Typowa sieć wykorzystuje linie o napięciu 110..500 kilowoltów do dostarczania energii elektrycznej do podstacji, które obniżają ją do 6..20 kilowoltów, a następnie linie o niższym napięciu docierają do odbiorców, w których znajdują się jeszcze inne podstacje, które ostatecznie obniżają te 6-20 kilowoltów do odbiorcy napięcie (100 lub 230 woltów lub cokolwiek to jest lokalny standard).

Te linie o napięciu 110..500 kilowoltów często przechodzą przez obszary, w których znajdują się odbiorcy. Konsumenci mogą być podłączeni do tych linii za pomocą transformatorów akceptujących powiedzmy 110 kilowoltów i wytwarzających napięcie odbiorcze. Zamiast tego linie biegną gdzieś daleko, a następnie kolejna linia energetyczna biegnie z pewnym niższym napięciem, a konsument jest do niej podłączony. To dużo dodatkowego okablowania.

Jaki jest powód tego projektu? Dlaczego nie podłączyć konsumentów do najbliższej linii energetycznej?

WN (66 kV - 500 kV) jest ... trudny do zniesienia.

Wyrzucę z głowy powody, o których mogę myśleć.

Wszystkie kolejne liczby (wagi, dolary) są szacunkami rzędu wielkości.

Prześwity

Jako przykładu zastosujmy 220 kV. Australijski standard podstacji WN AS 2067 określa następujące odstępy wymagane dla urządzeń 220 kV:

• Faza do ziemi - 2100 mm. Oznacza to, że żaden przewód 220 kV nie może znajdować się w odległości 2 metrów od jakiegokolwiek uziemionego przewodu (np. Kadzi transformatora lub stalowego słupa). Edytuj: Właściwie powinienem był tutaj podać odległość bez rozgorzenia (N).
• Luz międzyfazowy - 2415 mm. Oznacza to, że przewody antenowe 220 kV muszą być zawsze oddalone od siebie o co najmniej 2,4 m.
• Poziomy prześwit bezpieczny - 4125 mm. Wszystkie części pod napięciem muszą znajdować się co najmniej 4125 mm powyżej dowolnej powierzchni, na której osoba może stać.
• Pionowy prześwit bezpieczny - 3565 mm.

To znaczy, że nie ma czegoś takiego jak „kompaktowa” podstacja 220 kV. (Cóż, jest; podstacje oparte na rozdzielnicy z izolacją gazową mogą być bardzo kompaktowe, ale nie chcesz wiedzieć, ile kosztują.)

Minimalna wielkość podstacji 220 kV, zawierającej wymagany sprzęt i utrzymującą wszystkie te prześwity, wynosi co najmniej kwadrat o wymiarach 20 x 20 m, tj. Rozmiar podmiejskiego bloku terenu.

Musiałby także mieć konstrukcje o wysokości co najmniej 4 metrów, które trudno wtopić w krajobraz podmiejski.

Oprócz powyższych zezwoleń wymaganych, aby zapobiec bezpośredniemu porażeniu prądem, musisz również walczyć z -

• Promień bezpieczeństwa pożarowego na wypadek, gdyby transformator zrzucił 10 000 litrów oleju izolacyjnego i zapalił się. Z pamięci co najmniej 10 metrów.
• Promień w przypadku wybuchu elektrycznego. Typowy promień progowy dla przyjmowania „przeżywalnych” oparzeń drugiego stopnia może przekraczać 10 metrów dla niektórych rodzajów zwarć energetycznych. Zdecydowanie żadne mieszkanie cywilne nie jest dozwolone w tym promieniu.

Ochrona

Usterka w sieci 220 kV musi zostać szybko usunięta, w przeciwnym razie doprowadzi całą sieć do niestabilnego stanu (tj. Zaniku zasilania). „Krytyczny czas usuwania awarii” w celu uniknięcia awarii zasilania jest zwykle znacznie krótszy niż 1 sekunda.

Bardzo drogie schematy ochrony (różnicowanie linii z pilotami światłowodów, ochrona odległości) są stosowane w celu zapewnienia tej wysokiej prędkości ochrony. Te schematy ochrony muszą być zainstalowane na każdym zacisku linii 220 kV.

Po uwzględnieniu kosztu -

• Wyłączniki 220 kV - około 200 000 $ każdy, minimum trzy wymagane na podstację - dwa dla obwodu wejściowego / wyjściowego kontynuującego obok podstacji i jeden dla T-off = 600 000 $
• dwa zestawy trójfazowych ochronnych przekładników prądowych o napięciu 220 kV i „wystarczające” ciągłe wzmacniacze - około 50 000 $ za zestaw (ballpark) = 100 000 $
• dwa zestawy przekaźników zabezpieczających - każdy z nadmiarowym duplikatem - około 20 000 USD każdy = 80 000 USD. (Uwaga: zduplikowane zabezpieczenia „X” i „Y” są standardem w podstacjach WN.)

... mamy do 780 000 $, tylko na sprzęt ochronny na podstację. I nawet nie zaczęliśmy kupować sprzętu do zakończenia linii przesyłowych, przekładników przeciwprzepięciowych, szyn zbiorczych, konstrukcji wsporczych, robót ziemnych, ogrodzeń, betonu, sterowników PLC, chaty kontrolnej ...

(Porównaj zabezpieczenie transformatora rozdzielczego 22 kV, które zwykle jest tylko zestawem trójfazowych bezpieczników wyrzucających, całkowity koszt może wynosić 2000 USD.)

Transformatory

Transformatory 220 kV są duże dzięki całej izolacji wymaganej w nich, aby zapobiec rozgorzeniu. Nie ma czegoś takiego jak „mały” transformator 220kV - najmniejszy, jaki widziałem, ma moc 60 MVA i waży około 10 ton.

Kontrastowe typowe transformatory słupowe 22 / 0,415 kV o mocy 500 kVA lub mniejszej. Waga jest ważna, ponieważ istnieje maksymalny limit tego, co możesz mieć na drewnianym słupie. Nie jestem inżynierem budowlanym, ale na pewno nie chcesz montować na słupie niczego więcej niż tonę.

Czy to wystarczające powody?

Głównym powodem jest to, że linie te służą do przesyłania na duże odległości i łączenia dużych sieci.

Wyobraź sobie autostradę. Przeważnie mają zjazdy co kilka mil na terenach zabudowanych, a czasem częściej niż milę w szczególnie dziwnych przypadkach, ale w większości przypadków mają na celu umożliwienie szybkiej i wydajnej podróży z dużych odległości. Chociaż w pobliżu autostrad znajdują się domy i firmy, jeśli każdy z nich miałby własną rampę i rampę, zasoby infrastruktury byłyby nie tylko znaczące, ale za każdym razem, gdy masz problem z rampą lub rampą, która kończy zamykanie odcinka lub linii autostrady przez pewien czas wpływasz na wiele, wiele innych osób.

Jeśli zaczniesz budować więcej podstacji, zwiększasz ryzyko przestoju linii przesyłowej z powodu problemów z podstacją.

Ponadto mniejsze sieci są w rzeczywistości połączone z kilkoma większymi sieciami za pomocą przełączników, które następnie są czasami łączone z więcej niż jedną linią przesyłową za pomocą przełączników. Pozwala to na poprowadzenie problemu na dowolnej linii lub sieci i skutkuje utratą zasilania zlokalizowaną dla problemu. Linie przesyłowe są trudniejsze i bardziej kosztowne w pracach i naprawach oraz stanowią kluczową infrastrukturę szkieletową dla krajowych sieci elektrycznych. Kiedy elektrownie z jakiegokolwiek powodu przechodzą w tryb offline, elektrownie znacznie dalej mogą zająć luz z powodu tych linii.

Wreszcie, elektrycznie są one zrównoważone fazowo w celu najbardziej wydajnego przesyłania energii elektrycznej. Poszczególne podstacje i sieci są zaprojektowane tak, aby współczynnik mocyjest tak blisko 1, jak to możliwe. Niższe współczynniki mocy powodują straty energii w liniach i transformatorach, co wymaga bardziej znaczących przewodów. Linie te nie są przeznaczone do źle dobranych obciążeń AC. Klienci przemysłowi, którzy łączą się z liniami wyższego napięcia, często muszą dodać korekcję współczynnika mocy, jeśli ich instalacje nie są odpowiednio zrównoważone. Podłączenie domu lub okolicy bardziej bezpośrednio do linii przesyłowej wymagałoby jeszcze większych inwestycji w podstację potrzebnych do ich obsługi, aby linie przesyłowe pozostały niezmienione. Inne linie wysokiego napięcia łączą wielu klientów o niskim współczynniku mocy, ale mieszając małych użytkowników przemysłowych (wiele silników) z użytkownikami domowymi (wiele zasilaczy przełączających), podstacje mogą zrównoważyć współczynnik mocy dla znacznie niższych kosztów i mniejszych obiektów .

Naprawdę nie są przeznaczone dla małych konsumentów.

Wyobraź sobie, że gdybyśmy to zrobili, a linie energetyczne przebiegałyby przez dzielnicę lub obok niej, a każdy dom byłby podłączony bezpośrednio do tych linii energetycznych, a nie podstacji, byłoby to głupie

Narysowałem zdjęcie, aby pokazać, jak głupie może być:

Na szczęście Szwedzi budowali rzeczy znacznie lepiej niż moje umiejętności rysowania:

Nawiasem mówiąc, są to przewody telefoniczne, mogą zbliżyć się nieco bez strasznych okropnych rzeczy, które zdarzają się z przewodami (i ludźmi w pobliżu).

Teraz wyobraź sobie, że te kable są wytrzymałymi kablami linii elektroenergetycznych. Wyobraź sobie, że nie możesz ich tak gęsto zapakować i musiałeś udzielić każdej linii indywidualnego zezwolenia. Wyobraź sobie dodatkowe wsporniki, gdy bloki wieżowców i budynki mieszkalne blokują bezpośrednią linię wzroku, dodatkowe konstrukcje po drodze do obsługi całego dodatkowego okablowania oraz ciężar i napięcie potrzebne do utrzymania go w miejscu.

Wyobraź sobie wpływ, jaki wszystkie te kable wysokonapięciowe mają na odbiór i transmisje radiowe oraz liczne mikropodstacje dla każdego domu.

Narysowałem kolejne zdjęcie, to mała wioska z sąsiadującymi liniami energetycznymi:

Moglibyśmy w większości zakopać linie energetyczne, ale to dużo kopania, aby ułożyć dość niebezpieczne linie energetyczne, wszystko będzie bardzo drogie (co już jest).

Prostym rozwiązaniem byłoby, gdyby kilka sąsiednich domów dzieliło kabel i podstację. Stacje o wystarczających rozmiarach byłyby wystarczająco tanie, aby obsługiwać całe dzielnice, jednocześnie oszczędzając na kosztach budowy i zmniejszając liczbę kabli. To wszystko zaczyna brzmieć znajomo ...

Myślę bardziej, że wynika to z ochrony systemu. Jeśli odłączysz przekładnię i z powodzeniem obniżysz ją do napięcia domowego, dla zakładu energetycznego byłoby bardzo kosztowne, gdyby w Twojej lokalizacji wystąpił błąd.

Opłacalne jest również posiadanie centralnego systemu chroniącego centralny transformator i główną linię przesyłową. Ponadto koszt transformatora obniżającego napięcie linii przesyłowej z około 69 KV, 138 KV i tak dalej do 120 V byłby szalenie drogi.

Tak więc obecny układ ma zarówno zalety techniczne, jak i ekonomiczne.

Myślę, że to dlatego, że głównym celem linii wysokiego napięcia jest transmisja. Wynika to z tego, że przy wysokich napięciach utrata mocy spowodowana przez I2R jest niższa niż przy użyciu niższego napięcia (dla tej samej mocy [W], wyższe napięcie => niższy prąd)

Poza tym można podłączyć do linii wysokiego napięcia za pomocą transformatorów, może 500 / 0,4 kV, co byłoby zbyt niedopuszczalne.