מערכות אפיק לתחנות חלוקה ושנאים
להולכה והפצה של אנרגיה חשמלית משתמשים בקווים עיליים או בכבלי חשמל ברמות מתח שונות, ובחירתם מבוססת על ניתוח היבטים טכניים וכלכליים.
כדי להבטיח אמינות גבוהה של אספקת חשמל, רשתות חשמל יכולות להיות פחות או יותר מרובות שרשרת. הדבר מאפשר, במקרה של כשל בקווי הולכה בודדים, להמשיך לספק לצרכנים דרך קווים אחרים.
הנקודות ברשתות שבהן שני קווים או יותר מתכנסים נקראות נקודות צמתים. התקני מיתוג המיועדים לנתק מעגלי קווים בודדים במקרה של תקלות או תחזוקה ותיקון מותקנים תמיד בנקודות החיבור הללו.
כל מכשירי המיתוג הדרושים לכך, כמו גם מדידה, בקרה, הגנה וציוד עזר ממוקמים בתחנת משנה חלוקה.
אם בנוסף להתקנים אלה, מותקנים שנאים בתחנת החלוקה כדי לשנות את הרמה בכל זאת, תחנת משנה כזו נקראת תחנת משנה.
תחנות משנה חלוקה מצוידות באלמנטים המבניים העיקריים הבאים:
- שינא;
- מנתק;
- מתג הפעלה;
- ממירי זרם ומתח;
- מגביל נחשול;
- מתג הארקה;
- אולי: שנאי.
תחנות המשנה מצוידות במכלולים ורכיבים בעלי מאפיינים טכניים העומדים בדרישות ובעומסים מכניים וחשמליים אפשריים.
מכיוון שתחנות משנה מודרניות נשלטות בעיקר מרחוק, הן מצוידות במכשירי ניטור ובקרה נוספים. בנוסף, תחנות המשנה מצוידות במכשירי מדידה ומדידה לחשמל המסופק לצרכנים וכן בהתקני הגנה מפני נחשולי מתח.
המרכיב העיקרי של תחנת ההפצה הוא הפס. ככלל, זה נראה כמו קו אוויר קצר. עבור זרמים גבוהים מאוד, הוא מונח בצינור מקורר שמן פנימי.
ישנם מספר סוגים של סידורי אפיק והבחירה בסידור מסוים תלויה בגורמים שונים כגון מתח המערכת, מיקום תחנת המשנה במערכת, אמינות אספקת החשמל, גמישות ועלות.
מנקודת מבט פיזית, האוטובוס הוא הצומת של הרשת. בשלב זה מתחילות ומסתיימות שורות נפרדות, אשר בהקשר זה נקראות מאכילים.
ניתן להפעיל ולכבות מזינים באמצעות מתגים. מאחר שמתגים אלו נושאים זרם הפעלה ובמקרה של תקלה, זרם חירום, הם נקראים מתגי הפעלה.
מתגי מתח מודרניים רמה של עד 380 קילו וולט מסוגלים להפעיל/לכבות זרמים בצורה מהימנה וללא נזק של עד 80 קילו א. מתגי חשמל דורשים תחזוקה שוטפת.
כדי להבטיח את הבטיחות של עבודה כזו, מפסקי החשמל מצוידים במה שנקרא מנתקים... בניגוד למתגי הפעלה, ניתן להפעיל/לכבות מנתקים רק במצב כבוי, כלומר. רק לאחר פתיחת המפסקים המתאימים.
כדי למנוע פעולות מיתוג שגויות, מנתקים ומפסקים ננעלים זה בזה באופן מכני.
בנוסף, המנתקים נועדו ליצור נקודת מעידה גלויה, שכן במתגי חשמל נקודה זו ממוקמת במנחת הקשת ונסתרת מהעין. על פי כללי הבטיחות, בעת ניתוק קטעים של קווי חשמל, נקודת הניתוק חייבת להיות גלויה.
על מנת לבצע פעולות תחזוקה על הפסים מבלי להפריע לאספקה, על תחנת החלוקה להיות מצוידת בשני פסים מקבילים לפחות.
כדי להגביר את הגמישות של הרשת, ניתן לחבר מזינים בודדים לפסים באמצעות מנתקים. בנוסף, כדי להגביר את חופש הפעולה, ניתן לחלק את המסילה למספר חלקים (מה שנקרא חתך אורך של המסילה).
הודות לאמצעים אלו, ניתן לחלק רשת חשמל גדולה למספר חלקים עם בידוד גלווני, המגביל את כמות הזרמים במקרה של קצר חשמלי אפשרי.
הפעולות המתוארות נקראות בדרך כלל פעולות מיתוג מתקנות, ותצורת הרשת האופטימלית נקבעת מראש באמצעות תוכניות חלוקת עומס והגנה מפני קצר חשמלי.
על ידי אופטימיזציה של פעולות אלו, ניתן לנצל את מלוא הפוטנציאל של רשת החשמל מבלי ליצור תנאי עבודה מסוכנים.
תחנות חלוקה ושנאים מחולקות ללוחות נפרדים המבצעים פונקציות ספציפיות. ישנם לוחות חשמל, לוחות חשמל לשקע ולוחות חיבור.
העיצוב של הלוחות הבודדים הוא בדרך כלל מאוחד. בתרשימים חשמליים, לוחות מוצגים תמיד בצורה חד-קוטבית. משמעות הדבר היא שבדיאגרמות מסוג זה, באמצעות סמלים סטנדרטיים, מתוארים רק המכשירים הדרושים להפעלת ההתקנה.
תרשים סכמטי של ספק הכוח
על פי התוכנית המוצגת באיור, בנויים גם לוחות חשמל וגם לוחות עם התקני חשמל יוצאים. שני המנתקים נועדו להפעיל את המפסק יחד עם שנאים למדידת זרם ומתח.
אם המתקן מורכב ממספר אוטובוסים, יש להגדיל את מספר מנתקי האוטובוסים במספר הפעמים המקביל לשני אוטובוסים.
שנאי מכשירים מתעדים את הפרמטרים הרלוונטיים הנדרשים להפעלה, ספירה והתקני הגנה.
מתג הארקה משמש להגנה על הקו מפני השפעות אינדוקטיביות וקיבוליות של קווים סמוכים במהלך תחזוקה, כמו גם להגנה מפני פגיעות ברק. בגלל תפקידו, מתג ההארקה נקרא לפעמים מתג הארקת שירות.
כדי לנתק חלקים גדולים יותר של הרשת במקרה חירום או כדי לבצע עבודות תחזוקה נחוצות, לרוב משתמשים לפחות בשני אוטובוסים מקבילים.
מערכת מסילות כפולה
באמצעות מתג ההפעלה של לוח החיבור, ניתן לחבר את שני האוטובוסים לנקודת צומת אחת. סוג זה של חיבור נקרא חיבור צולב. הודות לחיבור הצולבים, ניתן להחליף את פסי הרשת מבלי להפריע לאספקת החשמל.
לוחות חשמל ולוחות עם התקני חשמל יוצאים, במידת הצורך, יכולים להיות מחוברים לאוטובוסים שונים, וכתוצאה מכך אספקת החשמל אינה מופרעת.
מכיוון שניתן להפעיל/לכבות את המנתקים רק במצב כבוי, יש לשלב את מתג ההפעלה בחיבור של שני האוטובוסים. אם הפסים מחוברים זה לזה, תחילה עליך לסגור את שני המנתקים ורק לאחר מכן את מתג ההפעלה.
בעת חיבור הפסים, יש לנקוט בפעולה מתאימה (לדוגמה, החלפת מחליפי ההברזים של השנאים) כדי להשוות את הפוטנציאלים שלהם, אחרת יופיעו זרמים ארעיים גבוהים בפסים בעת חיבור הפסים.
לאחר חיבור הפסים ניתן לבצע כל חיבור וניתוק של ספקי הכוח מכיוון שאין עוד הבדל פוטנציאל בפסים.
יש צורך רק לוודא שהנתק השני באותו מזין נסגר לפני פתיחת מנתק אחד. אחרת, המנתק יהיה תחת עומס בעת פתיחתו, דבר שעלול לגרום להרס ואף נזק לרכיבים אחרים של המתקן.לכן המנתקים מוגנים מפני פתיחה בשוגג באמצעות התקני נעילה מיוחדים (חשמליים ופנאומטיים).
כדי ללמוד את התהליכים הבסיסיים המתרחשים בתחנת חלוקה, ניתן להרכיב מעגל ניסיוני שבאמצעותו ניתן לבצע פעולות מיתוג בסיסיות.
דוכן נסיוני
תרשים סכמטי של דוכן הניסוי
דוכן ניסיוני כזה לחקר מערכות אוטובוס של תחנות הפצה ושנאים (עמדת מעבדה של חברת Lucas-Nuelle הגרמנית) נמצא במרכז המשאבים "Econtechnopark Volma".
לתיאור של ציוד מעבדת הלמידה של מרכז המשאבים, ראה כאן - וכאן -
צילום מסך SCADA עבור Power Lab: אוטובוס כפול
ניתוח פרמטרי המתח והזרם מתבצע באמצעות תוכנת SCADA for power Lab (SO4001-3F). כדי להפיק את המרב ממערכת אוטובוס כפול, מומלץ שכל אוטובוס יחובר למקור מתח משלו.