Co je to elektrická rozvodna? Elektrické rozvodny a rozvodny

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-09 14:08

Elektrotechnici vědí, co jsou elektrárny a rozvodny, k čemu slouží a jak fungují. Vědí, jak vypočítat jejich výkon a všechny potřebné parametry, jako je počet závitů, průřez drátu a rozměry magnetického obvodu. To se učí studenti na technických univerzitách a technických školách. Lidé se svobodným uměním se domnívají, že stavby, často stojící osamoceně v podobě domů bez oken (milovníci graffiti je rádi malují), jsou potřebné k napájení domácností a podniků a nemělo by se do nich pronikat, děsivé emblémy v podobě lebek a blesků mluví výmluvně o tomto připojeném k nebezpečným předmětům. Možná mnozí nepotřebují vědět více, ale informace nejsou nikdy nadbytečné.

Trocha fyziky

Elektřina je komodita, za kterou se musí platit, a je škoda, když se s ní plýtvá. A to je jako v každé výrobě nevyhnutelné, úkolem je pouze snížit zbytečné ztráty. Energie se rovná výkonu vynásobenému časem, takže v dalším uvažování můžeme s tímto pojmem operovat, takžejak čas neustále plyne a nelze jej vrátit zpět, jak praví píseň. Elektrická energie se v hrubé aproximaci, bez zohlednění jalového zatížení, rovná součinu napětí a proudu. Pokud to uvážíme podrobněji, do vzorce vstoupí kosinus fí, který určuje poměr spotřebované energie s její užitečnou složkou, nazývanou aktivní. Tento důležitý ukazatel však přímo nesouvisí s otázkou, proč je potřeba rozvodna. Elektrická energie tak závisí na dvou hlavních přispěvatelích Ohmových a Joule-Lenzových zákonů, napětí a proudu. Malý proud a vysoké napětí mohou produkovat stejný výkon jako naopak, vysoký proud a nízké napětí. Zdá se, jaký je v tom rozdíl? A je, a velmi velký.

Ohřívat vzduch? Oheň

Pokud tedy použijete vzorec činného výkonu, získáte následující:

P=U x I, kde:

U je napětí měřené ve voltech;

I je proud měřený v ampérech;P je výkon měřený ve wattech nebo voltech -Ampéry.

Existuje ale ještě jeden vzorec, který popisuje již zmíněný Joule-Lenzův zákon, podle kterého se tepelný výkon uvolněný při průchodu proudu rovná druhé mocnině jeho velikosti, vynásobené odporem vodiče. Ohřívání vzduchu kolem elektrického vedení znamená plýtvání energií. Teoreticky lze tyto ztráty snížit dvěma způsoby. První z nich zahrnuje snížení odporu, tedy zesílení drátů. Čím větší je průřez, tím nižší je odpor anaopak. Ale také nechci plýtvat kovem nadarmo, je to drahé, přeci jen měď. Kromě toho dvojitá spotřeba materiálu vodiče povede nejen ke zvýšení nákladů, ale také ke zvýšení hmotnosti, což zase povede ke zvýšení složitosti instalace výškových vedení. A podpěry budou vyžadovány silnější. A ztráty budou pouze poloviční.

Rozhodnutí

Aby se snížilo zahřívání vodičů při přenosu energie, je nutné snížit množství procházejícího proudu. To je zcela jasné, protože jeho snížení na polovinu povede ke čtyřnásobnému snížení ztrát. Co když desetkrát? Závislost je kvadratická, což znamená, že ztráty budou stokrát menší! Výkon ale musí být „houpavý“stejný, jaký potřebuje ten agregát spotřebitelů, kteří na něj čekají na druhém konci elektrického vedení, někdy i stovky kilometrů od elektrárny. Závěr naznačuje, že je nutné zvýšit napětí o stejnou hodnotu, jakou se sníží proud. Právě k tomu je určena trafostanice na začátku přenosového vedení. Vycházejí z něj dráty pod velmi vysokým napětím, měřeným v desítkách kilovoltů. Po celé vzdálenosti oddělující tepelnou elektrárnu, vodní elektrárnu nebo jadernou elektrárnu od lokality, kde je řešena, prochází energie malým (relativně) proudem. Spotřebitel naopak potřebuje přijímat proud s danými standardními parametry, které u nás odpovídají 220 voltům (neboli mezifázově 380 V). Nyní nepotřebujeme zvýšit, jako na vstupu elektrického vedení, ale snížit rozvodnu. Elektrická energie je dodávána do rozvodných zařízení tak, aby se v domech svítilo, popřrotory strojů se otáčely v továrnách.

Co je ve stánku?

Z výše uvedeného je zřejmé, že nejdůležitější částí rozvodny je transformátor, a obvykle třífázový. Může jich být několik. Například třífázový transformátor lze nahradit třemi jednofázovými. Větší počet může být způsoben vysokou spotřebou energie. Design tohoto zařízení je odlišný, ale v každém případě má působivé rozměry. Čím více energie je spotřebiteli poskytnuto, tím vážněji vypadá struktura. Zařízení elektrické rozvodny je však složitější a zahrnuje více než jen transformátor. Nechybí zařízení určené pro spínání a ochranu drahé jednotky a nejčastěji pro její chlazení. Elektrická část stanic a rozvoden obsahuje také rozvaděče vybavené řídicí a měřicí technikou.

Transformátor

Hlavním úkolem této struktury je předat energii spotřebiteli. Před odesláním je třeba zvýšit napětí a po jeho přijetí snížit na standardní úroveň.

Při vší skutečnosti, že obvod elektrické rozvodny obsahuje mnoho prvků, hlavním je stále transformátor. Mezi zařízením tohoto produktu není žádný zásadní rozdíl v běžném napájení domácího spotřebiče a vysoce výkonných průmyslových provedeních. Transformátor se skládá z vinutí (primárního a sekundárního) a magnetického obvodu z feromagnetika, tedy materiálu (kovu), který zesiluje magnetické pole. Výpočettohoto zařízení je zcela standardní výukový úkol pro studenta technické univerzity. Hlavním rozdílem mezi transformátorem rozvodny a jeho méně výkonnými protějšky, který je nápadný, kromě velikosti, je přítomnost chladicího systému, což je soubor ropovodů obepínajících vyhřívaná vinutí. Navrhování elektrických rozvoden však není snadný úkol, protože je třeba vzít v úvahu mnoho faktorů, od klimatických podmínek až po povahu zátěže.

Tažná síla

Elektřinu nespotřebovávají jen domácnosti a firmy. Zde je vše jasné, musíte použít 220 voltů AC vzhledem k neutrální sběrnici nebo 380 V mezi fázemi při frekvenci 50 Hz. Existuje ale také městská elektrická doprava. Tramvaje a trolejbusy vyžadují napětí nikoli střídavé, ale konstantní. A jiný. Na troleji tramvaje (vzhledem k zemi, tedy kolejím) má být 750 Voltů a trolejbus potřebuje na jednom vodiči nulu a na druhém 600 Voltů stejnosměrných, gumové chrániče kol jsou izolanty. To znamená, že je potřeba samostatná velmi výkonná rozvodna. Elektrická energie se na něm přeměňuje, tedy usměrňuje. Jeho výkon je velmi velký, proud v obvodu se měří v tisících ampérů. Takové zařízení se nazývá průvanové zařízení.

Ochrana rozvodny

Transformátor i výkonný usměrňovač (v případě trakčních zdrojů) jsou drahé. Pokud existujenouzová situace, konkrétně zkrat, se v obvodu sekundárního vinutí (a následně i primárního) objeví proud. To znamená, že se nepočítá průřez vodičů. Elektrická trafostanice se začne zahřívat v důsledku vytváření odporového tepla. Pokud se takový scénář nepředpokládá, pak se v důsledku zkratu v některém z obvodových vedení drát vinutí roztaví nebo spálí. Aby se tomu zabránilo, používají se různé metody. Jedná se o diferenciální, plynové a nadproudové ochrany.

Diferenciál porovnává aktuální hodnoty v obvodu a sekundárním vinutí. Ochrana proti plynu se aktivuje, když se ve vzduchu objeví produkty spalování izolace, oleje atd. Proudová ochrana vypne transformátor, když proud překročí maximální nastavenou hodnotu.

Transformátorna by se měla automaticky vypnout i v případě úderu blesku.

Typy rozvoden

Liší se výkonem, účelem a zařízením. Ty z nich, které slouží pouze ke zvýšení nebo snížení napětí, se nazývají transformátor. Pokud je požadována i změna dalších parametrů (usměrnění nebo stabilizace kmitočtu), pak se rozvodna nazývá transformační rozvodna.

Podle svého architektonického řešení mohou být rozvodny přistavěné, vestavné (sousedí s hlavním objektem), intrashop (umístěné uvnitř výrobního objektu) nebo představují samostatnou pomocnou budovu. V některých případech, kdy není vyžadován vysoký výkon (při organizaci napájenímalá sídla), používá se stožárová konstrukce rozvoden. Někdy se k umístění transformátoru používají výkonové přenosové věže, na kterých je namontováno veškeré potřebné vybavení (pojistky, svodiče, odpojovače atd.).

Elektrické sítě a rozvodny jsou klasifikovány podle napětí (do 1000 kV nebo více, to znamená vysokého napětí) a výkonu (například od 150 VA do 16 tisíc kVA).

Podle schematického označení vnějšího zapojení jsou rozvodny rozděleny na uzlové, slepé, průchozí a odbočné.

Uvnitř buňky

Prostor uvnitř rozvodny, ve kterém jsou transformátory, přípojnice a zařízení zajišťující provoz celého zařízení, se nazývá komora. Může být oplocený nebo uzavřený. Rozdíl mezi způsoby jeho odcizení od okolního prostoru je malý. Uzavřená komora je zcela izolovaná místnost a oplocená je umístěna za nepevnými (síťovými nebo mřížovými) zdmi. Vyrábějí je zpravidla průmyslové podniky podle standardních vzorů. Údržbu napájecích systémů provádí vyškolený personál s povolením a potřebnou kvalifikací potvrzenou úředním dokladem o povolení k práci na vedení vysokého napětí. Provozní dohled nad provozem rozvodny provádí službukonající elektrikář nebo energetik, umístěný v blízkosti hlavního rozvaděče, který může být umístěn i vzdáleně od rozvodny.

Distribuce

Existuje další důležitá funkce, kterou plní rozvodna. Elektrická energie je distribuována mezispotřebitele podle jejich norem a navíc by zatížení tří fází mělo být co nejrovnoměrnější. Aby byl tento úkol úspěšně vyřešen, existují distribuční zařízení. Rozváděč pracuje při stejném napětí a obsahuje zařízení, která provádějí spínání a chrání vedení před přetížením. Rozváděč je připojen k transformátoru pojistkami a jističi (jednopólové, jeden pro každou fázi). Distribuční zařízení podle umístění se dělí na otevřená (umístěná pod širým nebem) a uzavřená (umístěná uvnitř).

Bezpečnost

Veškeré práce prováděné v elektrické rozvodně jsou klasifikovány jako zvláště rizikové, proto vyžadují mimořádná opatření k zajištění bezpečnosti práce. Opravy a údržba se v zásadě provádějí s úplným nebo částečným zatemněním. Po odpojení napětí (elektrikáři říkají „odstraněno“), za předpokladu, že jsou dodrženy všechny nezbytné tolerance, jsou proudové tyče uzemněny, aby se zabránilo náhodné aktivaci. K tomu jsou určeny i varovné nápisy „Lidé pracují“a „Nezapínat!“. Obsluha vysokonapěťových rozvoden je systematicky proškolována a dovednosti a získané znalosti jsou pravidelně sledovány. Tolerance č. 4 opravňuje k provádění prací na elektrických instalacích nad 1 kV.