สถานีไฟฟ้าย่อยคืออะไร? สถานีไฟฟ้าย่อยและสวิตช์เกียร์

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-09 14:16

วิศวกรไฟฟ้ารู้ว่าโรงไฟฟ้าและสถานีไฟฟ้าย่อยคืออะไร มีไว้เพื่ออะไร และทำงานอย่างไร พวกเขารู้วิธีคำนวณกำลังและพารามิเตอร์ที่จำเป็นทั้งหมด เช่น จำนวนรอบ ส่วนตัดขวางของลวด และขนาดของวงจรแม่เหล็ก สิ่งนี้สอนให้กับนักเรียนในมหาวิทยาลัยเทคนิคและโรงเรียนเทคนิค ผู้ที่มีพื้นฐานด้านศิลปศาสตร์เดาว่าโครงสร้างที่มักจะยืนอยู่คนเดียวในรูปแบบของบ้านที่ไม่มีหน้าต่าง (คนรักกราฟฟิตีชอบที่จะทาสีพวกเขา) เป็นสิ่งจำเป็นในการจัดหาพลังงานให้กับบ้านและธุรกิจและไม่ควรเจาะทะลุสัญลักษณ์ที่น่ากลัวในรูปแบบ กะโหลกและสายฟ้าพูดจาฉะฉานเกี่ยวกับสิ่งนี้ที่ติดอยู่กับวัตถุอันตราย บางทีหลายคนอาจไม่จำเป็นต้องรู้เพิ่มเติม แต่ข้อมูลไม่เคยฟุ่มเฟือย

ฟิสิกส์นิดหน่อย

ไฟฟ้าเป็นสินค้าที่คุณต้องจ่าย และน่าเสียดายถ้ามันสิ้นเปลือง และนี่คือสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ เช่นเดียวกับในการผลิตใดๆ งานนี้มีเพียงเพื่อลดการสูญเสียที่ไม่จำเป็นเท่านั้น พลังงานเท่ากับกำลังคูณด้วยเวลา ดังนั้นในการให้เหตุผลเพิ่มเติม เราสามารถดำเนินการด้วยแนวคิดนี้ ดังนั้นเวลาผ่านไปอย่างไม่หยุดยั้ง และไม่อาจหวนคืนได้ดังที่เพลงกล่าวไว้ พลังงานไฟฟ้าในการประมาณคร่าวๆ โดยไม่คำนึงถึงโหลดปฏิกิริยา จะเท่ากับผลคูณของแรงดันและกระแส หากเราพิจารณาให้ละเอียดยิ่งขึ้น โคไซน์ phi จะเข้าสู่สูตร ซึ่งกำหนดอัตราส่วนของพลังงานที่ใช้ไปพร้อมกับองค์ประกอบที่มีประโยชน์ซึ่งเรียกว่า แอคทีฟ แต่ตัวบ่งชี้ที่สำคัญนี้ไม่เกี่ยวข้องโดยตรงกับคำถามว่าเหตุใดจึงจำเป็นต้องมีสถานีย่อย พลังงานไฟฟ้าขึ้นอยู่กับสองปัจจัยหลักในกฎ แรงดันและกระแสของโอห์มและจูล-เลนซ์ กระแสไฟขนาดเล็กและไฟฟ้าแรงสูงสามารถผลิตพลังงานได้เช่นเดียวกับไฟฟ้ากระแสสูงและแรงดันต่ำในทางกลับกัน ดูเหมือนว่าความแตกต่างคืออะไร? และมันก็ใหญ่มาก

ทำให้อากาศร้อน? ไฟ

ดังนั้น ถ้าคุณใช้สูตรพลังแอคทีฟ คุณจะได้สิ่งต่อไปนี้:

P=U x I โดยที่:

U คือแรงดันไฟที่วัดเป็นโวลต์

I คือกระแสที่วัดเป็นแอมป์P คือกำลังไฟฟ้าที่วัดเป็นวัตต์หรือโวลต์ -แอมป์

แต่ยังมีอีกสูตรหนึ่งที่อธิบายกฎจูล-เลนซ์ที่กล่าวถึงแล้ว โดยพลังงานความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างกระแสน้ำจะเท่ากับกำลังสองของขนาดคูณด้วยความต้านทานของตัวนำ การให้ความร้อนกับอากาศรอบๆ สายไฟหมายถึงการสูญเสียพลังงาน ในทางทฤษฎี ความสูญเสียเหล่านี้สามารถลดลงได้สองวิธี ประการแรกเกี่ยวข้องกับการลดความต้านทานนั่นคือความหนาของสายไฟ ยิ่งหน้าตัดใหญ่ ความต้านทานยิ่งต่ำ และในทางกลับกัน แต่ฉันก็ไม่ต้องการที่จะเสียโลหะเปล่า ๆ มันแพงทองแดงหลังจากทั้งหมด นอกจากนี้การใช้วัสดุตัวนำเป็นสองเท่าจะไม่เพียง แต่ทำให้ต้นทุนเพิ่มขึ้น แต่ยังรวมถึงการชั่งน้ำหนักซึ่งจะนำไปสู่ความซับซ้อนในการติดตั้งแนวสูงที่เพิ่มขึ้น และการรองรับจะต้องทรงพลังยิ่งขึ้น และความสูญเสียจะลดลงครึ่งหนึ่งเท่านั้น

การตัดสินใจ

เพื่อลดความร้อนของสายไฟระหว่างการส่งกำลัง จำเป็นต้องลดปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน สิ่งนี้ค่อนข้างชัดเจน เพราะการลดลงครึ่งหนึ่งจะทำให้การสูญเสียลดลงสี่เท่า เกิดอะไรขึ้นถ้าสิบครั้ง? การพึ่งพาอาศัยกันเป็นกำลังสองซึ่งหมายความว่าการสูญเสียจะน้อยกว่าร้อยเท่า! แต่กำลังจะต้อง "แกว่ง" เหมือนกันซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นโดยกลุ่มผู้บริโภคที่กำลังรออยู่ที่ปลายอีกด้านของสายส่งไฟฟ้าซึ่งบางครั้งห่างจากโรงไฟฟ้าหลายร้อยกิโลเมตร ข้อสรุปแนะนำตัวเองว่าจำเป็นต้องเพิ่มแรงดันไฟฟ้าให้เท่ากันเมื่อกระแสลดลง สถานีย่อยของหม้อแปลงไฟฟ้าที่จุดเริ่มต้นของสายส่งได้รับการออกแบบมาเพื่อสิ่งนี้เท่านั้น สายไฟออกมาจากท่อด้วยไฟฟ้าแรงสูงที่วัดได้หลายสิบกิโลโวลต์ ตลอดระยะทางที่แยกโรงไฟฟ้าพลังความร้อน สถานีไฟฟ้าพลังน้ำ หรือโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ออกจากสถานที่ที่กล่าวถึง พลังงานเดินทางด้วยกระแสไฟฟ้าขนาดเล็ก (ค่อนข้างมาก) ในทางกลับกันผู้บริโภคจำเป็นต้องรับพลังงานด้วยพารามิเตอร์มาตรฐานที่กำหนดซึ่งในประเทศของเราสอดคล้องกับ 220 โวลต์ (หรือเฟส 380 V) ตอนนี้เราไม่จำเป็นต้องมีขั้นตอนเหมือนที่อินพุตของสายไฟ แต่เป็นสถานีย่อยแบบลดขั้นตอน พลังงานไฟฟ้าจ่ายให้กับอุปกรณ์กระจายเพื่อให้ไฟในบ้านและโรเตอร์ของเครื่องกำลังหมุนอยู่ในโรงงาน

ในบูธมีอะไรบ้าง

จากด้านบน จะเห็นได้ชัดเจนว่าส่วนที่สำคัญที่สุดในสถานีย่อยคือหม้อแปลงไฟฟ้า และมักจะเป็นสามเฟสหนึ่ง อาจมีหลายอย่าง ตัวอย่างเช่น หม้อแปลงสามเฟสสามารถถูกแทนที่ด้วยสามเฟสเดียว จำนวนที่มากขึ้นอาจเนื่องมาจากการใช้พลังงานสูง การออกแบบของอุปกรณ์นี้แตกต่างกัน แต่อย่างไรก็ตามก็มีมิติที่น่าประทับใจ ยิ่งให้พลังงานแก่ผู้บริโภคมากเท่าไร โครงสร้างก็จะยิ่งดูจริงจังมากขึ้นเท่านั้น อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ของสถานีไฟฟ้าย่อยนั้นซับซ้อนกว่าและมีมากกว่าหม้อแปลงไฟฟ้า นอกจากนี้ยังมีอุปกรณ์ที่ออกแบบมาสำหรับการสลับและปกป้องยูนิตที่มีราคาแพง และส่วนใหญ่มักจะใช้สำหรับระบายความร้อน ส่วนไฟฟ้าของสถานีและสถานีย่อยยังมีแผงสวิตช์ที่ติดตั้งอุปกรณ์ควบคุมและการวัด

หม้อแปลง

งานหลักของโครงสร้างนี้คือการส่งพลังงานไปยังผู้บริโภค ก่อนส่งจะต้องเพิ่มแรงดันไฟฟ้าและหลังจากได้รับแล้วให้ลดระดับลงสู่ระดับมาตรฐาน

ด้วยความจริงที่ว่าวงจรของสถานีไฟฟ้าย่อยประกอบด้วยองค์ประกอบหลายอย่าง วงจรหลักยังคงเป็นหม้อแปลงไฟฟ้า ไม่มีความแตกต่างพื้นฐานระหว่างอุปกรณ์ของผลิตภัณฑ์นี้ในแหล่งจ่ายไฟทั่วไปของเครื่องใช้ในครัวเรือนและการออกแบบทางอุตสาหกรรมที่ใช้พลังงานสูง หม้อแปลงประกอบด้วยขดลวด (ปฐมภูมิและทุติยภูมิ) และวงจรแม่เหล็กที่ทำจากเฟอโรแมกเนท นั่นคือวัสดุ (โลหะ) ที่ขยายสนามแม่เหล็ก การคำนวณของอุปกรณ์นี้ค่อนข้างเป็นงานการศึกษามาตรฐานสำหรับนักศึกษามหาวิทยาลัยเทคนิค ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างหม้อแปลงไฟฟ้าของสถานีไฟฟ้าย่อยและหม้อแปลงไฟฟ้าที่มีกำลังน้อยกว่าซึ่งมีความชัดเจนนอกเหนือจากขนาดคือการมีระบบระบายความร้อนซึ่งเป็นชุดของท่อส่งน้ำมันที่ล้อมรอบขดลวดความร้อน อย่างไรก็ตาม การออกแบบสถานีไฟฟ้าย่อยไม่ใช่เรื่องง่าย เนื่องจากต้องคำนึงถึงปัจจัยหลายประการ ตั้งแต่สภาพภูมิอากาศไปจนถึงลักษณะของโหลด

กำลังดึง

ไม่ใช่แค่บ้านและธุรกิจที่ใช้ไฟฟ้าเท่านั้น ทุกอย่างชัดเจนที่นี่ คุณต้องใช้ไฟ AC 220 โวลต์ที่สัมพันธ์กับบัสกลางหรือ 380 V ระหว่างเฟสที่ความถี่ 50 เฮิรตซ์ แต่ก็มีการขนส่งไฟฟ้าในเมืองด้วย รถรางและรถเข็นต้องใช้แรงดันไฟฟ้าไม่สลับกัน แต่มีค่าคงที่ และแตกต่าง สายสัมผัสของรถรางควรมี 750 โวลต์ (เทียบกับพื้นดินนั่นคือราง) และรถเข็นต้องมีศูนย์ในตัวนำหนึ่งและ 600 โวลต์ DC ในอีกทางหนึ่ง ยางป้องกันล้อเป็นฉนวน ซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องมีสถานีย่อยที่ทรงพลังมากแยกต่างหาก พลังงานไฟฟ้าจะถูกแปลงนั่นคือมันถูกแก้ไข กำลังของมันมีขนาดใหญ่มากกระแสในวงจรวัดเป็นพันแอมแปร์ อุปกรณ์ดังกล่าวเรียกว่าอุปกรณ์ร่าง

การป้องกันสถานีย่อย

ทั้งหม้อแปลงและวงจรเรียงกระแสอันทรงพลัง (ในกรณีของแหล่งจ่ายไฟแบบฉุดลาก) มีราคาแพง ถ้ามีสถานการณ์ฉุกเฉิน กล่าวคือ ไฟฟ้าลัดวงจร กระแสจะปรากฏในวงจรขดลวดทุติยภูมิ (และเป็นผลให้วงจรหลัก) ซึ่งหมายความว่าไม่มีการคำนวณส่วนตัดขวางของตัวนำ สถานีย่อยหม้อแปลงไฟฟ้าจะเริ่มร้อนขึ้นเนื่องจากการสร้างความร้อนต้านทาน หากไม่สามารถคาดการณ์สถานการณ์ดังกล่าวได้ เนื่องจากการลัดวงจรในสายต่อพ่วงใดๆ ลวดที่คดเคี้ยวจะหลอมละลายหรือไหม้ เพื่อป้องกันไม่ให้สิ่งนี้เกิดขึ้น มีการใช้วิธีการต่างๆ สิ่งเหล่านี้คือการป้องกันส่วนต่าง ก๊าซ และกระแสเกิน

ดิฟเฟอเรนเชียลเปรียบเทียบค่าปัจจุบันในวงจรและขดลวดทุติยภูมิ การป้องกันแก๊สจะทำงานเมื่อผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ของฉนวน น้ำมัน ฯลฯ ปรากฏในอากาศ การป้องกันกระแสไฟจะปิดหม้อแปลงเมื่อกระแสเกินค่าที่ตั้งไว้สูงสุด

สถานีหม้อแปลงไฟฟ้าควรปิดโดยอัตโนมัติในกรณีที่เกิดฟ้าผ่า

ประเภทของสถานีย่อย

พลัง จุดประสงค์ และอุปกรณ์ต่างกัน สิ่งเหล่านี้ที่ให้บริการเพื่อเพิ่มหรือลดแรงดันไฟฟ้าเท่านั้นเรียกว่าหม้อแปลงไฟฟ้า หากจำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์อื่นด้วย (การแก้ไขหรือการรักษาเสถียรภาพของความถี่) สถานีย่อยจะเรียกว่าสถานีย่อยการเปลี่ยนรูป

ตามการออกแบบสถาปัตยกรรม สถานีย่อยสามารถติดตั้งในตัว (ติดกับโรงงานหลัก), intrashop (ตั้งอยู่ภายในโรงงานผลิต) หรือเป็นตัวแทนของอาคารเสริมที่แยกจากกัน ในบางกรณีเมื่อไม่ต้องการพลังงานสูง (เมื่อจัดแหล่งจ่ายไฟการตั้งถิ่นฐานขนาดเล็ก) ใช้โครงสร้างเสาของสถานีย่อย บางครั้งใช้เสาส่งกำลังเพื่อวางหม้อแปลงไฟฟ้า ซึ่งอุปกรณ์ที่จำเป็นทั้งหมดติดตั้งอยู่ (ฟิวส์ ตัวจับ อุปกรณ์ตัดการเชื่อมต่อ ฯลฯ)

เครือข่ายไฟฟ้าและสถานีย่อยแยกตามแรงดันไฟฟ้า (สูงถึง 1,000 kV หรือมากกว่านั้น นั่นคือไฟฟ้าแรงสูง) และกำลังไฟฟ้า (เช่น ตั้งแต่ 150 VA ถึง 16,000 kVA)

ตามแผนผังของการเชื่อมต่อภายนอก สถานีย่อยจะถูกแบ่งออกเป็นโหนด ทางตัน ผ่าน และสาขา

ภายในเซลล์

พื้นที่ภายในสถานีย่อย ซึ่งเรียกว่าห้องหม้อแปลง บัสบาร์ และอุปกรณ์ที่รับรองการทำงานของอุปกรณ์ทั้งหมด สามารถล้อมรั้วหรือปิดได้ ความแตกต่างระหว่างวิธีการแยกจากพื้นที่โดยรอบมีขนาดเล็ก ห้องปิดเป็นห้องที่แยกออกมาโดยสิ้นเชิง และห้องที่มีรั้วล้อมรอบนั้นตั้งอยู่หลังกำแพงที่ไม่เป็นของแข็ง (ตาข่ายหรือโครงตาข่าย) ตามกฎแล้วผู้ประกอบการอุตสาหกรรมทำขึ้นตามแบบมาตรฐาน การบำรุงรักษาระบบจ่ายไฟดำเนินการโดยบุคลากรที่ผ่านการฝึกอบรมที่ได้รับอนุญาตและมีคุณสมบัติที่จำเป็น ซึ่งได้รับการยืนยันโดยเอกสารอย่างเป็นทางการเกี่ยวกับการอนุญาตให้ทำงานบนสายไฟฟ้าแรงสูง การควบคุมดูแลการปฏิบัติงานของสถานีย่อยดำเนินการโดยช่างไฟฟ้าหรือวิศวกรไฟฟ้าประจำการ ซึ่งตั้งอยู่ใกล้กับสวิตช์บอร์ดหลัก ซึ่งอาจอยู่ห่างจากสถานีย่อยในระยะไกล

การจัดจำหน่าย

มีฟังก์ชั่นที่สำคัญอีกอย่างที่สถานีไฟฟ้าย่อยทำงาน พลังงานไฟฟ้ามีการกระจายระหว่างผู้บริโภคตามมาตรฐานของพวกเขา และนอกจากนี้ ภาระของสามขั้นตอนควรมีความสม่ำเสมอมากที่สุด เพื่อให้งานนี้แก้ไขได้สำเร็จ มีอุปกรณ์กระจายสินค้า สวิตช์เกียร์ทำงานที่แรงดันไฟฟ้าเท่ากันและมีอุปกรณ์ที่ทำสวิตช์และป้องกันสายไฟจากการโอเวอร์โหลด สวิตช์เกียร์เชื่อมต่อกับหม้อแปลงโดยใช้ฟิวส์และเบรกเกอร์ (ขั้วเดียว หนึ่งขั้วสำหรับแต่ละเฟส) อุปกรณ์กระจายสินค้าตามสถานที่แบ่งออกเป็นแบบเปิด (อยู่ในที่โล่ง) และแบบปิด (อยู่ในอาคาร)

ความปลอดภัย

งานทั้งหมดที่ดำเนินการในสถานีไฟฟ้าย่อยถูกจัดประเภทว่ามีความเสี่ยงเป็นพิเศษ ดังนั้นจึงต้องมีมาตรการฉุกเฉินเพื่อความปลอดภัยของแรงงาน โดยทั่วไป การซ่อมแซมและบำรุงรักษาจะดำเนินการโดยไฟดับทั้งหมดหรือบางส่วน หลังจากตัดการเชื่อมต่อแรงดันไฟฟ้าแล้ว (ช่างไฟฟ้าพูดว่า "ถอดออก") โดยมีเงื่อนไขว่าต้องมีพิกัดความเผื่อที่จำเป็นทั้งหมด แท่งนำไฟฟ้าจะต้องต่อสายดินเพื่อป้องกันการเปิดใช้งานโดยไม่ได้ตั้งใจ สัญญาณเตือน "คนกำลังทำงาน" และ "อย่าเปิดเครื่อง!" มีไว้สำหรับสิ่งนี้เช่นกัน บุคลากรที่ให้บริการสถานีไฟฟ้าแรงสูงได้รับการฝึกอบรมอย่างเป็นระบบ และมีการตรวจสอบทักษะและความรู้ที่ได้รับเป็นระยะ ความคลาดเคลื่อนหมายเลข 4 ให้สิทธิ์ทำงานเกี่ยวกับการติดตั้งไฟฟ้าเกิน 1 kV