Қалалық электр желілері үшін сәйкес қосалқы станцияларды қалай жобалауға болады?

Негізгі қалалық трансформаторлық подстанцияның жобалау шектеулері: кеңістік, қауіпсіздік және эстетика

Жоғары тығыздықтағы орталарда кеңістіктік шектеулерді жеңу

Қалалық трансформаторлық подстанциялар үшін кеңістік әрқашан шектеулі, әсіресе Ұрбан Ленд Институтының соңғы деректеріне сәйкес ірі қалалардағы жер бағасы акр сайын тоғыз миллион доллардан аса болуы мүмкін. Газдық изоляциялық қосқыш қондырғылары (GIS) дәстүрлі ауалық изоляциялық жүйелерге қарағанда физикалық кеңістікті шамамен екі үштен біріне дейін азайтады, сондықтан ол тығыз орналасқан аймақтарда электр энергиясы инфрақұрылымын орнату үшін тәжірибелік тұрғыдан қажеттілік туғызады. Модульдік тәсіл инженерлерге трансформаторлар мен басқа қондырғыларды горизонтальды тарала отырып емес, вертикальды түрде бірінің үстіне бірін орналастыруға мүмкіндік береді. Алдын ала жасалған подстанциялық блоктар құрылыс орындарында — мысалы, жер асты коммуникациялық бөлмелерінде немесе ғимараттар арасындағы тар көшеаралықтарда — жұмыс істеу кезінде уақытты қатты қысқартады. Барлық қондырғыларды ақылды орналастыру күнделікті пайдалануды үзбей-ақ қызмет көрсету жұмыстары үшін әрбір қондырғының айналасында жеткілікті кеңістік қалдырады.

Оптималды жерге қосу және қадамдық/түйісу кернеуін реттеу арқылы қауіпсіздікті қамтамасыз ету

Дұрыс жерлендіру жүйелері ақаулық кезінде қадамдық/түйісу потенциалдарын IEEE 80-2013 стандарттарына сәйкес 5 В-тан төмен деңгейде ұстайды. Көпқабатты тәсіл мыналарды қосады:

• Төмен электр кедергісі бар топырақ қабаттарына жететін терең енгізілетін электродтар
• Барлық металдық құрылымдардың теңпотенциалды байланысы
• Темірбетонды қабырғалардың (0,15 м тереңдікте) контактілік кедергіні арттыру үшін ұнтақталған таспен жабылуы

Жерлік тораптың бүтіндігін үздіксіз бақылау коррозиялық ақаулардың алдын алады — олар қосалқы станциялардың өшірілуінің 17%-ын құрайды (EPRI, 2023 ж.). Интеграцияланған қорғаныс жүйелері 2024 жылғы Электр Қауіпсіздігі Есебінде расталғандай, жабық қалалық орнатпаларда доғалық соққы қаупін 92%-ға азайтады.

Көрінетін интеграция мен дыбыс қаттылығын төмендету бойынша әкімдіктің талаптарын орындау

Қалалар қасиеттердің шекарасында қосалқы станциялардың дыбыс деңгейін WHO нұсқаулықтарымен сәйкес 55 дБ(А)-дан төмен болуын міндеттейді. Бұл мыналар арқылы қамтамасыз етіледі:

• Дыбыс сіңіретін қораптары бар төмен дыбысты трансформаторлар (<65 дБ)
• Композитті материалдардан жасалған акустикалық кедергілер
• Резонанс немесе дыбыс күшейтуін болдырмау үшін стратегиялық желдету жобасы

Эстетикалық интеграцияға жасыл қабырғалар, қоршаған ғимараттарға сәйкес келетін архитектуралық қаптау және жоғары кернеудегі желілерді жер астына салу кіреді. Чикаго қаласындағы Ривербанк трансформаторлық станциясы көріністің қолайлы төмендеуінің сәтті мысалы болып табылады — оның желдету құрылғылары қоғамдық өнер орнатпалары ретінде де қызмет етеді және N+1 резервтілігін сақтайды.

ГАЖ пен АЖЖ: Қалалық аумақтар үшін оптималды трансформаторлық станция технологиясын таңдау

Неге газды-изоляцияланған қосқыш қондырғылары (ГИҚ) кеңістігі шектеулі трансформаторлық станциялардың жобалауында басымдыққа ие болады

Газдық изоляциялы қосқыш қондырғылар (GIS) шыныменде жер учаскелерінің бағасы акр сайын тоғыз миллион доллардан асатын тығыз қалалық аймақтарда ерекше тиімді болады. Осы герметикті SF6 камералары бар компактты дизайн ауамен изоляцияланған қосқыш қондырғыларына (AIS) қарағанда жер аумағын шамамен жетпіс пайызға аз ғана алады, бұл астық станцияларының алғашқы стандарттық аумақтың тек отыз пайызын ғана қамти алатын шектеулі кеңістіктерге орналасуы кезінде өте маңызды. Тағы бір үлкен артықшылығы қандай? GIS ауадағы тозаң немесе жағалаудағы тұздан әсерленбейді, сондықтан зауыттар мен жағалаулар маңындағы аймақтарда ақаулар шамамен қырық пайызға сирегірек болады. Жөндеу жұмыстары бойынша бұл жүйелер әдеттегі AIS қондырғыларына қарағанда үш есе ұзағырақ — он жылдан аса уақыт аралығында тек қана үш рет тексеріледі. Бұл қосымша шығындар бастапқыда жиырма-отыз пайызға жоғары болғанымен, уақыт өте келе шамамен екі нүктеден бір миллион доллар үнемделуін білдіреді. Барлық осы себептерге байланысты көптеген инженерлер сенімділікке ешқандай компромисс жасауға болмайтын ірі қалалар, метрополитен орталықтары мен ауруханалар үшін электр энергиясы жүйелерін жобалаған кезде бірінші кезекте GIS-ті таңдайды.

Ауамен изоляцияланған қосқыш құрылғылары (AIS) қалалық жаңартулар үшін әлі де өмірсүріп тұрған кезде

Ауамен изоляцияланған қосқыш қондырғылары әлі де қалалық ескі желілерде жұмыс істеген кезде нақты әлемдегі қолданыста болады, мұнда барлық қондырғыларды орнату үшін қолайлы жағдайлар қалыптасқан. Әсіресе 100 жылдан аса уақыт бойы қызмет етіп келе жатқан, әсіресе 11–33 кВ диапазонындағы ескі трансформаторлық подстанцияларды кеңейту кезінде, соңғы жылғы желінің заманауилендіруі бойынша жүргізілген зерттеулерге сәйкес, АИҚ (ауамен изоляцияланған қосқыш қондырғылары) орнату шығыны ГИҚ (газбен изоляцияланған қосқыш қондырғылары) жүйелерін жаңартуға қарағанда шамамен 40 пайызға арзан болады. АИҚ сыртта орналасқандықтан, инженерлер барлық жүйені толығымен тоқтатпай-ақ жеке бөліктерін біртіндеп жаңартуға мүмкіндік алады, бұл электр компанияларына электр қорын қысқа мерзімге — мысалы, бір ретте тек төрт сағатқа — ғана өшіруге рұқсат етілетін аймақтарда өте маңызды. Әрине, ГИҚ қатты ауа райы жағдайларына қарағанда тұрақтырақ, бірақ егер тұрақты түрде тозаң мен ластану мәселелері болмаса және ретті түрде техникалық қызмет көрсету арқылы қондырғылар таза ұсталса, АИҚ осындай орындарда да жеткілікті дәрежеде жұмыс істейді. Сонымен қатар, жұмыстың әртүрлі кезеңдері арасындағы ауысу кезінде уақытша электр қорын қамтамасыз ету үшін қондырғылар орнатылған кезде АИҚ компоненттерінің қарапайым конструкциясы жұмысшыларға ГИҚ нұсқаларымен салыстырғанда барлық жүйені қайта іске қосуға шамамен екі есе тезірек мүмкіндік береді.

Қалалық трансформаторлық подстанциялар үшін электрлік және жылулық орналасуын оптимизациялау

Жер асты кабельдерінің интеграциясы, электромагниттік ықпалдың азайтылуы және үйлесімді жерлендіру

Қазіргі кезде қалалық электр қосалқы станцияларының барлығы жоғарыдағы желілер үшін жеткілікті орын қалмай қойғандықтан, сонымен қатар ешкім қалалық пейзажды қирататын сәндіксіз бағаналарды қаламайды, сондықтан барлығы тереңдегі кабельдерге ауысуда. Бірақ мұнда бір қиындық бар — барлық осы кабельдерді тереңдегі жерге салу көптеген электромагниттік кедергілерді туғызып, дәлме-дәл басқару жүйелері мен байланыс құрылғыларын бұзып жібереді. Бұл мәселені шешу үшін инженерлер арнайы экранирленген кабельдерді орнатуға, кабельдерді жерге салған кезде электр фазаларын дұрыс теңестіруге және деректер кабельдерін қуаттық желілерден физикалық тұрғыдан бөліп қоюға тиіс. Тағы бір маңызды фактор — дұрыс жерге қосу. Қосалқы станциядағы барлық метал бөліктер — мысалы, кабель қаптамалары, трубопровод желілері, тіпті болат каркас өзі — бір үлкен жерге қосу желісіне біріктірілуі керек. Бұл жинақталған жерге қосу жүйесі қауіпті электр ақауларын қауіпсіз таратып, IEEE 80-2013 стандартында белгіленген жанасу мен қадам кернеулері бойынша қатаң қауіпсіздік талаптарын орындауға көмектеседі.

Жабық немесе жер астында орналасқан трансформаторлық подстанциялардың жылу басқару стратегиялары

Кеңістік шектеулері бар, жабық немесе жер астында орналасқан подстанцияларда жылу басқару — шешілмейтін мәселе, өйткені жылу жиналуы изоляцияның тез тозуын және жабдықтардың қызмет ету мерзімін қысқартады. Тиімді стратегияларға мыналар жатады:

• Пассивті шешімдер: жылу сіңіретін қабырға қаптамалары, жылу массасын интеграциялау және есептеу сұйықтық динамикасы (CFD) моделдеуі арқылы ауа ағысы жолдарын оптимизациялау
• Белсенді салқындату: орта кернеулі жабдықтар үшін дерлік ауа жүйелері; жоғары жүктемелі аймақтар үшін сұйықпен салқындатылатын трансформаторлар
  Алдын ала жылу бақылауы — ішкі IoT датчиктері мен жасанды интеллектке негізделген аномалияларды анықтау арқылы — ыстық дақтардың пайда болуын болдырмауға және жабдықтардың қызмет ету мерзімін басқарылмайтын орталармен салыстырғанда 50%-ға дейін ұзартуға мүмкіндік береді.

Қалалық подстанцияларды болашаққа дайындау: масштабталуға қабілеттілік, ақылдылық және қайта өндірілетін энергия көздеріне дайындық

Қалалық электр желілері электрлік көліктерден, жергілікті энергия өндіруден және климаттық қиындықтардан туындайтын өсетін сұраныстарға үнемі қол жеткізіп отыруы керек. Қазіргі заманғы трансформаторлық станциялардың жобасы модульді компоненттерден тұрады, олар коммуналдық қызмет көрсетушілерге барлығын бірден салу орнына қуатты постепен түрде кеңейтуге мүмкіндік береді. Бұл электрлік көліктерді зарядтау станцияларын, кіші жергілікті электр желілерін немесе жаңадан дамытылған аудандарды ірі үзілістерге әкелмей-ақ қосуды жеңілдетеді. Ақылды технологиялар да интеграциялануда: жасанды интеллект пен интернетке қосылған сенсорлар құрыптың қашан шығуы мүмкін екенін болжауға, электр жүктемесін нақты уақытта теңестіруге және апаттарды тез анықтап, олардың ұзаққа созылуын болдырмауға көмектеседі. Жел және күн энергиясы сияқты жаңартылатын энергия көздері үшін арнайы конфигурациялар олардың болжанбайтын сипатын ескере отырып, электр қуаты желі бойынша екі бағытта ағып отырған кезде кернеуді тұрақты ұстайды. Осы адаптациялар артық өндірілген таза энергияның шығындалуын азайтады. Алдағы уақытқа қарағанда, масштабданатын инфрақұрылымға, ақылды бақылау жүйелеріне және жасыл энергия үшін икемділікке инвестиция жасайтын қалалар өз электр желілері үшін берік негіз қалайды.

ЖИҚ (Жиі қойылатын сұрақтар)

Қалалық трансформаторлық подстанцияларда газды-изоляцияланған қосқыш құрылғысын (GIS) қолданудың негізгі артықшылығы қандай?

GIS ауамен изоляцияланған қосқыш құрылғысына (AIS) қарағанда көлемі бойынша дейін 70% аз орын алады, сондықтан ол тығыз қалалық аймақтар үшін идеалды шешім болып табылады.

Қалалық трансформаторлық подстанциялар қауіпсіздікті қалай қамтамасыз етеді?

Аварияларды болдырмау үшін оптималды жерлендіру жүйелері, теңпотенциалды байланыс құру және үздіксіз бақылау жүргізу, сонымен қатар доғалық жану қаупін азайту үшін интеграцияланған қорғану жүйелерін қолдану арқылы.

Подстанцияларда жылу реттеуі үшін қандай стратегиялар қолданылады?

Стратегияларға пассивті шешімдер (мысалы, жылу массасын интеграциялау), белсенді салқындату жүйелері және IoT датчиктерін пайдаланып жүргізілетін алдын-ала жылу бақылауы жатады.