Antes que a eletricidade de uma usina atinja nossa tomada, sua tensão é aumentada primeiro para centenas de milhares de volts e depois reduzida para 220V. Eles fazem essas transformações em subestações de transformadores.
A característica mais importante de uma subestação são os níveis de tensão nos lados superior e inferior. O que está escrito no título significa apenas que existem 220 mil volts no lado superior e dois níveis de tensão de 110 e 20 kV no lado inferior. Ou seja, são duas subestações no mesmo território. E em nossa tomada de acordo com a classificação dos engenheiros de potência de 0,4 kV, é por isso. isso entre as fases é de 400 volts (antes de 380, mas os padrões mudaram há muito tempo).
A subestação começa
com um conjunto de manobra aberto com um briefing de segurança, depois vamos para o lado superior da subestação em um painel de manobra aberto - painel de manobra ao ar livre.
Em termos gerais, linhas de energia, seccionadores, interruptores isolados a gás e portais com seções de barramento são visíveis.
Portais são estruturas metálicas acima de toda a economia visível, e a seção de barramento é a parte do circuito da subestação que pode ser desconectada do restante do circuito por interruptores e seccionadores. Esta subestação pode ser alimentada a partir de qualquer extremidade da linha de energia e também pode desconectar a linha. Não conheço essa linha de energia em particular, mas, diferentemente do cabo de alimentação do seu PC, no qual a corrente sempre sai da tomada, as linhas de alta tensão são geralmente incluídas em um único sistema de energia e a energia dessas linhas pode fluir de fontes diferentes (localizadas de diferentes lados da linha) para diferentes consumidores em momentos diferentes. Para fazer isso, todos os geradores incluídos em uma única rede operam estritamente de forma síncrona.
A comutação da linha de 220 kV é realizada por interruptores isolados a gás.
O hexafluoreto de gás ou enxofre SF6 é bombeado para os disjuntores para uma melhor extinção de arco quando os contatos são desconectados. Todo mundo notou uma faísca no interruptor da casa ou no soquete quando o plugue foi desligado - esse é o mesmo princípio, mas muitas ordens de magnitude a mais. Existem disjuntores a vácuo e a óleo, mas o SF6 é considerado o mais confiável hoje para esse nível de tensão.
Na foto que mostrei um manômetro, ele pode ser visto do chão para que um funcionário possa diagnosticar um vazamento de gás. Este modelo de disjuntor a gás de fuga não pode ser desligado sob carga - ele entrará em colapso.
Além disso, os seccionadores estão necessariamente presentes nas subestações russas:
Este é essencialmente também um interruptor, mas completamente aberto, você pode desconectar o seccionador apenas sem carga. É necessário criar uma “lacuna física visível” - este é um pré-requisito para a execução segura do trabalho nas instalações da subestação. Ou seja, não basta desligar o disjuntor SF6 e aterrá-lo, é necessário que uma ruptura física seja visível.
Os interruptores e seccionadores podem ser controlados no painel de controle da subestação e manualmente, usando alças especiais.
Um dos dispositivos interessantes para um engenheiro eletrônico: uma armadilha de alta frequência
De fato, a bobina e o capacitor compõem o filtro LC, que não passa um sinal de alta frequência para a rede. Um sinal de alta frequência vem de outra subestação ou estação de energia, cuja frequência está na região de 40 kHz e é usado para transmitir informações, principalmente um sistema de proteção e automação. A velocidade de transmissão é muito baixa, mas a confiabilidade do método é comprovada há décadas e esse tipo de comunicação é necessário ao construir esses objetos. A potência do sinal é da ordem de 1 kV e é muito difícil distorcer ou amortecer tecnicamente.
É impossível medir diretamente correntes e tensões nessas redes com dispositivos, portanto, os transformadores são usados para a operação de automação e medições. Vimos um transformador de corrente na imagem com um interruptor isolado a gás, e os transformadores de tensão são assim:
Após a conversão, obtemos no máximo 100 volts ou 5 amperes - todos os instrumentos de medição de blindagem e dispositivos de proteção e automação de relés (proteção e automação de relés) são configurados para esses valores. Ao contrário dos controladores industriais padrão: 1-10V e 4-20mA, os níveis de 100V e 5A são muito mais resistentes a interferências.
Outro dispositivo no lado superior é a proteção contra sobretensão:
Com um raio, a resistência do varistor cai drasticamente e despeja o excesso de energia no chão. E sim, funciona em 190kV, porque em uma linha de transmissão de energia de 220kV, cada fase em relação à Terra tem um potencial inferior a 190kV.
E aqui está o coração da subestação - um autotransformador de 250MVA (megavolt ampère):
O transformador possui muitos dispositivos para garantir sua operação e proteção. Em caso de incêndio, ele é extinto com água, embora o óleo não seja extinto com água, mas se não houver dinheiro para espuma e você realmente o desejar, poderá fazê-lo com água. Um sistema de pulverização é usado durante a operação em que uma nuvem de vapor e água se forma ao redor do transformador, que bloqueia o acesso ao oxigênio e o fogo é interrompido.
É chamado de autotransformador porque possui uma conexão entre os enrolamentos primário e secundário, como no LATR - e acredita-se que sua eficiência seja superior à de um transformador clássico.
Este transformador possui dois enrolamentos secundários 110 e 10. Um enrolamento de 10 kV é usado apenas para auto-alimentação. Como a prática demonstrou, se o enrolamento de 10Kw for carregado no valor nominal, não serão fornecidos campos e parafusos eletromagnéticos, com os quais o fundo do transformador é parafusado e começa a brilhar.
A carga na rede não é constante e este transformador também fornece regulação de tensão para a carga
A alça pode ser torcida apenas durante o reparo e o ajuste, durante o horário de trabalho - apenas o acionamento elétrico e a automação.
Em todo o lado alto (a propósito, eles chamam de alto pelo nível de tensão, tudo está fisicamente no mesmo plano), as rachaduras das descargas são ouvidas constantemente e isso se cansa rapidamente.
Após o autotransformador, o lado baixo começa com um nível de tensão de 110
Tudo é o mesmo aqui: aparelhagem aberta, interruptores, portais, seções de ônibus ...
Transformadores de tensão:
Seccionadores e interruptores:
E a eletricidade vai para outras subestações
Mas há também um segundo lado baixo, iniciado após o transformador 110/20
O transformador é menor, o sistema de refrigeração é passivo, já é um transformador clássico e não um autotransformador. Mas todos os sistemas de drenagem de óleo e ar também estão presentes. Há um silêncio do lado 110, nenhuma descarga de bacalhau.
O lado mais baixo da subestação é 20kV. representado por aparelhagem interna - aparelhagem fechada
Se em um painel externo de 220 kV, é proibido aproximar-se mais próximo das peças energizadas a menos de 4 metros, em um painel interno de 20kV você pode tocar com segurança no equipamento
Tudo é fechado, marcado, controlado por controle remoto ou manualmente, é impossível abrir uma célula assim - tudo é bloqueado pela automação.
Para reparo, as células são lançadas nos seguintes carrinhos:
Para controle e gerenciamento, controladores domésticos são usados:
Em seguida, uma tensão de 20 kV é fornecida às subestações locais por meio de cabos subterrâneos. Redes com voltagem superior a 0,4 kV são isoladas do solo (bem, não 100%, mas não há zero usual nessas redes). No caso de uma queda no solo, a corrente flui, mas é percebida como consumo normal, e o arco ao mesmo tempo estraga o isolamento do cabo e, por fim, causa danos e curto-circuito na interfase. Para evitar isso, eles criaram um sistema especial:
Um transformador com um ponto médio é colocado em três fases do cabo e, com uma carga igual nas fases, a tensão no ponto médio em relação à terra é zero e, quando a terra está em curto, a tensão aumenta e é um indicador do problema. Para identificar um cabo específico. em que ocorreu um curto-circuito, use resistores grandes.
Também existem bobinas de supressão de arco que permitem compensar a diferença de potencial, extinguir o arco e, de acordo com as histórias, às vezes o isolamento é atrasado e o reparo de cabos não é necessário.
Console principal da subestação:
nos armários, um diagrama da subestação é desenhado e os controles são inscritos no circuito - antes da entrada, lembrando estritamente que nenhum botão é girado ou pressionado. Por trás do console, existem muitos armários com sistemas de energia CA e CC (toda a proteção funciona em uma rede CC totalmente autônoma), sistemas de alarme, sistemas de extinção de incêndio, etc. Todos estão fechados.
É assim que um dispositivo de comunicação de alta frequência se parece, exatamente o que está conectado a uma armadilha de alta frequência e se comunica com seu próprio tipo em outras subestações.
Em conclusão, fomos autorizados a entrar na sala de telemetria e na RPA: eu esperava algo interessante, mas a sala estava cheia de armários fechados com abreviações incompreensíveis. Não havia mais tempo e não foi possível solicitar detalhes.
Aqui está um dos armários onde algo é visível:
Na foto, conversores de nível universal que convertem 100V 5A em 24V 20mA
Uma parte do equipamento de proteção e automação de relés é montada em relés mecânicos, outra em controladores lógicos. Todas as informações são exibidas na estação de trabalho do expedidor na tela do PC, de onde podem ser controladas. Além disso, todas as informações vão para o centro de controle central da organização da rede.
Nisso, nossa excursão terminou, entregamos os capacetes e mais uma vez olhando do lado do painel externo, escoltado pelos guardas que deixaram o território.
Do meu ponto de vista como profissional de TI, as abordagens de proteção, bloqueio, gerenciamento e controle são organizadas no nível mais alto, pode-se dizer o nível "de ferro" - é bem possível pedir emprestado ao criar sistemas de informação.