Apa itu gardu listrik? Gardu listrik dan switchgear

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-09 14:12

Insinyur kelistrikan tahu apa itu pembangkit listrik dan gardu induk, untuk apa dan bagaimana cara kerjanya. Mereka tahu cara menghitung kekuatan mereka dan semua parameter yang diperlukan, seperti jumlah belokan, penampang kawat, dan dimensi sirkuit magnetik. Ini diajarkan kepada siswa di universitas teknik dan sekolah teknik. Orang-orang dengan latar belakang seni liberal menduga bahwa struktur, sering berdiri sendiri dalam bentuk rumah tanpa jendela (pecinta grafiti suka melukisnya), diperlukan untuk memasok listrik ke rumah dan bisnis, dan mereka tidak boleh ditembus, lambang menakutkan dalam bentuk tengkorak dan petir berbicara fasih tentang ini melekat pada benda-benda berbahaya. Mungkin banyak yang tidak perlu tahu lebih banyak, tetapi informasi tidak pernah berlebihan.

Sedikit fisika

Listrik adalah komoditas yang harus dibayar, dan sayang jika disia-siakan. Dan ini, seperti dalam produksi apa pun, tidak dapat dihindari, tugasnya hanyalah mengurangi kerugian yang tidak perlu. Energi sama dengan daya dikalikan dengan waktu, jadi dalam penalaran lebih lanjut kita dapat beroperasi dengan konsep ini, jadibagaimana waktu terus mengalir, dan tidak mungkin untuk memutarnya kembali, seperti yang dikatakan lagu itu. Daya listrik, dalam perkiraan kasar, tanpa memperhitungkan beban reaktif, sama dengan produk tegangan dan arus. Jika kita mempertimbangkannya lebih detail, cosinus phi akan masuk ke rumus, yang menentukan rasio energi yang dikonsumsi dengan komponen yang berguna, yang disebut aktif. Namun indikator penting ini tidak secara langsung berkaitan dengan pertanyaan mengapa diperlukan gardu induk. Daya listrik dengan demikian tergantung pada dua kontributor utama hukum Ohm dan Joule-Lenz, tegangan dan arus. Arus kecil dan tegangan tinggi dapat menghasilkan daya yang sama seperti sebaliknya, arus tinggi dan tegangan rendah. Tampaknya, apa bedanya? Dan itu, dan sangat besar.

Panas udara? Api

Jadi, jika Anda menggunakan rumus daya aktif, Anda mendapatkan yang berikut:

P=U x I, dimana:

U adalah tegangan yang diukur dalam Volt;

I adalah arus yang diukur dalam Amps;P adalah daya yang diukur dalam Watt atau Volt -Amp.

Tetapi ada rumus lain yang menjelaskan hukum Joule-Lenz yang telah disebutkan, yang menurutnya daya termal yang dilepaskan selama aliran arus sama dengan kuadrat besarnya, dikalikan dengan resistansi konduktor. Memanaskan udara di sekitar saluran listrik berarti membuang-buang energi. Secara teoritis, kerugian ini dapat dikurangi dengan dua cara. Yang pertama melibatkan penurunan resistansi, yaitu penebalan kabel. Semakin besar penampang, semakin rendah resistansi, dandan sebaliknya. Tapi saya juga tidak mau membuang logam dengan sia-sia, itu mahal, apalagi tembaga. Selain itu, konsumsi ganda bahan konduktor tidak hanya akan menyebabkan peningkatan biaya, tetapi juga pembobotan, yang, pada gilirannya, akan menyebabkan peningkatan kompleksitas pemasangan saluran bertingkat tinggi. Dan dukungan akan dibutuhkan lebih kuat. Dan kerugian hanya akan dibagi dua.

Keputusan

Untuk mengurangi pemanasan kabel selama transmisi daya, perlu untuk mengurangi jumlah arus yang lewat. Ini cukup jelas, karena mengurangi separuhnya akan menyebabkan pengurangan kerugian empat kali lipat. Bagaimana jika sepuluh kali? Ketergantungannya adalah kuadrat, yang berarti bahwa kerugiannya akan seratus kali lebih sedikit! Tetapi daya harus "berayun" sama, yang dibutuhkan oleh sekelompok konsumen yang menunggunya di ujung lain saluran transmisi listrik, kadang-kadang ratusan kilometer dari pembangkit listrik. Kesimpulannya menunjukkan dirinya sendiri bahwa perlu untuk meningkatkan tegangan dengan jumlah yang sama dengan arus yang berkurang. Gardu transformator di awal saluran transmisi dirancang hanya untuk ini. Kabel keluar darinya di bawah tegangan yang sangat tinggi, diukur dalam puluhan kilovolt. Sepanjang jarak yang memisahkan pembangkit listrik termal, pembangkit listrik tenaga air, atau pembangkit listrik tenaga nuklir dari lokasi yang dituju, energi bergerak dengan arus (relatif) kecil. Konsumen, di sisi lain, perlu menerima daya dengan parameter standar yang diberikan, yang di negara kita sesuai dengan 220 volt (atau interfase 380 V). Sekarang kita tidak membutuhkan step-up, seperti pada input saluran listrik, tetapi gardu step-down. Energi listrik disuplai ke perangkat distribusi sehingga lampu di rumah-rumah menyala, danrotor mesin berputar di pabrik.

Apa yang ada di stan?

Dari penjelasan di atas, jelas bahwa bagian terpenting dalam sebuah gardu induk adalah transformator, dan biasanya transformator tiga fasa. Mungkin ada beberapa. Misalnya, transformator tiga fase dapat diganti dengan tiga fase tunggal. Jumlah yang lebih besar mungkin karena konsumsi daya yang tinggi. Desain perangkat ini berbeda, tetapi bagaimanapun juga, ia memiliki dimensi yang mengesankan. Semakin banyak kekuatan yang diberikan kepada konsumen, semakin terlihat serius strukturnya. Perangkat gardu listrik, bagaimanapun, lebih kompleks, dan mencakup lebih dari sekedar transformator. Ada juga peralatan yang dirancang untuk beralih dan melindungi unit yang mahal, dan paling sering untuk pendinginannya. Bagian kelistrikan stasiun dan gardu induk juga dilengkapi dengan switchboard yang dilengkapi dengan peralatan kontrol dan pengukuran.

Transformator

Tugas utama struktur ini adalah menyalurkan energi ke konsumen. Sebelum mengirim, tegangan harus dinaikkan, dan setelah menerimanya, diturunkan ke level standar.

Dengan semua fakta bahwa rangkaian gardu listrik mencakup banyak elemen, yang utama masih transformator. Tidak ada perbedaan mendasar antara perangkat produk ini dalam catu daya konvensional alat rumah tangga dan desain industri berdaya tinggi. Trafo terdiri dari belitan (primer dan sekunder) dan sirkuit magnetik yang terbuat dari feromagnet, yaitu bahan (logam) yang memperkuat medan magnet. Perhitunganperangkat ini adalah tugas pendidikan standar untuk mahasiswa universitas teknik. Perbedaan utama antara transformator gardu induk dan rekan-rekannya yang kurang kuat, yang mencolok, selain ukurannya, adalah adanya sistem pendingin, yang merupakan satu set pipa minyak yang mengelilingi belitan yang dipanaskan. Namun, merancang gardu listrik bukanlah tugas yang mudah, karena banyak faktor yang harus diperhitungkan, mulai dari kondisi iklim hingga sifat beban.

Kekuatan traksi

Bukan hanya rumah dan bisnis yang mengkonsumsi listrik. Semuanya jelas di sini, Anda perlu menerapkan 220 volt AC relatif ke bus netral atau 380 V antara fase pada frekuensi 50 Hertz. Tetapi ada juga transportasi listrik perkotaan. Trem dan bus troli membutuhkan tegangan yang tidak bergantian, tetapi konstan. Dan berbeda. Harus ada 750 Volt pada kabel kontak trem (relatif terhadap tanah, yaitu rel), dan bus listrik membutuhkan nol pada satu konduktor dan 600 Volt DC di sisi lain, pelindung roda karet adalah isolator. Ini berarti bahwa diperlukan gardu induk yang sangat kuat secara terpisah. Energi listrik diubah di atasnya, yaitu diperbaiki. Kekuatannya sangat besar, arus dalam rangkaian diukur dalam ribuan ampere. Perangkat semacam itu disebut perangkat konsep.

Perlindungan gardu induk

Baik trafo dan penyearah kuat (dalam hal catu daya traksi) mahal. Jika adasituasi darurat, yaitu korsleting, arus akan muncul di sirkuit belitan sekunder (dan, akibatnya, yang primer). Ini berarti bahwa penampang konduktor tidak dihitung. Gardu trafo listrik akan mulai memanas karena pembangkitan panas resistif. Jika skenario seperti itu tidak diramalkan, maka sebagai akibat dari korsleting di salah satu jalur periferal, kabel berliku akan meleleh atau terbakar. Untuk mencegah hal ini terjadi, berbagai metode digunakan. Ini adalah perlindungan diferensial, gas dan arus lebih.

Diferensial membandingkan nilai arus dalam rangkaian dan belitan sekunder. Perlindungan gas diaktifkan ketika produk pembakaran insulasi, oli, dll. muncul di udara. Proteksi arus mematikan transformator ketika arus melebihi nilai yang ditetapkan maksimum.

Ginduk trafo juga akan mati secara otomatis jika terjadi sambaran petir.

Jenis gardu induk

Mereka berbeda dalam hal kekuatan, tujuan, dan perangkat. Yang hanya berfungsi untuk menaikkan atau menurunkan tegangan disebut trafo. Jika perubahan parameter lain juga diperlukan (rektifikasi atau stabilisasi frekuensi), maka gardu tersebut disebut gardu transformasi.

Menurut desain arsitekturnya, gardu induk dapat dipasang, built-in (berdekatan dengan fasilitas utama), intrashop (terletak di dalam fasilitas produksi) atau mewakili bangunan tambahan yang terpisah. Dalam beberapa kasus, ketika daya tinggi tidak diperlukan (saat mengatur catu dayapemukiman kecil), struktur tiang gardu digunakan. Kadang-kadang menara transmisi daya digunakan untuk menempatkan transformator, di mana semua peralatan yang diperlukan dipasang (sekring, arester, pemisah, dll.).

Jaringan dan gardu listrik diklasifikasikan berdasarkan tegangan (hingga 1000 kV atau lebih, yaitu tegangan tinggi) dan daya (misalnya, dari 150 VA hingga 16 ribu kVA).

Menurut tanda skema koneksi eksternal, gardu dibagi menjadi nodal, buntu, tembus dan bercabang.

Di dalam sel

Ruang di dalam gardu induk, tempat trafo, busbar, dan peralatan yang memastikan pengoperasian seluruh perangkat, disebut ruang. Itu bisa dipagari atau ditutup. Perbedaan antara cara mengasingkannya dari ruang sekitarnya kecil. Ruang tertutup adalah ruang yang benar-benar terisolasi, dan ruang berpagar terletak di belakang dinding non-solid (jaring atau kisi). Mereka dibuat, sebagai suatu peraturan, oleh perusahaan industri sesuai dengan desain standar. Pemeliharaan sistem catu daya dilakukan oleh personel terlatih dengan izin dan kualifikasi yang diperlukan, dikonfirmasi oleh dokumen resmi tentang izin untuk bekerja pada saluran tegangan tinggi. Pengawasan operasional pengoperasian gardu induk dilakukan oleh teknisi listrik atau teknisi listrik yang bertugas, yang terletak di dekat switchboard utama, yang mungkin terletak jauh dari gardu induk.

Distribusi

Ada fungsi penting lain yang dilakukan oleh gardu listrik. Energi listrik didistribusikan antarakonsumen sesuai dengan standar mereka, dan di samping itu, beban ketiga fase harus seseragam mungkin. Agar tugas ini berhasil diselesaikan, ada perangkat distribusi. Switchgear beroperasi pada tegangan yang sama dan berisi perangkat yang melakukan switching dan melindungi saluran dari kelebihan beban. Switchgear terhubung ke transformator dengan sekering dan pemutus (kutub tunggal, satu untuk setiap fase). Perangkat distribusi menurut lokasinya dibagi menjadi terbuka (terletak di udara terbuka) dan tertutup (terletak di dalam ruangan).

Keamanan

Semua pekerjaan yang dilakukan di gardu listrik tergolong sangat berisiko, oleh karena itu, memerlukan tindakan darurat untuk memastikan keselamatan tenaga kerja. Pada dasarnya, perbaikan dan pemeliharaan dilakukan dengan pemadaman total atau sebagian. Setelah tegangan diputus (tenaga listrik mengatakan "dilepas"), asalkan semua toleransi yang diperlukan ada, batang pembawa arus diarde untuk mencegah aktivasi yang tidak disengaja. Tanda peringatan "Orang sedang bekerja" dan "Jangan nyalakan!" Juga dimaksudkan untuk ini. Personil yang melayani gardu induk tegangan tinggi dilatih secara sistematis, dan keterampilan serta pengetahuan yang diperoleh dipantau secara berkala. Toleransi No. 4 memberikan hak untuk melakukan pekerjaan pada instalasi listrik di atas 1 kV.