Qu'est-ce qu'une sous-station électrique ? Sous-stations électriques et appareillage

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-09 14:10

Les ingénieurs électriciens savent ce que sont les centrales électriques et les sous-stations, à quoi elles servent et comment elles fonctionnent. Ils savent calculer leur puissance et tous les paramètres nécessaires, comme le nombre de spires, la section des fils et les dimensions du circuit magnétique. Ceci est enseigné aux étudiants des universités techniques et des écoles techniques. Les personnes ayant une formation en arts libéraux supposent que les structures, souvent isolées sous la forme de maisons sans fenêtre (les amateurs de graffitis adorent les peindre), sont nécessaires pour alimenter en électricité les maisons et les entreprises, et qu'elles ne doivent pas être pénétrées, des emblèmes effrayants sous la forme de crânes et d'éclairs en parlent avec éloquence attachés à des objets dangereux. Peut-être que beaucoup n'ont pas besoin d'en savoir plus, mais l'information n'est jamais superflue.

Un peu de physique

L'électricité est une marchandise que vous devez payer, et c'est dommage si elle est gaspillée. Et cela, comme dans toute production, est inévitable, la tâche consiste uniquement à réduire les pertes inutiles. L'énergie est égale à la puissance multipliée par le temps, donc dans un raisonnement plus poussé, nous pouvons opérer avec ce concept, donccomme le temps s'écoule sans cesse, et qu'il est impossible de revenir en arrière, comme le dit la chanson. La puissance électrique, en gros, sans tenir compte des charges réactives, est égale au produit de la tension et du courant. Si nous le considérons plus en détail, le cosinus phi entrera dans la formule, qui détermine le rapport de l'énergie consommée avec sa composante utile, appelée active. Mais cet indicateur important n'est pas directement lié à la question de savoir pourquoi une sous-station est nécessaire. La puissance électrique dépend donc des deux principaux contributeurs aux lois d'Ohm et de Joule-Lenz, la tension et le courant. Un petit courant et une haute tension peuvent produire la même puissance que l'inverse, un courant élevé et une basse tension. Il semblerait, quelle est la différence? Et c'est, et très gros.

Chauffer l'air ? Feu

Donc, si vous utilisez la formule de puissance active, vous obtenez ce qui suit:

P=U x I, où:

U est la tension mesurée en volts;

I est le courant mesuré en ampères;P est la puissance mesurée en watts ou en volts -Amps.

Mais il existe une autre formule qui décrit la loi Joule-Lenz déjà mentionnée, selon laquelle la puissance thermique dégagée lors du passage du courant est égale au carré de sa grandeur, multipliée par la résistance du conducteur. Chauffer l'air autour de la ligne électrique signifie gaspiller de l'énergie. Théoriquement, ces pertes peuvent être réduites de deux manières. Le premier d'entre eux implique une diminution de la résistance, c'est-à-dire un épaississement des fils. Plus la section est grande, plus la résistance est faible etvice versa. Mais je ne veux pas non plus gaspiller du métal en vain, c'est cher, du cuivre après tout. De plus, la double consommation du matériau conducteur entraînera non seulement une augmentation des coûts, mais également un alourdissement qui, à son tour, entraînera une augmentation de la complexité de l'installation des lignes de grande hauteur. Et il faudra des supports plus puissants. Et les pertes ne seront réduites que de moitié.

Décision

Pour réduire l'échauffement des fils lors de la transmission de puissance, il est nécessaire de réduire la quantité de courant passant. C'est assez clair, car le diviser par deux entraînera une réduction par quatre des pertes. Et si dix fois ? La dépendance est quadratique, ce qui signifie que les pertes seront cent fois moindres ! Mais le pouvoir doit être "swing" le même, ce qui est nécessaire à l'ensemble des consommateurs qui l'attendent à l'autre extrémité de la ligne de transport d'électricité, parfois à des centaines de kilomètres de la centrale électrique. La conclusion suggère d'elle-même qu'il faut augmenter la tension d'autant que l'on diminue le courant. Le poste de transformation au début de la ligne de transmission est conçu spécialement pour cela. Des fils en sortent sous une tension très élevée, mesurée en dizaines de kilovolts. Sur toute la distance séparant la centrale thermique, hydroélectrique ou nucléaire de la localité où elle est adressée, l'énergie voyage avec un courant (relativement) faible. Le consommateur, en revanche, doit être alimenté avec les paramètres standard donnés, qui dans notre pays correspondent à 220 volts (ou 380 V interphase). Maintenant, nous n'avons pas besoin d'un élévateur, comme à l'entrée d'une ligne électrique, mais d'un poste abaisseur. L'énergie électrique est fournie aux dispositifs de distribution afin que les lumières soient allumées dans les maisons, etles rotors des machines tournaient dans les usines.

Qu'y a-t-il dans la cabine ?

D'après ce qui précède, il est clair que la partie la plus importante d'une sous-station est un transformateur, et généralement triphasé. Il peut y en avoir plusieurs. Par exemple, un transformateur triphasé peut être remplacé par trois monophasés. Un nombre plus élevé peut être dû à la consommation d'énergie élevée. La conception de cet appareil est différente, mais en tout cas, il a des dimensions impressionnantes. Plus on donne de pouvoir au consommateur, plus la structure paraît sérieuse. Le dispositif d'une sous-station électrique est cependant plus complexe et comprend plus qu'un simple transformateur. Il existe également des équipements destinés à commuter et protéger une unité coûteuse, et le plus souvent à son refroidissement. La partie électrique des stations et sous-stations contient également des tableaux de distribution équipés d'équipements de contrôle et de mesure.

Transformateur

La tâche principale de cette structure est de transmettre l'énergie au consommateur. Avant l'envoi, la tension doit être augmentée et après l'avoir reçue, abaissée au niveau standard.

Avec tout le fait que le circuit d'une sous-station électrique comprend de nombreux éléments, le principal est toujours un transformateur. Il n'y a pas de différence fondamentale entre l'appareil de ce produit dans une alimentation électrique conventionnelle d'un appareil électroménager et les conceptions industrielles à haute puissance. Le transformateur est constitué d'enroulements (primaire et secondaire) et d'un circuit magnétique constitué d'un ferromagnétique, c'est-à-dire d'un matériau (métal) qui amplifie le champ magnétique. Calculde cet appareil est une tâche éducative assez standard pour un étudiant d'une université technique. La principale différence entre le transformateur de sous-station et ses homologues moins puissants, qui est remarquable, en plus de la taille, est la présence d'un système de refroidissement, qui est un ensemble d'oléoducs entourant les enroulements chauffés. Cependant, la conception de sous-stations électriques n'est pas une tâche facile, car de nombreux facteurs doivent être pris en compte, allant des conditions climatiques à la nature de la charge.

Puissance de traction

Il n'y a pas que les maisons et les entreprises qui consomment de l'électricité. Tout est clair ici, il faut appliquer 220 volts AC par rapport au bus neutre ou 380 V entre phases à une fréquence de 50 Hertz. Mais il y a aussi le transport électrique urbain. Les tramways et les trolleybus nécessitent une tension non alternative, mais constante. Et différent. Il devrait y avoir 750 Volts sur le fil de contact du tram (par rapport au sol, c'est-à-dire les rails), et le trolleybus a besoin de zéro sur un conducteur et de 600 Volts DC sur l'autre, les protecteurs de roue en caoutchouc sont des isolants. Cela signifie qu'une sous-station séparée très puissante est nécessaire. L'énergie électrique y est convertie, c'est-à-dire qu'elle est rectifiée. Sa puissance est très importante, le courant dans le circuit se mesure en milliers d'ampères. Un tel appareil est appelé un appareil de tirage.

Protection de la sous-station

Le transformateur et le puissant redresseur (dans le cas des alimentations de traction) sont chers. S'il y aune situation d'urgence, à savoir un court-circuit, un courant apparaîtra dans le circuit de l'enroulement secondaire (et, par conséquent, le primaire). Cela signifie que la section des conducteurs n'est pas calculée. Le poste de transformation électrique commencera à chauffer en raison de la génération de chaleur résistive. Si un tel scénario n'est pas prévu, à la suite d'un court-circuit dans l'une des lignes périphériques, le fil de bobinage fondra ou brûlera. Pour éviter que cela ne se produise, diverses méthodes sont utilisées. Il s'agit de protections différentielles, de gaz et de surintensité.

Differential compare les valeurs de courant dans le circuit et l'enroulement secondaire. La protection contre les gaz est activée lorsque des produits de combustion d'isolation, d'huile, etc. apparaissent dans l'air. La protection de courant éteint le transformateur lorsque le courant dépasse la valeur maximale définie.

Le poste de transformation doit s'arrêter automatiquement même en cas de coup de foudre.

Types de sous-stations

Ils sont différents en termes de puissance, d'objectif et d'appareil. Ceux d'entre eux qui ne servent qu'à augmenter ou diminuer la tension sont appelés transformateur. Si une modification d'autres paramètres est également requise (rectification ou stabilisation de fréquence), la sous-station est appelée sous-station de transformation.

Selon leur conception architecturale, les sous-stations peuvent être attachées, intégrées (adjacentes à l'installation principale), intra-atelier (situées à l'intérieur de l'installation de production) ou représenter un bâtiment auxiliaire séparé. Dans certains cas, lorsqu'une puissance élevée n'est pas requise (lors de l'organisation de l'alimentationpetites agglomérations), la structure du mât des sous-stations est utilisée. Parfois, des tours de transmission de puissance sont utilisées pour placer le transformateur, sur lequel sont montés tous les équipements nécessaires (fusibles, parafoudres, sectionneurs, etc.).

Les réseaux électriques et les sous-stations sont classés par tension (jusqu'à 1 000 kV ou plus, c'est-à-dire haute tension) et par puissance (par exemple, de 150 VA à 16 000 kVA).

Selon le signe schématique de la connexion externe, les sous-stations sont divisées en nœuds, en impasse, traversants et en dérivation.

À l'intérieur de la cellule

L'espace à l'intérieur de la sous-station, dans lequel se trouvent les transformateurs, les jeux de barres et les équipements qui assurent le fonctionnement de l'ensemble de l'appareil, s'appelle la chambre. Il peut être clôturé ou fermé. La différence entre les manières de l'aliéner de l'espace environnant est faible. La chambre fermée est une pièce complètement isolée et celle clôturée est située derrière des murs non solides (en treillis ou en treillis). Ils sont généralement fabriqués par des entreprises industrielles selon des conceptions standard. L'entretien des systèmes d'alimentation électrique est effectué par du personnel formé avec l'autorisation et les qualifications nécessaires, confirmées par un document officiel sur l'autorisation de travailler sur les lignes à haute tension. La supervision opérationnelle du fonctionnement de la sous-station est effectuée par un électricien ou un électricien de service, situé à proximité du tableau principal, qui peut être situé à distance de la sous-station.

Distribution

Il y a une autre fonction importante que la sous-station électrique remplit. L'énergie électrique est répartie entreconsommateurs selon leurs normes, et de plus, la charge des trois phases doit être aussi uniforme que possible. Pour que cette tâche soit résolue avec succès, il existe des dispositifs de distribution. L'appareillage de commutation fonctionne à la même tension et contient des dispositifs qui effectuent la commutation et protègent les lignes contre les surcharges. L'appareillage est relié au transformateur par des fusibles et des disjoncteurs (unipolaires, un pour chaque phase). Les dispositifs de distribution en fonction de l'emplacement sont divisés en ouvert (situé à l'air libre) et fermé (situé à l'intérieur).

Sécurité

Tous les travaux effectués dans la sous-station électrique sont classés comme particulièrement risqués, par conséquent, ils nécessitent des mesures d'urgence pour assurer la sécurité du travail. Fondamentalement, les réparations et l'entretien sont effectués avec une panne totale ou partielle. Une fois la tension déconnectée (les électriciens disent "supprimé"), à condition que toutes les tolérances nécessaires soient en place, les barres conductrices de courant sont mises à la terre pour éviter une activation accidentelle. Les panneaux d'avertissement "Les gens travaillent" et "Ne pas allumer!" Sont également destinés à cela. Le personnel desservant les postes à haute tension est systématiquement formé et les compétences et connaissances acquises sont contrôlées périodiquement. La tolérance n° 4 donne le droit d'effectuer des travaux sur les installations électriques supérieures à 1 kV.