O que é uma subestação elétrica? Subestações elétricas e aparelhagem

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2024-01-09 14:15

Engenheiros elétricos sabem o que são usinas e subestações, para que servem e como funcionam. Eles sabem calcular sua potência e todos os parâmetros necessários, como o número de voltas, a seção transversal do fio e as dimensões do circuito magnético. Isso é ensinado a estudantes em universidades técnicas e escolas técnicas. As pessoas com formação em artes liberais supõem que as estruturas, muitas vezes isoladas na forma de casas sem janelas (os amantes do grafite adoram pintá-las), são necessárias para fornecer energia a residências e empresas, e não devem ser penetradas, emblemas assustadores na forma de caveiras e relâmpagos falam eloquentemente sobre isso ligado a objetos perigosos. Talvez muitos não precisem saber mais, mas a informação nunca é supérflua.

Um pouco de física

Eletricidade é uma mercadoria pela qual você tem que pagar, e é uma pena se for desperdiçada. E isso, como em qualquer produção, é inevitável, a tarefa é apenas reduzir as perdas desnecessárias. A energia é igual à potência multiplicada pelo tempo, então, em um raciocínio adicional, podemos operar com esse conceito, entãocomo o tempo flui constantemente, e é impossível voltar atrás, como diz a música. A energia elétrica, em uma aproximação grosseira, sem levar em conta as cargas reativas, é igual ao produto da tensão pela corrente. Se considerarmos com mais detalhes, o cosseno phi entrará na fórmula, que determina a relação da energia consumida com seu componente útil, chamado ativo. Mas esse importante indicador não está diretamente relacionado à questão de por que uma subestação é necessária. A energia elétrica depende, portanto, dos dois principais contribuintes para as leis de Ohm e Joule-Lenz, tensão e corrente. Pequena corrente e alta tensão podem produzir a mesma potência que vice-versa, alta corrente e baixa tensão. Parece, qual é a diferença? E é, e muito grande.

Aquecer o ar? Fogo

Então, se você usar a fórmula da potência ativa, obterá o seguinte:

P=U x I, onde:

U é a tensão medida em Volts;

I é a corrente medida em Amps;P é a potência medida em Watts ou Volts -Amps.

Mas existe outra fórmula que descreve a já mencionada lei de Joule-Lenz, segundo a qual a potência térmica liberada durante a passagem da corrente é igual ao quadrado de sua magnitude, multiplicado pela resistência do condutor. Aquecer o ar ao redor da linha de energia significa desperdiçar energia. Teoricamente, essas perdas podem ser reduzidas de duas maneiras. A primeira delas envolve uma diminuição da resistência, ou seja, um espessamento dos fios. Quanto maior a seção transversal, menor a resistência evice-versa. Mas também não quero desperdiçar metal em vão, é caro, afinal cobre. Além disso, o consumo duplo do material condutor levará não apenas a um aumento no custo, mas também ao peso, o que, por sua vez, levará a um aumento na complexidade da instalação de linhas de arranha-céus. E os suportes serão necessários mais potentes. E as perdas serão reduzidas apenas pela metade.

Decisão

Para reduzir o aquecimento dos fios durante a transmissão de energia, é necessário reduzir a quantidade de corrente que passa. Isso é bastante claro, porque reduzir pela metade levará a uma redução de quatro vezes nas perdas. E se dez vezes? A dependência é quadrática, o que significa que as perdas serão cem vezes menores! Mas a energia deve ser “balançada” a mesma, o que é necessário para o agregado de consumidores que a esperam na outra ponta da linha de transmissão, às vezes a centenas de quilômetros da usina. A conclusão sugere que é necessário aumentar a tensão na mesma proporção que a corrente é reduzida. A subestação transformadora no início da linha de transmissão é projetada justamente para isso. Os fios saem dele sob uma tensão muito alta, medida em dezenas de quilovolts. Ao longo da distância que separa a usina termelétrica, hidrelétrica ou usina nuclear da localidade onde é endereçada, a energia viaja com uma pequena (relativamente) corrente. O consumidor, por outro lado, precisa receber energia com os parâmetros padrão fornecidos, que em nosso país correspondem a 220 volts (ou interfase de 380 V). Agora não precisamos de um elevador, como na entrada de uma linha de energia, mas de uma subestação redutora. A energia elétrica é fornecida aos dispositivos de distribuição para que as luzes sejam acesas nas casas, erotores de máquinas estavam girando nas fábricas.

O que há na cabine?

Do exposto, fica claro que a parte mais importante em uma subestação é um transformador, geralmente trifásico. Pode haver vários. Por exemplo, um transformador trifásico pode ser substituído por três monofásicos. Um número maior pode ser devido ao alto consumo de energia. O design deste dispositivo é diferente, mas em qualquer caso, possui dimensões impressionantes. Quanto mais poder é dado ao consumidor, mais séria a estrutura parece. O dispositivo de uma subestação elétrica, no entanto, é mais complexo e inclui mais do que apenas um transformador. Há também equipamentos projetados para comutação e proteção de uma unidade cara e, na maioria das vezes, para seu resfriamento. A parte elétrica das estações e subestações também contém quadros de distribuição equipados com equipamentos de controle e medição.

Transformador

A principal tarefa desta estrutura é levar energia ao consumidor. Antes de enviar, a tensão deve ser aumentada e, após recebê-la, reduzida ao nível padrão.

Com todo o fato de o circuito de uma subestação elétrica incluir muitos elementos, o principal ainda é um transformador. Não há diferença fundamental entre o dispositivo deste produto em uma fonte de alimentação convencional de um eletrodoméstico e projetos industriais de alta potência. O transformador é composto por enrolamentos (primário e secundário) e um circuito magnético feito de um ferromagneto, ou seja, um material (metal) que amplifica o campo magnético. Cálculodeste dispositivo é uma tarefa educacional bastante padrão para um estudante de uma universidade técnica. A principal diferença entre o transformador da subestação e seus equivalentes menos potentes, que se destaca, além do tamanho, é a presença de um sistema de refrigeração, que é um conjunto de oleodutos circundando os enrolamentos aquecidos. Projetar subestações elétricas, no entanto, não é uma tarefa fácil, pois muitos fatores devem ser levados em consideração, desde as condições climáticas até a natureza da carga.

Potência de tração

Não são apenas residências e empresas que consomem eletricidade. Tudo está claro aqui, você precisa aplicar 220 volts AC em relação ao barramento neutro ou 380 V entre fases na frequência de 50 Hertz. Mas também há transporte elétrico urbano. Os bondes e trólebus requerem uma tensão não alternada, mas constante. E diferente. Deve haver 750 Volts no fio de contato do bonde (em relação ao solo, ou seja, os trilhos), e o trólebus precisa de zero em um condutor e 600 Volts DC no outro, os protetores de roda de borracha são isolantes. Isso significa que é necessária uma subestação muito poderosa separada. A energia elétrica é convertida nele, ou seja, é retificada. Sua potência é muito grande, a corrente no circuito é medida em milhares de amperes. Esse dispositivo é chamado de dispositivo de rascunho.

Proteção de subestação

Tanto o transformador quanto o retificador potente (no caso de fontes de alimentação de tração) são caros. Se houveruma situação de emergência, ou seja, um curto-circuito, uma corrente aparecerá no circuito do enrolamento secundário (e, consequentemente, no primário). Isso significa que a seção transversal dos condutores não é calculada. A subestação transformadora elétrica começará a aquecer devido à geração de calor resistivo. Se tal cenário não for previsto, como resultado de um curto-circuito em qualquer uma das linhas periféricas, o fio do enrolamento derreterá ou queimará. Para evitar que isso aconteça, vários métodos são usados. São proteções diferenciais, de gás e de sobrecorrente.

Diferencial compara os valores de corrente no circuito e no enrolamento secundário. A proteção de gás é ativada quando produtos de combustão de isolamento, óleo, etc. aparecem no ar. A proteção de corrente desliga o transformador quando a corrente excede o valor máximo definido.

A subestação transformadora deve desligar automaticamente também no caso de um raio.

Tipos de subestações

Eles são diferentes em poder, propósito e dispositivo. Aqueles que servem apenas para aumentar ou diminuir a tensão são chamados de transformadores. Se também for necessária uma alteração em outros parâmetros (retificação ou estabilização de frequência), a subestação é chamada de subestação transformadora.

De acordo com o seu projeto arquitetônico, as subestações podem ser anexas, embutidas (adjacentes à instalação principal), intrashop (localizadas dentro da instalação de produção) ou representar um edifício auxiliar separado. Em alguns casos, quando não é necessária alta potência (ao organizar a fonte de alimentaçãopequenos assentamentos), é utilizada a estrutura de mastro das subestações. Às vezes, as torres de transmissão de energia são usadas para colocar o transformador, no qual todos os equipamentos necessários são montados (fusíveis, pára-raios, seccionadores, etc.).

As redes elétricas e subestações são classificadas por tensão (até 1000 kV ou mais, ou seja, alta tensão) e potência (por exemplo, de 150 VA a 16 mil kVA).

De acordo com o sinal esquemático da ligação externa, as subestações são divididas em nodais, sem saída, passantes e ramais.

Dentro da célula

O espaço dentro da subestação, no qual os transformadores, barramentos e equipamentos que garantem o funcionamento de todo o dispositivo, é chamado de câmara. Pode ser cercado ou fechado. A diferença entre as formas de aliená-lo do espaço circundante é pequena. A câmara fechada é uma sala completamente isolada e a cercada está localizada atrás de paredes não sólidas (malha ou treliça). Eles são feitos, via de regra, por empresas industriais de acordo com projetos padrão. A manutenção dos sistemas de alimentação elétrica é realizada por pessoal treinado com permissão e as qualificações necessárias, confirmadas por um documento oficial de permissão para trabalhar em linhas de alta tensão. A supervisão operacional da operação da subestação é realizada por um eletricista ou engenheiro de energia de plantão, localizado próximo ao quadro principal, que pode estar localizado remotamente da subestação.

Distribuição

Existe outra função importante que a subestação de energia desempenha. A energia elétrica é distribuída entreconsumidores de acordo com seus padrões e, além disso, a carga das três fases deve ser a mais uniforme possível. Para que esta tarefa seja resolvida com sucesso, existem dispositivos de distribuição. O quadro opera na mesma tensão e contém dispositivos que realizam manobras e protegem as linhas contra sobrecarga. O quadro é conectado ao transformador por fusíveis e disjuntores (monopolares, um para cada fase). Os dispositivos de distribuição de acordo com a localização são divididos em abertos (localizados ao ar livre) e fechados (localizados em ambientes internos).

Segurança

Todos os trabalhos realizados na subestação elétrica são classificados como especialmente de risco, portanto, requerem medidas emergenciais para garantir a segurança do trabalho. Basicamente, os reparos e manutenções são realizados com apagão total ou parcial. Depois que a tensão é desconectada (os eletricistas dizem "removido"), desde que todas as tolerâncias necessárias estejam em vigor, as barras de transporte de corrente são aterradas para evitar a ativação acidental. Os sinais de aviso “As pessoas estão trabalhando” e “Não ligue!” Também se destinam a isso. O pessoal que atende as subestações de alta tensão é sistematicamente treinado e as habilidades e conhecimentos adquiridos são monitorados periodicamente. A Tolerância nº 4 dá o direito de realizar trabalhos em instalações elétricas acima de 1 kV.