¿Qué es una subestación eléctrica? Subestaciones eléctricas y aparamenta

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

Los ingenieros eléctricos saben qué son las centrales eléctricas y las subestaciones, para qué sirven y cómo funcionan. Saben cómo calcular su potencia y todos los parámetros necesarios, como el número de vueltas, la sección transversal del cable y las dimensiones del circuito magnético. Esto se enseña a los estudiantes en universidades técnicas y escuelas técnicas. Las personas con experiencia en artes liberales suponen que las estructuras, a menudo aisladas en forma de casas sin ventanas (a los amantes del grafiti les encanta pintarlas), son necesarias para suministrar energía a los hogares y negocios, y no deben ser penetradas, emblemas aterradores en forma de calaveras y relámpagos hablan con elocuencia de este adherido a objetos peligrosos. Quizás muchos no necesiten saber más, pero la información nunca está de más.

Un poco de física

La electricidad es un bien que hay que pagar y es una pena que se desperdicie. Y esto, como en cualquier producción, es inevitable, la tarea es solo reducir pérdidas innecesarias. La energía es igual a la potencia multiplicada por el tiempo, por lo que en un razonamiento posterior podemos operar con este concepto, por lo quecómo el tiempo fluye constantemente, y es imposible volverlo atrás, como dice la canción. La potencia eléctrica, en una aproximación aproximada, sin tener en cuenta las cargas reactivas, es igual al producto de la tensión por la corriente. Si lo consideramos con más detalle, el coseno phi entrará en la fórmula, que determina la relación entre la energía consumida y su componente útil, llamado activo. Pero este importante indicador no está directamente relacionado con la pregunta de por qué se necesita una subestación. Por lo tanto, la energía eléctrica depende de los dos principales contribuyentes a las leyes de Ohm y Joule-Lenz, el voltaje y la corriente. La corriente pequeña y el alto voltaje pueden producir la misma potencia que viceversa, alta corriente y bajo voltaje. Parecería, ¿cuál es la diferencia? Y lo es, y muy grande.

¿Calentar el aire? ¡Fuego

Entonces, si usas la fórmula de potencia activa, obtienes lo siguiente:

P=U x I, donde:

U es la tensión medida en voltios;

I es la corriente medida en amperios;P es la potencia medida en vatios o voltios -Amperios.

Pero existe otra fórmula que describe la ya mencionada ley de Joule-Lenz, según la cual la potencia térmica liberada durante el paso de la corriente es igual al cuadrado de su magnitud, multiplicado por la resistencia del conductor. Calentar el aire alrededor de la línea eléctrica significa desperdiciar energía. Teóricamente, estas pérdidas se pueden reducir de dos maneras. El primero de ellos implica una disminución de la resistencia, es decir, un engrosamiento de los hilos. Cuanto mayor sea la sección transversal, menor será la resistencia yviceversa. Pero tampoco quiero desperdiciar metal en vano, es caro, cobre después de todo. Además, el doble consumo de material conductor conducirá no solo a un aumento del coste, sino también de ponderación, lo que, a su vez, conducirá a un aumento de la complejidad de la instalación de líneas de gran altura. Y se requerirán soportes más potentes. Y las pérdidas solo se reducirán a la mitad.

Decisión

Para reducir el calentamiento de los cables durante la transmisión de energía, es necesario reducir la cantidad de corriente que pasa. Esto es bastante claro, porque reducirlo a la mitad conducirá a una reducción de cuatro veces en las pérdidas. ¿Y si diez veces? ¡La dependencia es cuadrática, lo que significa que las pérdidas serán cien veces menores! Pero la energía debe ser "oscilante" igual, que es necesaria para el conjunto de consumidores que la esperan en el otro extremo de la línea de transmisión de energía, a veces a cientos de kilómetros de la planta de energía. La conclusión sugiere que es necesario aumentar el voltaje en la misma cantidad que se reduce la corriente. La subestación transformadora al inicio de la línea de transmisión está diseñada precisamente para esto. Los cables salen de él bajo un voltaje muy alto, medido en decenas de kilovoltios. A lo largo de la distancia que separa la central térmica, la central hidroeléctrica o la central nuclear de la localidad donde se dirige, la energía viaja con una (relativamente) pequeña corriente. El consumidor, por su parte, necesita recibir energía con los parámetros estándar dados, que en nuestro país corresponden a 220 voltios (o 380 V de interfase). Ahora no necesitamos un elevador, como en la entrada de una línea eléctrica, sino una subestación reductora. La energía eléctrica se suministra a los dispositivos de distribución para que las luces estén encendidas en las casas, ylos rotores de las máquinas giraban en las fábricas.

¿Qué hay en la cabina?

De lo anterior, queda claro que la parte más importante en una subestación es un transformador, y generalmente uno trifásico. Puede haber varios. Por ejemplo, se puede sustituir un transformador trifásico por tres monofásicos. Un número mayor puede deberse al alto consumo de energía. El diseño de este dispositivo es diferente, pero en cualquier caso tiene unas dimensiones impresionantes. Cuanto más poder se otorga al consumidor, más seria parece la estructura. El dispositivo de una subestación eléctrica, sin embargo, es más complejo e incluye más que un simple transformador. También hay equipos diseñados para cambiar y proteger una unidad costosa y, con mayor frecuencia, para su enfriamiento. La parte eléctrica de las estaciones y subestaciones también contiene cuadros de distribución equipados con equipos de control y medida.

Transformador

La tarea principal de esta estructura es transmitir energía al consumidor. Antes de enviar, se debe aumentar el voltaje y, después de recibirlo, bajarlo al nivel estándar.

A pesar de que el circuito de una subestación eléctrica incluye muchos elementos, el principal sigue siendo un transformador. No existe una diferencia fundamental entre el dispositivo de este producto en una fuente de alimentación convencional de un electrodoméstico y los diseños industriales de alta potencia. El transformador consta de devanados (primario y secundario) y un circuito magnético hecho de ferromagneto, es decir, un material (metal) que amplifica el campo magnético. Cálculode este dispositivo es una tarea educativa bastante estándar para un estudiante de una universidad técnica. La principal diferencia entre el transformador de subestación y sus contrapartes menos potentes, que llama la atención, además del tamaño, es la presencia de un sistema de enfriamiento, que es un conjunto de oleoductos que rodean los devanados calentados. Sin embargo, diseñar subestaciones eléctricas no es una tarea fácil, ya que se deben tener en cuenta muchos factores, que van desde las condiciones climáticas hasta la naturaleza de la carga.

Potencia de tracción

No solo los hogares y las empresas consumen electricidad. Aquí todo está claro, debe aplicar 220 voltios CA con respecto al bus neutro o 380 V entre fases a una frecuencia de 50 Hertz. Pero también está el transporte eléctrico urbano. Los tranvías y trolebuses requieren un voltaje no alterno, sino constante. Y diferente. Debe haber 750 Voltios en el cable de contacto del tranvía (relativo a tierra, es decir, los rieles), y el trolebús necesita cero en un conductor y 600 Voltios DC en el otro, los protectores de ruedas de goma son aislantes. Esto significa que se necesita una subestación independiente muy potente. La energía eléctrica se convierte en él, es decir, se rectifica. Su potencia es muy grande, la corriente en el circuito se mide en miles de amperios. Tal dispositivo se llama dispositivo de tiro.

Protección de subestaciones

Tanto el transformador como el potente rectificador (en el caso de las fuentes de alimentación de tracción) son caros. Si hayuna situación de emergencia, es decir, un cortocircuito, aparecerá una corriente en el circuito del devanado secundario (y, en consecuencia, en el primario). Esto significa que no se calcula la sección transversal de los conductores. La subestación transformadora eléctrica comenzará a calentarse debido a la generación de calor resistivo. Si no se prevé tal escenario, como resultado de un cortocircuito en cualquiera de las líneas periféricas, el cable del devanado se derretirá o se quemará. Para evitar que esto suceda, se utilizan varios métodos. Son protecciones diferenciales, de gas y de sobreintensidad.

Diferencial compara los valores de corriente en el circuito y el devanado secundario. La protección de gas se activa cuando aparecen en el aire productos de combustión de aislamiento, aceite, etc. La protección de corriente apaga el transformador cuando la corriente supera el valor máximo establecido.

La subestación transformadora también debería apagarse automáticamente en caso de caída de un rayo.

Tipos de subestaciones

Son diferentes en poder, propósito y dispositivo. Aquellos de ellos que sirven únicamente para aumentar o disminuir el voltaje se denominan transformador. Si también se requiere un cambio en otros parámetros (rectificación o estabilización de frecuencia), entonces la subestación se denomina subestación transformadora.

De acuerdo con su diseño arquitectónico, las subestaciones pueden estar adosadas, integradas (adyacentes a la instalación principal), dentro del taller (ubicadas dentro de la instalación de producción) o representar un edificio auxiliar separado. En algunos casos, cuando no se requiere alta potencia (al organizar el suministro de energíapequeños asentamientos), se utiliza la estructura de mástil de las subestaciones. En ocasiones se utilizan torres de transmisión de energía para colocar el transformador, sobre el cual se monta todo el equipo necesario (fusibles, pararrayos, seccionadores, etc.).

Las redes y subestaciones eléctricas se clasifican por tensión (hasta 1000 kV o más, es decir alta tensión) y potencia (por ejemplo, de 150 VA a 16 mil kVA).

Según el signo esquemático de la conexión externa, las subestaciones se dividen en nodales, sin salida, de paso y ramales.

Dentro de la celda

El espacio interior de la subestación, en el que se encuentran los transformadores, embarrados y equipos que aseguran el funcionamiento de todo el aparato, se denomina cámara. Se puede vallar o cerrar. La diferencia entre las formas de alienarlo del espacio circundante es pequeña. La cámara cerrada es una habitación completamente aislada, y la cercada está ubicada detrás de paredes no sólidas (malla o celosía). Están hechos, por regla general, por empresas industriales de acuerdo con diseños estándar. El mantenimiento de los sistemas de suministro de energía lo realiza personal capacitado con permiso y las calificaciones necesarias, confirmado por un documento oficial sobre permiso para trabajar en líneas de alto voltaje. La supervisión operativa de la operación de la subestación la lleva a cabo un electricista o ingeniero eléctrico de turno, ubicado cerca del tablero de distribución principal, que puede estar ubicado de forma remota con respecto a la subestación.

Distribución

Hay otra función importante que realiza la subestación eléctrica. La energía eléctrica se distribuye entreconsumidores de acuerdo a sus estándares, y además, la carga de las tres fases debe ser lo más uniforme posible. Para que esta tarea se resuelva con éxito, existen dispositivos de distribución. La aparamenta funciona con el mismo voltaje y contiene dispositivos que realizan la conmutación y protegen las líneas contra sobrecargas. La aparamenta está conectada al transformador mediante fusibles y disyuntores (unipolares, uno para cada fase). Los dispositivos de distribución según la ubicación se dividen en abiertos (ubicados al aire libre) y cerrados (ubicados en interiores).

Seguridad

Todo trabajo realizado en la subestación eléctrica está catalogado como de especial riesgo, por lo que requiere medidas de emergencia para garantizar la seguridad laboral. Básicamente, las reparaciones y el mantenimiento se realizan con un apagón total o parcial. Después de desconectar el voltaje (los electricistas dicen "retirado"), siempre que se cumplan todas las tolerancias necesarias, las barras conductoras de corriente se conectan a tierra para evitar una activación accidental. Las señales de advertencia "La gente está trabajando" y "¡No encienda!" También están destinadas a esto. El personal que da servicio a las subestaciones de alta tensión se capacita sistemáticamente y se monitorean periódicamente las habilidades y los conocimientos adquiridos. La tolerancia nº 4 da derecho a realizar trabajos en instalaciones eléctricas superiores a 1 kV.