מהי תחנת משנה חשמלית? תחנות חשמל ומתג

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-09 14:10

מהנדסי חשמל יודעים מה הן תחנות כוח ותחנות משנה, בשביל מה הן מיועדות וכיצד הן פועלות. הם יודעים לחשב את ההספק שלהם ואת כל הפרמטרים הדרושים, כמו מספר הסיבובים, חתך החוט וממדי המעגל המגנטי. זה נלמד לסטודנטים באוניברסיטאות טכניות ובתי ספר טכניים. אנשים בעלי רקע של אמנויות ליברליות מנחשים שמבנים, העומדים לרוב לבדם בצורת בתים ללא חלונות (אוהבי גרפיטי אוהבים לצייר אותם), נחוצים כדי לספק חשמל לבתים ולעסקים, ואסור לחדור אליהם, סמלים מפחידים בצורה של גולגולות וברקים מדברים ברהיטות על זה המחובר לחפצים מסוכנים. אולי רבים אינם צריכים לדעת יותר, אבל מידע לעולם אינו מיותר.

קצת פיזיקה

חשמל הוא מצרך שצריך לשלם עליו, וחבל אם הוא מבוזבז. וזה, כמו בכל ייצור, הוא בלתי נמנע, המשימה היא רק לצמצם הפסדים מיותרים. אנרגיה שווה להספק מוכפל בזמן, אז בהיגיון נוסף אנחנו יכולים לפעול עם המושג הזה, אזאיך הזמן זורם ללא הרף, ואי אפשר להחזיר אותו אחורה, כמו שאומר השיר. כוח חשמלי, בקירוב גס, מבלי לקחת בחשבון עומסים תגובתיים, שווה למכפלת המתח והזרם. אם נשקול זאת ביתר פירוט, הקוסינוס phi ייכנס לנוסחה, שקובעת את היחס בין האנרגיה הנצרכת למרכיב השימושי שלה, הנקרא פעיל. אבל אינדיקטור חשוב זה אינו קשור ישירות לשאלה מדוע יש צורך בתחנת משנה. הספק החשמלי תלוי אפוא בשני התורמים העיקריים לחוקי אוהם וג'ול-לנץ, המתח והזרם. זרם קטן ומתח גבוה יכולים לייצר את אותו הספק כמו להיפך, זרם גבוה ומתח נמוך. זה נראה, מה ההבדל? וזהו, וגדול מאוד.

לחמם את האוויר? אש

אז, אם אתה משתמש בנוסחת הכוח הפעיל, תקבל את ההודעה הבאה:

P=U x I, כאשר:

U הוא מתח נמדד בוולטים;

I הוא זרם נמדד באמפר;P הוא הספק נמדד בוואט או וולט -אמפר.

אבל יש נוסחה נוספת המתארת את חוק ג'ול-לנץ שהוזכר כבר, לפיו הכוח התרמי המשתחרר במהלך מעבר הזרם שווה לריבוע של גודלו, כפול ההתנגדות של המוליך. חימום האוויר מסביב לקו החשמל פירושו בזבוז אנרגיה. תיאורטית, ניתן לצמצם את ההפסדים הללו בשתי דרכים. הראשון שבהם כרוך בירידה בהתנגדות, כלומר, עיבוי של החוטים. ככל שהחתך גדול יותר, ההתנגדות נמוכה יותר, ולהיפך. אבל אני גם לא רוצה לבזבז מתכת לשווא, זה יקר, נחושת אחרי הכל. בנוסף, הצריכה הכפולה של חומר המוליך תוביל לא רק לעלייה בעלות, אלא גם לשקלול, אשר, בתורו, יוביל לעלייה במורכבות ההתקנה של קווים רבי קומות. והתמיכות יידרשו חזקות יותר. וההפסדים יצטמצמו רק בחצי.

Decision

כדי להפחית את חימום החוטים במהלך העברת הכוח, יש צורך להפחית את כמות הזרם העובר. זה די ברור, כי חצייה תוביל להפחתה של פי ארבע בהפסדים. מה אם עשר פעמים? התלות היא ריבועית, כלומר ההפסדים יהיו פי מאה פחות! אבל הכוח חייב להיות "נדנדה" זהה, שדרוש למצרף הצרכנים הממתינים לו בקצה השני של קו הולכת החשמל, לפעמים מאות קילומטרים מתחנת הכוח. המסקנה מציעה לעצמה כי יש צורך להגביר את המתח באותה כמות בה מצטמצם הזרם. תחנת המשנאים בתחילת קו ההולכה מיועדת בדיוק לכך. חוטים יוצאים ממנו במתח גבוה מאוד, הנמדד בעשרות קילו-וולט. לאורך כל המרחק המפריד בין תחנת הכוח התרמית, תחנת הכוח ההידרואלקטרית או תחנת הכוח הגרעינית מהיישוב שבו היא מטופלת, האנרגיה נעה בזרם קטן (יחסית). הצרכן, לעומת זאת, צריך לקבל חשמל עם הפרמטרים הסטנדרטיים הנתונים, אשר בארצנו תואמים ל-220 וולט (או 380 V interphase). עכשיו אנחנו לא צריכים עליית מדרגה, כמו בכניסה של קו מתח, אלא תחנת משנה מטה. אנרגיה חשמלית מסופקת למכשירי החלוקה כך שהאורות דולקים בבתים, וכןרוטורים של מכונות הסתובבו במפעלים.

מה יש בתא?

מהאמור לעיל, ברור שהחלק החשוב ביותר בתחנת משנה הוא שנאי, ובדרך כלל תלת פאזי. ייתכן שיהיו כמה. לדוגמה, שנאי תלת פאזי יכול להיות מוחלף בשלושה חד פאזיים. ייתכן שמספר גדול יותר נובע מצריכת החשמל הגבוהה. העיצוב של המכשיר הזה שונה, אבל בכל מקרה, יש לו ממדים מרשימים. ככל שניתן יותר כוח לצרכן, כך המבנה נראה רציני יותר. המכשיר של תחנת משנה חשמלית, לעומת זאת, מורכב יותר, וכולל יותר מסתם שנאי. קיים גם ציוד המיועד להחלפה והגנה על יחידה יקרה, ולרוב לקירור שלה. החלק החשמלי של התחנות והתחנות מכיל גם מרכזיות המצוידות בציוד בקרה ומדידה.

Transformer

המשימה העיקרית של מבנה זה היא להעביר אנרגיה לצרכן. לפני השליחה יש להגביר את המתח ולאחר קבלתו להוריד לרמה הסטנדרטית

עם כל העובדה שהמעגל של תחנת משנה חשמלית כולל אלמנטים רבים, העיקרי שבהם הוא עדיין שנאי. אין הבדל מהותי בין המכשיר של מוצר זה באספקת חשמל קונבנציונלית של מכשיר ביתי לבין עיצובים תעשייתיים בעלי הספק גבוה. השנאי מורכב מפיתולים (ראשוניים ומשניים) ומעגל מגנטי העשוי מפרומגנט, כלומר חומר (מתכת) המגביר את השדה המגנטי. תַחשִׁיבשל מכשיר זה היא משימה חינוכית סטנדרטית למדי עבור סטודנט של אוניברסיטה טכנית. ההבדל העיקרי בין שנאי תחנת המשנה לעמיתיו הפחות חזקים, הבולט, בנוסף לגודל, הוא הנוכחות של מערכת קירור, שהיא קבוצה של צינורות נפט המקיפים את הפיתולים המחוממים. אולם תכנון תחנות חשמל אינו משימה קלה, שכן יש לקחת בחשבון גורמים רבים, החל מתנאי אקלים ועד לאופי העומס.

כוח משיכה

לא רק בתים ועסקים צורכים חשמל. הכל ברור כאן, צריך להפעיל 220 וולט AC ביחס לאפיק הנייטרלי או 380 V בין פאזות בתדר של 50 הרץ. אבל יש גם תחבורה חשמלית עירונית. חשמליות וטרוליבוסים דורשים מתח לא מתחלף, אלא קבוע. ושונה. צריך להיות 750 וולט על חוט המגע של החשמלית (ביחס לקרקע, כלומר, המסילות), והטרוליבוס צריך אפס על מוליך אחד ו-600 וולט DC בצד השני, מגני גלגלי גומי הם מבודדים. המשמעות היא שיש צורך בתחנת משנה חזקה מאוד. אנרגיה חשמלית מומרת על זה, כלומר, היא מתוקנת. ההספק שלו גדול מאוד, הזרם במעגל נמדד באלפי אמפר. מכשיר כזה נקרא מכשיר טיוטה.

הגנה על תחנת משנה

גם השנאי וגם המיישר החזק (במקרה של ספקי כוח משיכה) הם יקרים. אם ישמצב חירום, כלומר קצר חשמלי, יופיע זרם במעגל המתפתל המשני (וכתוצאה מכך, הראשי). המשמעות היא שהחתך של המוליכים אינו מחושב. תחנת המשנה החשמלית תתחיל להתחמם עקב יצירת חום התנגדות. אם תרחיש כזה לא צפוי, אז כתוצאה מקצר חשמלי בכל אחד מהקווים ההיקפיים, החוט המתפתל יימס או יישרף. כדי למנוע את זה, נעשה שימוש בשיטות שונות. אלו הן הגנות דיפרנציאליות, גז וזרם יתר.

דיפרנציאל משווה בין ערכי הזרם במעגל לבין הפיתול המשני. הגנת גזים מופעלת כאשר מופיעים באוויר תוצרי בעירה של בידוד, שמן וכו'. הגנת זרם מכבה את השנאי כאשר הזרם חורג מהערך המרבי שנקבע.

תחנת המשנאים צריכה לכבות אוטומטית גם במקרה של פגיעת ברק.

סוגי תחנות משנה

הם שונים בעוצמתם, במטרה ובמכשיר. אלה מהם המשרתים רק להגדיל או להקטין את המתח נקראים שנאי. אם נדרש גם שינוי בפרמטרים אחרים (תיקון או ייצוב תדר), אז תחנת המשנה נקראת תחנת משנה מתחלפת.

לפי התכנון האדריכלי שלהם, תחנות משנה יכולות להיות מחוברות, מובנות (בצמוד למתקן הראשי), intrashop (ממוקמת בתוך מתקן הייצור) או לייצג בניין עזר נפרד. במקרים מסוימים, כאשר אין צורך בהספק גבוה (בעת ארגון אספקת חשמליישובים קטנים), נעשה שימוש במבנה התורן של תחנות משנה. לעיתים משתמשים במגדלי העברת כוח להצבת השנאי, שעליו מותקן כל הציוד הדרוש (נתיכים, מעצורים, מנתקים וכו').

רשתות חשמל ותחנות משנה מסווגות לפי מתח (עד 1000 קילו וולט או יותר, כלומר מתח גבוה) והספק (לדוגמה, מ-150 VA עד 16 אלף קילוואט).

לפי הסימן הסכמטי של החיבור החיצוני, תחנות המשנה מחולקות לצמתים, ללא מוצא, דרך והסתעפות.

בתוך התא

החלל שבתוך תחנת המשנה, שבו השנאים, הפסים והציוד המבטיח את פעולת המכשיר כולו, נקרא החדר. זה יכול להיות מגודר או סגור. ההבדל בין הדרכים להרחקתו מהמרחב שמסביב קטן. החדר הסגור הוא חדר מבודד לחלוטין, והחדר המגודר ממוקם מאחורי קירות לא מוצקים (רשת או סריג). הם מיוצרים, ככלל, על ידי מפעלים תעשייתיים על פי עיצובים סטנדרטיים. תחזוקת מערכות אספקת החשמל מתבצעת על ידי צוות מיומן עם הרשאה והכישורים הדרושים, המאושר על ידי מסמך רשמי על הרשאה לעבוד בקווי מתח גבוה. הפיקוח התפעולי על הפעלת תחנת המשנה מתבצע ע י חשמלאי או מהנדס חשמל תורנים, הממוקם בסמוך למרכזייה הראשית, אשר עשויה להיות ממוקמת מרחוק מהתחנה.

הפצה

ישנה פונקציה חשובה נוספת שתחנת הכוח מבצעת. אנרגיה חשמלית מחולקת ביןצרכנים בהתאם לסטנדרטים שלהם, ובנוסף, העומס של שלושת השלבים צריך להיות אחיד ככל האפשר. על מנת שמשימה זו תיפתר בהצלחה, ישנם התקני הפצה. המתג פועל באותו מתח ומכיל מכשירים המבצעים מיתוג ומגנים על קווים מעומס יתר. המתג מחובר לשנאי על ידי נתיכים ומפסקים (חד קוטבי, אחד לכל פאזה). מכשירי החלוקה לפי המיקום מחולקים לפתוח (ממוקם באוויר הפתוח) וסגור (ממוקם בתוך הבית).

Safety

כל העבודה המתבצעת בתחנת החשמל מסווגת כמסוכנת במיוחד, ולכן היא מחייבת אמצעי חירום כדי להבטיח את בטיחות העבודה. בעיקרון, תיקונים ותחזוקה מתבצעים עם הפסקה מלאה או חלקית. לאחר ניתוק המתח (החשמלאים אומרים "הוסר"), בתנאי שכל הטלרנסים הדרושים קיימים, הסורגים נושאי הזרם מקורקעים כדי למנוע הפעלה מקרית. גם שלטי אזהרה "אנשים עובדים" ו"אל תדליק!" מיועדים לכך. כוח אדם המשרת תחנות מתח גבוה עובר הכשרה שיטתית, והמיומנויות והידע הנרכש מנוטרים מעת לעת. סובלנות מס' 4 מקנה את הזכות לבצע עבודות במתקני חשמל מעל 1 קילו וולט.