرحلة). أجهزة التوزيع حسب الموقع مقسمة إلى مكشوفة (مكشوفة) ومغلقة (بالداخل)

سلامة

يتم تصنيف جميع الأعمال التي يتم إجراؤها في المحطة الكهربائية الفرعية على أنها محفوفة بالمخاطر بشكل خاص ، وبالتالي ، فهي تتطلب تدابير طارئة لضمان سلامة العمال. في الأساس ، يتم إجراء عمليات الإصلاح والصيانة مع انقطاع التيار الكهربائي الكامل أو الجزئي. بعد فصل الجهد الكهربائي (يقول الكهربائيون "تمت إزالته") ، بشرط أن تكون جميع التفاوتات اللازمة في مكانها الصحيح ، يتم تأريض القضبان الحاملة للتيار لمنع التنشيط العرضي. لافتات التحذير "الناس يعملون" و "لا تقم بتشغيل!" مخصصة لهذا الغرض أيضًا. يتم تدريب الموظفين الذين يخدمون المحطات الفرعية ذات الجهد العالي بشكل منهجي ، وتتم مراقبة المهارات والمعرفة المكتسبة بشكل دوري. يمنح التسامح رقم 4 الحق في تنفيذ أعمال التمديدات الكهربائية التي تزيد عن 1 كيلو فولت.