Das Umspannwerk Adélard-Godbout in Old Montreal ist Kanadas ältestes Umspannwerk, das seit 1901 im Dauerbetrieb ist. Es hat eine Fassade aus Lehmziegeln mit grauen Steinornamenten, die sich in die Umgebung der Innenstadt einfügt.
Das Umspannwerk in einem schlossartigen Gebäude aus den 1910er Jahren dient als Verteilungspunkt neben dem Staudamm Lésna, einer von mehreren Wasserkraftwerken am Fluss Bóbr.,
15 kV/400 V Verteilerturm in Polen
Elemente einer Unterstationedit
Unterstationen verfügen im Allgemeinen über Schalt -, Schutz-und Steuergeräte sowie Transformatoren. In einer großen Unterstation werden Leistungsschalter verwendet, um Kurzschlüsse oder Überlastströme zu unterbrechen, die im Netzwerk auftreten können. Kleinere Verteilerstationen können Recloser-Leistungsschalter oder Sicherungen zum Schutz von Verteilungskreisen verwenden., Umspannwerke selbst haben normalerweise keine Generatoren, obwohl ein Kraftwerk möglicherweise eine Umspannstation in der Nähe hat. Andere Geräte wie Kondensatoren, Spannungsregler und Reaktoren können sich ebenfalls an einer Unterstation befinden.
Umspannwerke können sich in eingezäunten Gehäusen, unterirdisch oder in Sondergebäuden befinden. Hochhäuser können mehrere Innenstationen haben. Indoor-Umspannwerke sind in der Regel in städtischen Gebieten zu finden, um den Lärm der Transformatoren aus Gründen des Aussehens zu reduzieren oder Schaltanlagen vor extremen Klima-oder Verschmutzungsbedingungen zu schützen.,
Es muss ein Erd – (Erd -) System aufgebaut sein. Der gesamte Anstieg des Bodenpotentials und die Potentialgradienten während eines Fehlers (Berührungs-und Stufenpotentiale genannt) müssen berechnet werden, um Passanten während eines Kurzschlusses im Übertragungssystem zu schützen. Erdfehler in einem Umspannwerk können zu einem Anstieg des Bodenpotentials führen. Ströme, die während eines Fehlers in der Erdoberfläche fließen, können dazu führen, dass Metallobjekte eine signifikant andere Spannung als der Boden unter den Füßen einer Person haben; Dieses Berührungspotential birgt die Gefahr eines Stromschlags., Wenn ein Umspannwerk einen Metallzaun hat, muss es ordnungsgemäß geerdet sein, um Menschen vor dieser Gefahr zu schützen.
Die Hauptprobleme eines Energietechnikers sind Zuverlässigkeit und Kosten. Ein gutes Design versucht, ein Gleichgewicht zwischen diesen beiden zu finden, um Zuverlässigkeit ohne übermäßige Kosten zu erreichen. Das Design sollte bei Bedarf auch eine Erweiterung der Station ermöglichen.
Standortauswahledit
Die Auswahl des Standorts einer Unterstation muss viele Faktoren berücksichtigen., Für die Installation von Geräten mit erforderlichen Freiräumen für die elektrische Sicherheit und für den Zugang zur Wartung großer Geräte wie Transformatoren ist eine ausreichende Landfläche erforderlich.
Wo Land teuer ist, wie in städtischen Gebieten, können gasisolierte Schaltanlagen insgesamt Geld sparen. Umspannwerke in Küstengebieten, die von Überschwemmungen und tropischen Stürmen betroffen sind, erfordern häufig eine erhöhte Struktur, um Geräte empfindlich gegen Überspannungen zu halten, die gegen diese Elemente gehärtet sind. Der Standort muss aufgrund von Lastwachstum oder geplanten Übertragungszusätzen Raum für Expansion haben., Umweltauswirkungen des Umspannwerks müssen berücksichtigt werden, wie Entwässerungs -, Lärm-und Straßenverkehrseffekte.
Der Umspannwerksstandort muss für das zu bedienende Verteilgebiet einigermaßen zentral sein. Die Baustelle muss vor dem Eindringen von Passanten geschützt sein, um Menschen vor Verletzungen durch Stromschläge oder Bögen zu schützen und das elektrische System vor Fehlbedienung durch Vandalismus zu schützen.
Entwurfsdiagrammedit
Tottenham Substation, in wilder Parklandschaft im Norden Londons.,
Der erste Schritt bei der Planung eines Umspannwerkslayouts ist die Erstellung eines einzeiligen Diagramms, das in vereinfachter Form die erforderliche Schalt-und Schutzanordnung sowie die eingehenden Versorgungsleitungen und ausgehenden Speiser oder Übertragungsleitungen zeigt. Es ist bei vielen elektrischen Versorgungsunternehmen üblich, einzeilige Diagramme mit auf der Seite angeordneten Hauptelementen (Leitungen, Schalter, Leistungsschalter, Transformatoren) zu erstellen, die ähnlich wie die Vorrichtung in der eigentlichen Station angeordnet sind.,
In einer gemeinsamen Konstruktion haben eingehende Leitungen einen Trennschalter und einen Leistungsschalter. In einigen Fällen haben die Leitungen nicht beides, wobei entweder ein Schalter oder ein Leistungsschalter alles ist, was als notwendig erachtet wird. Ein Trennschalter dient zur Isolierung, da er den Laststrom nicht unterbrechen kann. Ein Leistungsschalter wird als Schutzvorrichtung verwendet, um Fehlerströme automatisch zu unterbrechen, und kann verwendet werden, um Lasten ein-und auszuschalten oder eine Leitung abzuschneiden, wenn Strom in die „falsche“ Richtung fließt., Wenn ein großer Fehlerstrom durch den Leistungsschalter fließt, wird dies durch den Einsatz von Stromwandlern erkannt. Die Größe der Stromwandlerausgänge kann verwendet werden, um den Leistungsschalter auszulösen, was zu einer Trennung der Last führt, die durch den Leistungsschalter vom Einspeisepunkt geliefert wird. Dies versucht, den Fehlerpunkt vom Rest des Systems zu isolieren und es dem Rest des Systems zu ermöglichen, mit minimalen Auswirkungen weiter zu arbeiten. Sowohl Schalter als auch Leistungsschalter können lokal (innerhalb der Unterstation) oder remote von einer Überwachungszentrale aus betrieben werden.,
Bei Freileitungen kann die Ausbreitung von Blitzen und Schaltstößen Isolationsfehler in Umspannwerken verursachen. Leitungseingangs-Überspannungsableiter werden verwendet, um Umspannwerksgeräte entsprechend zu schützen. Isolationskoordinierungsstudien werden ausgiebig durchgeführt, um sicherzustellen, dass Geräteausfälle (und damit verbundene Ausfälle) minimal sind.
Sobald die Schaltkomponenten vorbei sind, verbinden sich die Leitungen einer gegebenen Spannung mit einem oder mehreren Bussen., Dies sind Sätze von Sammelschienen, normalerweise in Vielfachen von drei, da die dreiphasige elektrische Energieverteilung auf der ganzen Welt weitgehend universell ist.
Die Anordnung der verwendeten Schalter, Leistungsschalter und Busse beeinflusst die Kosten und Zuverlässigkeit der Umspannstation. Für wichtige Umspannwerke kann ein Ringbus, ein Doppelbus oder ein sogenannter „Breaker and a Half“-Setup verwendet werden, so dass der Ausfall eines Leistungsschalters die Stromversorgung anderer Stromkreise nicht unterbricht und Teile der Umspannstation für Wartung und Reparaturen stromlos sein können., Umspannwerke, die nur eine einzige industrielle Last versorgen, können insbesondere für kleine Anlagen minimale Schaltvorkehrungen aufweisen.
Dieses einzeilige Diagramm veranschaulicht das anderthalbfache Konzept, das häufig in Schaltanlagen verwendet wird.
Sobald Busse für die verschiedenen Spannungspegel eingerichtet sind, können Transformatoren zwischen den Spannungspegeln angeschlossen werden. Diese haben wiederum einen Leistungsschalter, ähnlich wie Übertragungsleitungen, falls ein Transformator einen Fehler aufweist (allgemein als „Kurzschluss“bezeichnet).,
Außerdem verfügt eine Unterstation immer über Steuerschaltkreise, die zum Öffnen der verschiedenen Leistungsschalter im Falle eines Ausfalls einer Komponente erforderlich sind.
AutomationEdit
Frühe Umspannwerke erforderten manuelles Schalten oder Einstellen von Geräten und manuelle Erfassung von Daten für Last, Energieverbrauch und abnormale Ereignisse., Mit zunehmender Komplexität der Verteilnetze wurde es wirtschaftlich notwendig, die Überwachung und Steuerung von Umspannwerken von einem zentral betreuten Punkt aus zu automatisieren, die Gesamtkoordination im Notfall zu ermöglichen und die Betriebskosten zu senken. Frühe Bemühungen um Fernsteuerungsstationen verwendet dedizierte Kommunikationsdrähte, oft neben Stromkreisen laufen. Stromleitungsträger, Mikrowellenradio, Glasfaserkabel sowie spezielle kabelgebundene Fernbedienungsschaltkreise wurden für die Überwachung und Datenerfassung (SCADA) von Umspannwerken verwendet., Die Entwicklung des Mikroprozessors sorgte für eine exponentielle Erhöhung der Anzahl von Punkten, die wirtschaftlich gesteuert und überwacht werden konnten. Heute werden standardisierte Kommunikationsprotokolle wie DNP3, IEC 61850 und Modbus verwendet, um einige aufzulisten, damit mehrere intelligente elektronische Geräte miteinander kommunizieren und Kontrollzentren überwachen können. Verteilte automatische Steuerung an Umspannwerken ist ein Element des sogenannten Smart Grid.,
ISOLATIONEDIT
Schalter, Leistungsschalter, Transformatoren und andere Geräte können durch luftisolierte blanke Leiter miteinander verbunden werden, die an Stützstrukturen aufgereiht sind. Der Luftraumbedarf steigt mit der Systemspannung und mit der Blitzspannungsleistung. Bei Mittelspannungsverteilungsstationen darf ein metallgekühltes Schaltgetriebe verwendet werden und es dürfen keine stromführenden Leiter freigelegt werden. Bei höheren Spannungen reduziert gasisoliertes Schaltgetriebe den Platzbedarf rund um den Bus., Anstelle von blanken Leitern werden Busse und Geräte in Druckrohrbehälter eingebaut, die mit Schwefelhexafluorid (SF6) – Gas gefüllt sind. Dieses Gas hat einen höheren Isolierwert als Luft, wodurch die Abmessungen der Vorrichtung reduziert werden können. Zusätzlich zu Luft oder SF6-Gas verwendet das Gerät andere Isolationsmaterialien wie Transformatoröl, Papier, Porzellan und Polymersolatoren.
StructureEdit
Outdoor, oberirdische umspannwerke umfassen holzmast, gitter metall turm, und rohr metall strukturen, obwohl andere varianten sind verfügbar., Wo Platz reichlich vorhanden ist und das Aussehen der Station kein Faktor ist, bieten Stahlgittertürme kostengünstige Stützen für Übertragungsleitungen und Geräte. Low-Profile-Umspannwerke können in vorstädtischen Gebieten spezifiziert werden, in denen das Aussehen kritischer ist. Indoor-Umspannwerke können gasisolierte Schaltanlagen (bei hohen Spannungen) oder Metallgehäuse oder metallverkleidete Schaltanlagen bei niedrigeren Spannungen sein. Städtische und vorstädtische Innenstationen können außen fertiggestellt werden, um sich in andere Gebäude in der Umgebung einzufügen.,
Eine kompakte Unterstation ist im Allgemeinen eine Außenunterstation, die in einem Metallgehäuse gebaut ist, in dem sich jedes Element der elektrischen Ausrüstung sehr nahe beieinander befindet, um eine relativ kleinere Stellfläche der Unterstation zu schaffen.