Как происходит передача электроэнергии: Как осуществляется передача электрической энергии?

Содержание

Как происходит подача электроэнергии в наши дома

Ни для кого не секрет, что электричество в наш дом попадает от электростанций, являющихся основными источниками электроэнергии.

Однако между нами (потребителями) и станцией может быть сотни километров и через все это дальнее расстояние ток должен каким-то образом передаваться с максимальным КПД.

В этой статье мы, собственно, и рассмотрим, как передается электроэнергия на расстоянии к потребителям.

Маршрут транспортировки электричества

Итак, как мы уже сказали, начальной точкой является электрическая станция, которая, собственно, и генерирует электроэнергию. На сегодняшний день основными видами электростанций являются гидро- (ГЭС), тепло- (ТЭС) и атомные (АЭС). Помимо этого бывают солнечные, ветровые и геотермальные эл. станции.

Далее от источника электричество передается к потребителям, которые могут находиться на дальних расстояниях. Чтобы осуществить передачу электроэнергии, нужно повысить напряжение с помощью повышающих трансформаторов (напряжение могут повысить вплоть до 1150 кВ, в зависимости от расстояния).

Почему электроэнергия передается при повышенном напряжении? Все очень просто.

 Вспомним формулу электрической мощности — P=UI, тогда если передавать энергию к потребителю, то чем выше напряжение на линии электропередач — тем меньше ток в проводах, при той же потребляемой мощности.

Благодаря этому можно строить ЛЭП с большим напряжением, уменьшив сечение проводов, по сравнению с ЛЭП с низшим напряжением. Значит и сократятся расходы на строительство — чем тоньше провода, тем они дешевле.

Соответственно от станции электричество передается на повышающий трансформатор (при необходимости), а после этого с помощью ЛЭП осуществляется передача электроэнергии на ЦРП (центрально распределительные подстанции). Последние, в свою очередь, находятся в городах или в близком расстоянии от них. На ЦРП происходит понижение напряжения до 220 или же 110 кВ, откуда электроэнергия передается к подстанциям.

Далее напряжение еще раз понижают (уже до 6-10 кВ) и происходит распределение электрической энергии по трансформаторным пунктам, именуемым также ТП.

К трансформаторным пунктам электричество может передаваться не по ЛЭП, а подземной кабельной линией, т.к. в городских условиях это будет более целесообразно.

Дело в том, что стоимость полосы отчуждения в городах достаточно высокая и более выгодно будет прокопать траншею и заложить кабель в ней, нежели занимать место на поверхности.

От трансформаторных пунктов электроэнергия передается к многоэтажным домам, постройкам частного сектора, гаражному кооперативу и т.д. Обращаем ваше внимание на то, что на ТП напряжение еще раз понижается, уже до привычных нам 0,4 кВ (сеть 380 вольт).

Если кратко рассмотреть маршрут передачи электроэнергии от источника к потребителям, то он выглядит следующим образом: электростанция (к примеру, 10 кВ) – повышающая трансформаторная подстанция (от 110 до 1150 кв) – ЛЭП – понижающая трансформаторная подстанция – ТП (10-0,4 кВ) – жилые дома.

Вот таким способом электричество передается по проводам в наш дом. Как вы видите, схема передачи и распределения электроэнергии к потребителям не слишком сложная, все зависит от того, насколько большое расстояние.

  • Наглядно увидеть, как электрическая энергия поступает в города и доходит до жилого сектора, вы можете на картинке ниже:
  • Более подробно об этом вопросе рассказывают эксперты:

Как электричество поступает от источника к потребителю

Что еще важно знать

Также хотелось пару слов сказать о моментах, которые пересекаются с этим вопросом. Во-первых, уже достаточно долго проводятся исследования на тему того, как осуществить передачу электроэнергии без проводов.

Существует множество идей, но самым перспективным на сегодняшний день решением является использование беспроводной технологии WI-Fi.

Учёные из Вашингтонского университета выяснили, что этот способ вполне реален и приступили к более подробному исследованию вопроса.

Во-вторых, на сегодняшний день по ЛЭП передается переменный ток, а не постоянный.

Это связано с тем, что преобразовательные устройства, которые сначала выпрямляют ток на входе, а потом снова делают его переменным на выходе, имеют достаточно высокую стоимость, что экономически не целесообразно.

Однако все же пропускная способность линий электропередач постоянного тока в 2 раза выше, что также заставляет думать над тем, как ее более выгодно осуществить.

Вот мы и рассмотрели схему передачи электричества от источника к дому. Надеемся, вам стало понятно, как передается электроэнергия на расстоянии к потребителям и почему для этого используют высокое напряжение.

Будет интересно прочитать:

Электрический ток, откуда он берется и как добирается до наших домов?

Дороги и тропинки эти отнюдь не просты, порой извилисты и многократно меняют направление, но знать, как они выглядят – обязанность каждого культурного человека XXI века.

Века, облик которого во многом определяет покорившаяся нам электроэнергия, которую мы научились преобразовывать так, чтобы были удовлетворены все наши потребности – как в промышленности, так и в частном пользовании. Ток в проводах линий электропередач и ток в батарейках наших гаджетов – очень разные токи, но они остаются все тем же электричеством.

Какие усилия приходится прилагать электроэнергетикам, инженерам, чтобы обеспечить мощнейшие токи сталеплавильных заводов и маленькие, крошечные токи, допустим, наручных часов? Сколько работы приходится проделывать всем тем, кто поддерживает систему преобразований, передачи и распределения электроэнергии, какими такими методами обеспечена стабильность этой системы? Чем «Системный Оператор» отличается от «Федеральной Сетевой Компании», почему обе этих компании были, есть и будут в России не частными а государственными?

Вопросов очень много, ответы на них надо знать, чтобы более менее представлять, зачем нам так много энергетиков и чем же они, грубо говоря, занимаются? Мы ведь настолько привыкли, что с электричеством в домах и в городах все в полном порядке, что про электроинженеров вспоминаем только тогда, когда что-то вдруг перестает работать, когда мы выпадаем из зоны привычного уровня комфорта. Темно и холодно – вот только тогда мы с вами и говорим об энергетиках, причем говорим такие слова, которые мы печатать точно не будем.

Мы уверены, что нам откровенно повезло – взяться за эту не простую, нужную, да еще и огромную тему согласился настоящий профессионал. Просим любить и жаловать – Дмитрий Таланов, Инженер с большой буквы.

Знаете, есть такая страна – Финляндия, в которой звание инженера настолько значимо, что в свое время ежегодно издавался каталог с перечнем специалистов, его имеющих.

Хотелось бы, чтобы и в России когда-нибудь появилась такая славная традиция, благо в наш электронно-интернетный век завести такой ежегодно обновляемый каталог намного проще.

Статья, которую мы предлагаем вашему вниманию по инженерному коротка, точна и емка. Конечно, обо всем, что написал Дмитрий, можно рассказать намного подробнее, и в свое время наш журнал начал цикл статей о том, как в XIX веке происходило покорение электричества.

Георг Ом, Генрих Герц, Андре-Мари Ампер, Алессандро Вольт, Джеймс Ватт, Фарадей, Якоби, Ленц, Грамм, Фонтен, Лодыгин, Доливо-Добровольский, Тесла, Яблочков, Депрё, Эдисон, Максвелл, Кирхгоф, братья Сименсы и братья Вестингаузы – в истории электричества много славных имен, достойных того, чтобы мы о них помнили. В общем, если кому-то хочется припомнить подробности того, как все начиналось, милости просим, а статья Дмитрия – начало совсем другой истории. Очень надеемся, что она вам понравится, а продолжение статей Дмитрия Таланова мы увидим в самое ближайшее время.

Уважаемого Дмитрия от себя лично – с дебютом, ко всем читателям просьба – не скупитесь на комментарии!

Что такое электрический ток, откуда он берется и как добирается до наших домов?

Для чего нам электроэнергия и насколько она помогает нам жить, может узнать каждый, обведя критическим взглядом свое жилище и место работы

Первое, что бросается в глаза, это освещение. И верно, без него даже 8-часовой рабочий день превратился бы в муку.

Добираться до работы во многих мегаполисах и так небольшое счастье, а если придется это делать в темноте? А зимой так и в оба конца! Газовые фонари помогут на главных магистралях, но чуть свернул в сторону, и не видно ни зги.

Можно легко провалиться в подвал или яму. А за городом на природе, освещаемой только светом звезд?

Ночное освещение улицы,  pixabay.com

Удалять жару из офисов, куда с трудом добрался, без электричества тоже нечем. Можно, конечно, открыть окна и обвязать голову мокрым полотенцем, но надолго ли это поможет. Качающим воду насосам тоже нужно электричество, или придется регулярно ходить с ведром на ручную колонку.

Кофе в офисе? Забудьте! Только если всем сразу и не часто, чтобы дым от сгорающего угля не отравил рабочую атмосферу. Или за дополнительную денежку получать из соседнего трактира.

Отправить письмо в соседний офис? Надо взять бумагу, написать письмо от руки, затем ножками отнести его. На другой конец города? Вызываем курьера. В другую страну? А вы знаете, сколько это будет стоить? К тому же ответа не ждите ранее полугода из соседних стран и от года до пяти из-за океана.

Вернулись домой, надо зажечь свечи. Читать при них – мучение для глаз, поэтому придется заняться чем-то другим. А чем? ТВ нет, компьютеров нет, смартфонов – и тех нет, ибо нечем их запитать. Лежи на лавке и гляди в потолок! Хотя рождаемость точно повысится.

К этому следует добавить, что все пластмассы и удобрения сейчас получают из природного газа на заводах, где крутятся тысячи моторов, приводимых в движение всё тем же электричеством.

Отсюда список доступных удобрений сильно укорачивается до тех, которые можно приготовить из природного сырья в чанах, размешивая в них ядовитую жижу лопатками с ручным, водяным или паровым приводом.

Как результат, сильно сжимается объем производимых продуктов.

О пластмассах – забудьте! Эбонит – наше высшее счастье из длинного списка. А из металлов самым доступным становится чугун. Из медицины на сцену в качестве главного орудия снова выступают стетоскоп и быстро ржавеющий скальпель. Остальное канет в Лету.

Продолжать можно долго, но идея должна быть уже понятна. Нам нужно электричество. Мы можем выжить без него, но что это будет за жизнь! Так откуда же появилось это волшебное электричество?

Открытие электричества

Все мы знаем физическую истину, что ничто никуда бесследно не исчезает, а только переходит из одного состояния в другое. С этой истиной столкнулся греческий философ Фалес Милетский в VII веке до н. э.

обнаружив электричество как вид энергии, натирая кусок янтаря шерстью.

Часть механической энергии при этом перешла в электрическую и янтарь (на древнегреческом «электрон») электризовался, то есть приобрел свойства притягивать легкие предметы.

Этот вид электричества сейчас называют статическим, и он нашел себе широкое применение, в том числе в системах очистки газов на электростанциях.

Но в Древней Греции ему не нашлось применения и, если бы Фалес Милетский не оставил после себя записей о своих экспериментах, мы бы никогда не узнали, кто был тот первый мыслитель, заостривший свое внимание на виде энергии, являющейся едва ли не самой чистой среди всех, с которыми мы знакомы по настоящий день. Ею также наиболее удобно управлять.

Сам термин «электричество» – то есть «янтарность» – ввел в употребление Уильям Гилберт в 1600 году. С этого времени с электричеством начинают широко экспериментировать, пытаясь разгадать его природу.

Как результат, с 1600 по 1747 годы последовала череда увлекательных открытий и появилась первая теория электричества, созданная американцем Бенджамином Франклином. Он ввел понятие положительного и отрицательного заряда, изобрел молниеотвод и с его помощью доказал электрическую природу молний.

Далее в 1785 происходит открытие закона Кулона, а в 1800 году итальянец Вольта изобретает гальванический элемент (первый источник постоянного тока, предшественник нынешних батарей и аккумуляторов), представлявший собой столб из цинковых и серебряных кружочков, разделённых смоченной в подсоленной воде бумагой. С появлением этого, стабильного по тем временам, источника электричества новые и важнейшие открытия быстро следуют одно за другим.

Майкл Фарадей, читающий рождественскую лекцию в Королевском институте. Фрагмент литографии,  republic.ru

В 1820 году датский физик Эрстед обнаружил электромагнитное взаимодействие: замыкая и размыкая цепь с постоянным током, он заметил цикличные колебания стрелки компаса, расположенной вблизи проводника. А в 1821 году французский физик Ампер открыл, что вокруг проводника с переменным электрическим током образуется переменное электромагнитное поле.

Это позволило уже Майклу Фарадею в 1831 году открыть электромагнитную индукцию, описать уравнениями электрическое и магнитное поле и создать первый электрогенератор переменного тока. Фарадей вдвигал катушку с проводом в намагниченный сердечник и в результате в обмотке катушки появлялся электрический ток.

Фарадей также придумал первый электродвигатель – проводник с электрическим током, вращающийся вокруг постоянного магнита.

Всех участников «гонки за электричеством» невозможно упомянуть в этой статье, но результатом их усилий явилась доказуемая экспериментом теория, детально описывающая электричество и магнетизм, в соответствии с которой мы производим сейчас всё, что требует электричества для своего функционирования.

Постоянный или переменный ток?

В конце 1880-х годов, еще до появления мировых стандартов на производство, распределение и потребление промышленной электроэнергии, разразилась битва между сторонниками использования постоянного и переменного тока. Во главе противостоящих друг другу армий встали Тесла и Эдисон.

Оба были талантливыми изобретателями. Разве что Эдисон обладал куда более развитыми способностями к бизнесу и к моменту начала «войны» успел запатентовать множество технических решений, в которых использовался постоянный ток (в то время в США постоянный ток являлся стандартом по умолчанию; постоянным называется ток, направление которого не меняется по времени).

Но была одна проблема: в те времена постоянный ток было очень трудно трансформировать в более высокое или низкое напряжение.

Ведь если сегодня мы получаем электроэнергию напряжением 240 вольт, а наш телефон требует 5 вольт, мы втыкаем в розетку универсальную коробочку, которая преобразует что угодно во что угодно в нужном нам диапазоне, используя современные транзисторы, управляемые крошечными логическими схемами с изощренным программным обеспечением. А что можно было сделать тогда, когда до изобретения самых примитивных транзисторов оставалось еще 70 лет? И если по условиям электрических потерь требовалось повысить напряжение до 100’000 вольт, чтобы доставить электроэнергию на расстояние 100 или 200 километров, любые столбы Вольта и примитивные генераторы постоянного тока оказывались бессильны.

Понимая это, Тесла выступал за переменный ток, трансформация которого в любые уровни напряжения не представляла труда и в те времена (переменным считается ток, величина и направление которого периодически меняются со временем даже при неизменном сопротивлении этому току; при частоте сети 50Гц это происходит 50 раз в секунду). Эдисон же, не желая терять патентные отчисления себе, развернул кампанию по дискредитации переменного тока. Он уверял, что этот вид тока особо опасен для всего живого, и в доказательство публично убивал бродячих кошек и собак, прикладывая к ним электроды, соединенные с источником переменного тока.

Эдисон проиграл битву, когда Тесла предложил за 399’000 долларов осветить весь город Буффало против предложения Эдисона сделать то же за 554’000 долларов.

В день, когда город осветился электричеством, полученным от станции, расположенной у Ниагарского водопада и вырабатывающей именно переменный ток, компания General Electric выкинула постоянный ток из рассмотрения в своих будущих бизнес-проектах, полностью поддержав своим влиянием и деньгами переменный ток.

Томас Эдисон (США), Рис.: cdn.redshift.autodesk.com

Может показаться, что переменный ток навсегда завоевал мир. Однако у него имеются наследственные болячки, растущие из самого факта переменности. Прежде всего это электрические потери, связанные с потерями в индуктивной составляющей проводов ЛЭП, которые используются для передачи электроэнергии на большие расстояния.

Эти потери в 10-20 раз превышают возможные потери в тех же самых ЛЭП в случае протекания по ним постоянного тока.

Плюс сказывается повышенная сложность синхронизации узлов энергосистемы (для пущего понимания, скажем, отдельных городов), ведь для этого требуется не только выровнять напряжения узлов, но и их фазу, ибо переменный ток представляет собой волну синусоиды.

Отсюда видна и значительно большая приверженность к «качаниям» узлов по отношению к друг другу, когда напряжение-частота начинают меняться вверх-вниз, на что обычный потребитель обращает внимание, когда у него в квартире мигает свет.

Обычно это предвестник конца совместной работы узлов: связи между ними рвутся и какие-то узлы оказываются с дефицитом энергии, что ведет к снижению в них частоты (т.е.

к снижению скорости вращения тех же электродвигателей и вентиляторов), а какие-то с избытком энергии, приводящем к опасному повышению напряжения по всему узлу, включая наши розетки с подключенными к ним устройствам. А при достаточно большой длине ЛЭП, что, к примеру, критично для РФ, начинают проявляться и другие портящие настроение электрикам эффекты.

Не вдаваясь в детали, можно указать, что передавать электроэнергию переменного тока по проводам на сверхдальние расстояния становится трудно, а иногда и невозможно. Для сведения, длина волны частотой 50 Гц составляет 6000 км, и при приближении к половине этой длины – 3000 км – начинают сказываться эффекты бегущих и стоячих волн плюс эффекты, связанные с резонансом.

Эти эффекты отсутствуют при использовании постоянного тока. А значит, повышается стабильность работы энергосистемы в целом.

Принимая это во внимание, а также то, что компьютеры, светодиоды, солнечные панели, аккумуляторы и многое другое используют для своей работы именно постоянный ток, можно заключить: война с постоянным током еще не проиграна.

Современным преобразователям постоянного тока на любые используемые сегодня мощности и напряжения осталось совсем немного, чтобы сравняться в цене с привычными человечеству трансформаторами переменного тока. После чего, видимо, начнется триумфальное шествие по планете уже постоянного тока.

 itc.ua

Как происходит подача электроэнергии в наши дома | Инвертор, преобразователь напряжения, частотный преобразователь

Подача электроэнергии в многоквартирные и личные дома.

Электроэнергия вырабатывается на электростанции, дальше передается по ВЛЭП (высоковольтные полосы электропередач), позже попадает на городские и районные РЭС.

После РЭС электричество попадает на ТП (трансформаторные подстанции), где снижается до нужных нам 380/220 Вольт. И вот эти самые 380/220 вольт мы и получаем в конечном итоге у себя дома. Вот последнюю ступень мы и разглядим более тщательно.

На трансформаторной подстанции происходит снижение напряжения с 6кВ либо10кВ, зависимо от трансформатора, до 380В/220В. В трансформаторной подстанции, как и в обычном трансформаторе, есть две части- высочайшая и низкая.

Дальше, от трансформаторной подстанции под землей к дому прокладывают кабеля. Обычно, прокладывают два кабеля — основной и запасный, на случай аварии. В доме находится ГРЩ (главный распределительный щит) либо ВРУ (вводно-распределительное устройство).

В этажных распределительных щитах находятся приборы учета электроэнергии, автоматические выключатели. Зависимо от проекта, в щите на каждую квартиру предвидено два и поболее автоматических выключателя.

В ближайшее время, многие, делая ремонт в квартире, создают полную подмену проводки.

Для более комфортного и неопасного эксплуатирования электроприборов, устанавливают в квартире собственный, отдельный щит, где происходит рассредотачивание всей нагрузки через большее количество автоматов.

В таком случае, в этажном распределительном щите остается только доучетный автомат соответственного номинала и прибор учета (счетчик).

Подача электроэнергии в личный сектор происходит малость по другой схеме. Если в городских критериях все коммуникации (кабеля) проводят под землей, то сельской местности, почти всегда, питание трансформаторных подстанций осуществляется по ЛЭП.

На трансформаторы подается высокое- 6(10) кВ напряжение, дальше по проводам на личный сектор от трансформатора уходит уже низкое (относительно)-380/220В напряжение.

Приблизительно так смотрится схема подачи электроэнергии в наши дома.

Как электричество попадает в дом

Как электричество попадает в наши дома и квартиры? В этой статье  доступно простым языком, рассмотрена схема энергоснабжения частного дома и квартиры в многоэтажном доме. Рассмотрим две типовых схемы подачи электроэнергии в наши дома и квартиры.

1. Типовая схема подачи электроэнергии в частный дом.

В частном секторе электроэнергия от трансформаторной подстанции по воздушным линиям электропередач подается к домам потребителей.

От линии электропередач электроэнергия по проводам подается на герметичный бокс, который устанавливается на столбе или на фасаде дома. В боксе устанавливается вводной автоматический выключатель, к которому подключаются провода от воздушной линии.

После вводного автомата устанавливается прибор учета электроэнергии — электрический счетчик. Бокс пломбируется от возможности постороннего доступа энерго-обслуживающей организацией.

От бокса со счетчиком электроэнергия по кабелю подается в дом, где обычно устанавливают внутренний электрический щит.

В этом электрощите устанавливаются аппараты защиты: автоматические выключатели, устройства защитного отключения (УЗО) и другие модульные устройства.  К ним подключаются различные группы потребителей: электроплиты, водонагреватели, кондиционеры, розетки для подключения приборов, светильники.

Автоматические выключатели защищают цепи потребителей от токов короткого замыкания и перегрузок, а также позволяют при необходимости отключить конкретную электрическую цепь для проведения ремонтных работ.

2. Схема подачи электроэнергии в многоэтажных домах.

В многоэтажных домах подача электроэнергии происходит немного по другой схеме.

От трансформаторной подстанции электроэнергия подается к главному распределительному щиту ГРЩ здания, который обычно устанавливается в щитовой здания. Электрические кабели обычно прокладывают под землей.

От главного распределительного щита питающие кабели заводятся в каждый подъезд и по специальным этажным стоякам подводятся к этажным распределительным щитам, которые устанавливаются на каждом этаже в этажных коридорах.

В этажных распределительных щитах устанавливаются вводные автоматические выключатели и счетчики электроэнергии отдельно на каждую квартиру. Количество счетчиков такое же, как и количество квартир на этаже.

Групповые автоматические выключатели могут устанавливаться как в этажном распределительном щите, так и в отдельно вынесенном квартирном электрощите, который чаще всего устанавливается в прихожей квартир.

В общем случае схема электрической сети квартиры или дома будет выглядеть, как на схеме ниже.

  • Электроэнергия от внешней электросети подается на вводной автоматический выключатель.
  • После него подключается счетчик электроэнергии.
  • После счетчика подключаются групповые автоматические выключатели, через которые подключаются потребители — бытовые приборы: электроплиты, водонагреватели, кондиционеры, светильники и др.
  • Для большей наглядности посмотрите видео: Как электроэнергия попадает в дома и квартиры.
  • Интересные статьи по теме:
  • Как выбрать квартирный электрощит?
  • Электрощит своими руками.
  • Автоматические выключатели УЗО дифавтоматы — подробное руководство.
  • Номиналы групповых автоматов превышают номинал вводного?
  • Работа УЗО при обрыве нуля.
  • Почему УЗО выбирают на ступень выше?
  • Почему в жару срабатывает автоматический выключатель?
  • Менять ли автоматический выключатель, если его «выбивает»?

Как электричество попадает к нам в дом. От электростанции до квартиры

Электроэнергия является неотъемлемой частью нашей жизни. Каждый день мы, не задумываясь, используем множество бытовых электроприборов, не говоря уже о производстве. А откуда берется так необходимая нам электроэнергия? Ответ на этот вопрос знают даже дети: ее производят электростанции.

А вот как она поступает от электростанции к нам, потребителям, знают не все. На этот вопрос мы постараемся ответить в нашей статье. Итак, начнем с электростанций. Все знают основные виды электростанций: АЭС, ГЭС, ТЭС.

Многие наверняка слышали о существовании дизельных генераторных установок и миниэлектростанций, которые все чаще используются на строительных площадках, в качестве защиты от обесточивания в больницах, а также могут обеспечить электроэнергией частный дом и т.д. В Европе для получения электроэнергии используют также энергию ветра и солнечную энергию.

Ученые всего мира также работают над альтернативными видами электроэнергии, такими как реакция синтеза, электростанции на биомассе. В нашей стране на сегодняшний день основными источниками электроэнергии являются АЭС, ГЭС и ТЭС. Более половины электроэнергии производят тепловые электростанции.

Чаще всего такие электростанции располагаются в местах добычи топлива. В городах могут также использоваться теплоэлектроцентрали, которые обеспечивают город не только электроэнергией, но и горячей водой и теплом. Наиболее дешевую электроэнергию производят гидроэлектростанции. Атомные электростанции – наиболее современные.

Одним из важнейших преимуществ является тот факт, что они не привязаны к источнику сырья, а, следовательно, могут быть размещены практически в любом месте. АЭС также не загрязняют окружающую среду, при условии учета всех природных факторов и выполнения требований к их постройке.

Но вот у нас есть электростанция, которая производит электроэнергию. Что же происходит дальше? А дальше электроэнергия с электросъёмных шин и кабелей подаётся в электрическую часть электростанции, которая бывает открытого, закрытого и комбинированного типа.

В электрочасти находится диспетчерский пункт управления электростанцией, автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП), коммутационные аппараты, релейная защита, контрольно — измерительные приборы и сигнализации, высоковольтные повышающие и понижающие трансформаторы, высоковольтные выключатели, сборные шины и автотрансформаторы.

После преобразования энергии электричество подаётся на высоковольтную линию электропередач (ВЛЭП). Линии электропередач, предназначенные для транспортировки электроэнергии на большие расстояния, должны иметь большую пропускную способность и малые потери, и состоят из проводов, опор, крепёжной арматуры, грозозащитных тросов, а также вспомогательных устройств.

По своему назначению ЛЭП подразделяются на сверхдальние, магистральные и распределительные. Основными элементами воздушных линий электропередач являются металлические опоры, которые устанавливаются на определенном расстоянии друг от друга. Они бывают анкерными, промежуточными и угловыми.

Анкерные опоры устанавливают в начале и конце линии электропередач, а также в местах перехода инженерных сооружений или естественных преград. Промежуточные опоры устанавливаются на прямых участках и предназначены для поддержки проводов с допустимым провисанием 6-8 метров в населённой местности, и 5-7 метров — в не населённой.

Угловые опоры устанавливаются на углах поворота линии электропередач. Специальные транспозиционные опоры устанавливаются для изменения порядка расположения проводов на опорах, а так же для ответвления проводов от магистральной линии ВЛЭП.

Для передачи электроэнергии в высоковольтных линиях электропередач применяются неизолированные провода, изготовленные из алюминия и сталеалюминия следующих марок: АН, АЖ, АКП (алюминиевые) и ВЛ, АС, АСКС, АСКП, АСК (сталеалюминевые).

Провода к опорам крепятся при помощи поддерживающих или натяжных изоляторов, которые монтируются на опору подвесным способом, и крепёжной арматуры. В свою очередь изоляторы бывают фарфоровые, с покрытием из глазури, стеклянные, из закалённого стекла, и полимерные, из специальных пластических масс. Для защиты линии электропередач от молнии на опорах натягиваются грозозащитные тросы, устанавливаются разрядники, а опоры заземляются. Так как линия обычно тянется на большое расстояние, то во избежание потерь напряжения используются промежуточные подстанции с повышающими трансформаторами.

Для дальнейшего распределения электроэнергии к магистральным ВЛЭП подключаются распределительные подстанции, которые в свою очередь раздают электроэнергию на понижающие подстанции. При распределении электроэнергии от подстанции к КТП может использоваться 2 типа прокладки кабелей: воздушный и под землей.

При воздушной прокладке обычно используют алюминиевые или сталемедные неизолированные провода, которые подвешиваются на опорах. При подземной прокладке используется силовой кабель с медными или алюминиевыми токопроводящими жилами и броней, которая обеспечивает надежную защиту от механических воздействий.

К кабелям такого типа относятся марки, предназначенные для эксплуатации на напряжение до 35 кВ, например АСБл или СБЛ (6-10 кВ), ПвПБВ или АПвПгТ (10-35 кВ).

Если трансформаторная подстанция находится на большом расстоянии, то использование силового кабеля будет экономически не выгодным, в таком случае используется воздушная прокладка.

От понижающей подстанции по линиям электропередач энергия распределяется между КТП, которые разделяются на мачтовые и киосковые (проходные и тупиковые). Комплектные трансформаторные подстанции осуществляют понижение напряжения с 10(6) до 0,4 кВ переменного тока частотой 50 Гц и предназначены для подачи электроэнергии в частные дома, отдельные населенные пункты или небольшие промышленные объекты. В мачтовых трансформаторных подстанциях ввод и вывод кабеля осуществляется при помощи воздушных линий. КТП киоскового типа служат для тех же целей, но устанавливаются в простейшую бетонную площадку и имеют серьезное преимущество – они позволяют осуществлять ввод и отвод, как воздушным путем, так и под землей.

Для отвода воздушных линий используется самонесущие алюминиевые изолированные провода СИП, которые подвешиваются на деревянных или бетонных опорах при помощи монтажной арматуры.

Такой способ прокладки распределительной линии используется в частных секторах, гаражных кооперативах или там где необходимо запитать большое количество потребителей находящихся на некотором расстоянии друг от друга.

Для прокладки подземных линий используется силовой кабель с алюминиевыми или медными жилами, с изоляцией из различных материалов, экранированный, бронированный, с защитным покровом или без него. В зависимости от способа прокладки могут использоваться различные марки кабеля.

Для прокладки в специальных двустенных гофрированных трубах могут использоваться силовые кабели без защитного покрова и брони, такие, как АВВГ или ВВГ. Для прокладки в траншеях используются кабели с броней и защитными покровами, которые имеют хорошую защиту от физического и механического воздействия.

Это такие кабели как АВБбШв и ВБбШв (с броней и защитным покровом) или АВВБГ и ВВБГ (с броней без защитного покрова). Кроме того, в зависимости от характера блуждающих токов, могут использоваться силовые кабели с различными видами экранов, которые предназначены для прокладки, как в траншеях, так и в защищенных трубах. К таким кабелям относятся марки АПвЭгП или АПвАШв.

От трансформаторной подстанции электроэнергия по выбранным проводам передается на распределительные пункты, которые находятся в специально отведенных для этого комнатах (щитовых).

В щитовых устанавливаются распределительные устройства, которые не только обеспечивают передачу электроэнергии в квартиры, но также осуществляют запитку этажного и аварийного освещения, лифтов, систем вентиляции, кондиционирования и систем безопасности.

Распределение от электрощитовой до этажных щитов, осуществляется при помощи кабелей, которые согласно условиям пожарной безопасности должны не распространять горение и иметь низкие показатели дымо и газовыделения. К таким маркам кабелей можно отнести АВВГнг-LS (алюминиевые токопроводящие жилы), ВВГнг-LS (медные жилы).

Для прокладки магистральной линии используется лоток лестничный и специальные крепежные скобы, которые обеспечивают сохранность кабеля на весь срок службы. Кроме того, для подвода питания от щитовой на этажные щиты может применяться шинопровод, который имеет ряд плюсов по сравнению с кабельной магистральной линией.

К ним можно отнести удобство монтажа (секции без особых проблем собираются и монтируются в нишу), меньшие габариты по сравнению с кабельной линией (секции состоят из медных или алюминиевых шин, которые зачищены металлическим корпусом), удобство дальнейшей эксплуатации. И, наконец, от этажных щитов электроэнергия поступает на счетчик либо щит учетно-распределительный щит квартиры.

 

Передача электроэнергии

Передача электрической энергии — технология передачи энергии от мест генерирования к местам потребления. Передача электроэнергии осуществляется посредством электрических сетей, в состав которых входят преобразователи, линии электропередачи и распределительные устройства.

История

Линии электропередач в Германии

Возможность передачи электроэнергии на расстояние впервые обнаружил Стивен Грей в 1720-е годы. В опытах Грея заряд передавался по шёлковому проводу на расстояние до 800 футов[1]

До конца XIX века электричество использовалось только поблизости от мест генерации. Это, в свою очередь, ограничивало степень использования доступных ресурсов, так как большие мощности для местного производства не требовались.

С изобретением электрического освещения необходимость передачи электричества на большие расстояния стало актуальной проблемой, так как освещение требовалось в первую очередь в крупных городах, удалённых от источников энергии[2].

В 1873 году Фонтен впервые продемонстрировал генератор и двигатель постоянного тока, связанные проводом длиной 2 км. В 1874 году Ф. А. Пироцкий осуществил передачу электроэнергии мощностью 6 л. с.

на расстояние 1 км, а в 1876 году повторил опыт, используя в качестве проводника рельсы Сестрорецкой железной дороги длиной 3,5 км. В конце 1870-х — начале 1880-х Д. А. Лачинов показал, что потери энергии при передаче имеют обратную зависимость от напряжения, а П. Н. Яблочков и И. Ф.

Усагин создали первые трансформаторы, что позволило Усагину на Всероссийской выставке в Москве в 1882 году продемонстрировать первую высоковольтную систему передачи электроэнергии, включавшую повышающий и понижающий трансформаторы и линию электропередачи.

В том же году на Мюнхенской выставке опыт передачи постоянного электрического тока напряжением до 2000 В на расстояние 60 км продемонстрировал Марсель Депре, при этом потери составили 78 %[2].

Прорывом в передаче электроэнергии на большие расстояния стал опыт М. О. Доливо-Добровольского на международной электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне в 1891 году, в ходе которого энергия от установки на реке Неккар в городе Лауффен была передана во Франкфурт по трёхфазной линии на 175 км.

Энергия передавалась при напряжении 15200 В, преобразование осуществлялось с помощью трёхфазных трансформаторов. КПД линии достигал 80,9 %, а передаваемая мощность — более 100 л. с., использованных для работы электрического двигателя и освещения. Опыт способствовал внедрению трёхфазного переменного тока и высоковольтных систем передачи.

К 1910 году в США появились первые линии 110 кВ, в 1923 — 220 кВ, в то же время началось внедрение высоковольтных линий в Европе[2].

Передачи энергии на постоянном токе, в первую очередь, по системе Тюри, имела некоторое распространение в начале XX века, в частности, функционировали линия в Батуми протяжённость 10 км и линия Мутье-Лион протяжённостью 180 км, но в конце концов они были демонтированы и заменены линиями переменного тока[2].

Схема передачи

В настоящее время применяются схемы передачи, в которые входят[3]:

  • электрический генератор;
  • повышающий трансформатор;
  • линия электропередачи;
  • понижающий трансформатор.

Схемы делятся на блочные, связанные и полусвязанные[4]

Классификация

По типу линии электропередач[5]:

  • магистральные;
  • межсистемные.{2}}{Z_{0}}}}

    • где

      U

      {displaystyle U}

      — напряжение, В;

      Z

      0

      {displaystyle Z_{0}}

      — волновое сопротивление, Ом.

    • Например, для линии 110 кВ пропускная способность составляет 30 МВт
    • Пропускную способность снижают потери энергии[8], другим ограничением является устойчивость параллельной работы синхронных машин, находящихся на концах линии[9].

    Примечания

    1. Храмов Ю. А. Грей Стефен (Gray Stephen) // Физики: Биографический справочник / Под ред. А. И. Ахиезера. — Изд. 2-е, испр. и дополн. — М.: Наука, 1983. — С. 91. — 400 с. — 200 000 экз. (в пер.)
    2. 1 2 3 4 Крачковский, 1953, с.

      6—12.

    3. ↑ Крачковский, 1953, с. 23—24.
    4. ↑ Крачковский, 1953, с. 24.
    5. 1 2 Крачковский, 1953, с. 22.
    6. ↑ Крачковский, 1953, с. 23.
    7. ↑ Крачковский, 1953, с. 27.
    8. ↑ Крачковский, 1953, с. 28.
    9. ↑ Крачковский, 1953, с. 31.

    Литература

    • Крачковский Н. Н. Передача электрической энергии на дальние расстояния / Отв. ред. академик А. В. Винтер. — М.: Издательство Академии наук СССР, 1953.
    • Герасименко А. А., Федин В. Т. Передача и распределение электрической энергии: Учебное пособие. — 2-е. — Ростов-на-Дону: Феникс, 2008. — 715 с. — (Высшее образование).

    См. также

    • Распределение электроэнергии
    Для улучшения этой статьи желательно:
    • Проставить для статьи более точные категории.
    • Добавить иллюстрации.

    Пожалуйста, после исправления проблемы исключите её из списка параметров. После устранения всех недостатков этот шаблон может быть удалён любым участником.

    источники генерации энергии, передача ее на большие расстояния

    Как и любой вид энергии, электрическая является силой, которая сообщается разными предметами друг другу. Получение и передача электроэнергии стала основным движущим фактором развития производства. Особенно актуально такое перемещение на большие расстояния. Разрабатывается возможность переброски энергетического потока без проводов, что создает большие перспективы в будущем.

    Источники получения энергии

    Прежде чем начать процесс передачи электроэнергии потребителю, необходимо ее получить. Этим вопросом занимаются электростанции, которых существует несколько видов:

    1. Тепловые. На первом этапе ведется сжигание органического топлива. Это может быть уголь, мазут или торф. Возникающая тепловая энергия преобразуется в механическую и только потом в электрическую. В некоторых случаях выработанное тепло сразу поступает в теплоцентрали и подается на производство.
    2. Гидроэлектростанции. Такие комплексы устанавливаются в местах протекания больших рек. Построенная плотина поднимает с одной стороны уровень воды, образуя водопад. Станция представляет собой сложную техническую конструкцию. Движущийся поток вращает турбины, которые превращают его силу в электрическую составляющую.
    3. Атомные станции. Здесь основным оборудованием является реактор. В нем происходит цепная реакция распада ядер тяжелых элементов. В качестве топлива используется плутоний или уран. Получаемое ядерное тепло затем преобразуется в электрическую энергию. Это наиболее перспективное направление развития, поскольку мировые ядерные запасы значительно превышают органические залежи топлива.

    Также присутствует возможность выработки электричества при помощи солнечных лучей или силы ветра. В этих местах начинается генерация энергии, которая затем продолжает свое движение к потребителю. Территория любой станции является закрытой для посторонних. По ней не разрешается ходить без пропуска.

    Движение электричества

    Дальнейшая передача электрической энергии ведется по сетям. Они представляют собой комплекс оборудования, которое отвечает за распределение и поставку электричества потребителю. Их существует несколько разновидностей:

    1. Общие сети. Они обслуживают сельское хозяйство и производство.
    2. Контактные. Это выделенная группа, которая обеспечивает поставку электроэнергии движущемуся транспорту. Сюда входят поезда и трамваи.
    3. Для обслуживания удаленных объектов и инженерных коммуникаций.
    4. Автономные сети. Они обеспечивают электроэнергией крупные мобильные единицы. Это самолеты, морские суда и космические аппараты.

    Передача на большие расстояния

    Актуальность передачи электроэнергии на расстояние обуславливается тем, что электростанции снабжены мощным оборудованием, дающим на выходе большие показатели. Потребители же ее маломощные и разбросаны на большой территории. Строительство крупнейшего терминала обходится дорого, поэтому наблюдается тенденция к концентрации мощностей. Это существенно снижает затраты. Кроме того, значение имеет место размещения. Включается ряд факторов: близость к ресурсам, стоимость транспортировки и возможность работы в единой энергетической системе.

    Чтобы понять, как осуществляется передача электроэнергии на большие расстояния, следует знать, что линии электропередач бывают постоянного и переменного тока. Главная характеристика — это их пропускная способность. Потери наблюдаются в процессе нагрева проводов или дальности расстояния. Передача осуществляется по следующей схеме:

    1. Электростанция. Она является источником образования электроэнергии.
    2. Повышающий трансформатор, который обеспечивает увеличение показателей до необходимых величин.
    3. Понижающий трансформатор. Он устанавливается на распределительных станциях и понижает параметры для подачи в частный сектор.
    4. Подача энергии в жилые дома.

    Линии постоянного тока

    В настоящее время больше отдается предпочтение передаче электроэнергии постоянным током. Это связано с тем, что все происходящие внутри процессы не носят волновой характер. Это значительно облегчает транспортировку энергии.

    К преимуществам передачи постоянного тока относится:

    • небольшая себестоимость;
    • малая величина потерь;

    Среди недостатков — невозможность установки ответвлений от основной ЛЭП. Связано это с тем, что в этих местах требуется монтаж преобразователей, которые обходятся очень дорого. Кроме того, создание выключателей высокого напряжения. Технически, это вызывает большие трудности.

    Поставка переменного тока

    К преимуществам транспортировки переменного тока относится легкость его трансформации. Осуществляется это при помощи приборов — трансформаторов, которые не отличаются сложностью в изготовлении. Конструкция электродвигателей такого тока значительно проще. Технология позволяет формировать линии в единую энергосистему. Этому способствует возможность создания выключателей в месте строительства ответвлений.

    Передача энергии на большое расстояние имеет первостепенное значение для всех структур. Не всегда энергетические комплексы находятся близко, а в электричестве нуждаются везде. Без него не обойдется ни промышленность, ни общественные заведения, ни частный сектор.

    Передача электроэнергии — ОАО “МРСК Урала”

    Согласие на обработку персональных данных

    В соответствии с требованиями Федерального Закона от 27.07.2006 №152-ФЗ «О персональных данных» принимаю решение о предоставлении моих персональных данных и даю согласие на их обработку свободно, своей волей и в своем интересе.

    Наименование и адрес оператора, получающего согласие субъекта на обработку его персональных данных:

    ОАО «МРСК Урала», 620026, г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 140 Телефон: 8-800-2200-220.

    Цель обработки персональных данных:

    Обеспечение выполнения уставной деятельности «МРСК Урала».

    Перечень персональных данных, на обработку которых дается согласие субъекта персональных данных:

    • — фамилия, имя, отчество;
    • — место работы и должность;
    • — электронная почта;
    • — адрес;
    • — номер контактного телефона.

    Перечень действий с персональными данными, на совершение которых дается согласие:

    Любое действие (операция) или совокупность действий (операций) с персональными данными, включая сбор, запись, систематизацию, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передачу, обезличивание, блокирование, удаление, уничтожение.

    Персональные данные в ОАО «МРСК Урала» могут обрабатываться как на бумажных носителях, так и в электронном виде только в информационной системе персональных данных ОАО «МРСК Урала» согласно требованиям Положения о порядке обработки персональных данных контрагентов в ОАО «МРСК Урала», с которым я ознакомлен(а).

    Согласие на обработку персональных данных вступает в силу со дня передачи мною в ОАО «МРСК Урала» моих персональных данных.

    Согласие на обработку персональных данных может быть отозвано мной в письменной форме. В случае отзыва согласия на обработку персональных данных.

    ОАО «МРСК Урала» вправе продолжить обработку персональных данных при наличии оснований, предусмотренных в п. 2-11 ч. 1 ст. 6 Федерального Закона от 27.07.2006 №152-ФЗ «О персональных данных».

    Срок хранения моих персональных данных – 5 лет.

    В случае отсутствия согласия субъекта персональных данных на обработку и хранение своих персональных данных ОАО «МРСК Урала» не имеет возможности принятия к рассмотрению заявлений (заявок).

    Урок 44. Получение, передача и распределение электроэнергии.

    Производство, передача и распределение электроэнергии.

       Проблема обеспечения энергией уже в самое ближайшее время станет одной из наиболее острых среди глобальных проблем человечества. Более 60% энергии вырабатывается на тепловых электростанциях (ТЭС) на органическом топливе (уголь, нефтепродукты, газ, торф), примерно 18% — на атомных (АЭС) и гидроэлектростанциях (ГЭС), а остальные 2% — на солнечных, ветровых, геотермальных и прочих электростанциях.

       Производство электрической энергии в России концентрируется преимущественно на крупных электростанциях. Потребители электрической энергии – промышленность, строительство, электрифицированный транспорт, сельское хозяйство, сфера бытового обслуживания расположены в городах и сельской местности. Центры потребления электроэнергии, как правило, удалены от ее источников зачастую на расстояния в сотни и даже тысячи километров и распределены на значительной территории. В связи с этим возникает задача транспортирования электроэнергии от станций к потребителям. Эту задачу выполняют электрические сети, состоящие из линий электропередачи (ЛЭП) и подстанций.

       Передача электрической энергии от электростанций до больших городов или промышленных центров на расстояния тысяч километров является сложной научно-технической проблемой.

       Для уменьшения потерь на нагревания проводов необходимо уменьшить силу тока в линии передачи (ЛЭП), и, следовательно, увеличить напряжение. Обычно линии электропередачи строятся в расчете на напряжение 400–500 кВ, при этом в линиях используется трехфазный ток переменной частоты 50 Гц. На рисунке представлена схема линии передачи электроэнергии от электростанции до потребителя. Схема дает представление об использовании трансформаторов при передаче электроэнергии.

       Следует отметить, что при повышении напряжения в линиях передачи увеличиваются утечки энергии через воздух. В сырую погоду вблизи проводов линии может возникнуть так называемый коронный разряд, который можно обнаружить по характерному потрескиванию. Коэффициент полезного действия линии передач не превышает 90 %.

     

    Условная схема высоковольтной линии передачи. Трансформаторы изменяют напряжение в нескольких точках линии. На схеме изображен только один из трех проводов высоковольтной линии.

    Среди приборов переменного тока, нашедших широкое применение в технике, значительное место занимают трансформаторы.

    Трансформатор – прибор для преобразования напряжения и силы переменного тока при неизменной частоте.

    Он был изобретен П. Н. Яблочковым в 1876 году. В 1882 году трансформатор был усовершенствован И. Ф. Усагиным.

    Принцип действия трансформаторов, применяемых для повышения или понижения напряжения переменного тока, основан на явлении электромагнитной индукции.

    Простейший трансформатор состоит из сердечника замкнутой формы из магнитомягкого материала, на который намотаны две обмотки: первичная и вторичная.

    Первичная обмотка подсоединяется к источнику переменного тока с ЭДС e1(t), поэтому в ней возникает ток J1(t), создающий в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток Φ, который практически без рассеяния циркулирует по замкнутому магнитному сердечнику и, следовательно, пронизывает все витки первичной и вторичной обмоток.

    В режиме холостого хода, то есть при разомкнутой цепи вторичной обмотки, ток в первичной обмотке весьма мал из-за большого индуктивного сопротивления обмотки. В этом режиме трансформатор потребляет небольшую мощность.

    В режиме нагрузки в цепь вторичной обмотки включается сопротивление нагрузки Rн, и в ней возникает переменный ток J2(t). Теперь полный магнитный поток Φ в сердечнике создается обоими токами. Но согласно правилу Ленца магнитный поток Φ2, создаваемый индуцированным во вторичной обмотке током J2, направлен навстречу потоку Φ1, создаваемому током J1 в первичной обмотке: Φ = Φ1 – Φ2. Отсюда следует, что токи J1 и J2 изменяются в противофазе, то есть имеют фазовый сдвиг, равный 180°.

    Коэффициент k=n1/n2 есть коэффициент трансформации.

    При k>1 трансформатор называется повышающим, при k<1 – понижающим.

    Написанные выше соотношения, строго говоря, применимы только к идеальному трансформатору, в котором нет рассеяния магнитного потока и отсутствуют потери энергии на джоулево тепло. Эти потери могут быть связаны с наличием активного сопротивления самих обмоток и возникновением индукционных токов (токов Фуко) в сердечнике. Для уменьшения токов Фуко сердечники трансформатора изготавливают обычно из тонких стальных листов, изолированных друг от друга. Существует еще один механизм потерь энергии, связанный с гистерезисными явлениями в сердечнике. При циклическом перемагничивании ферромагнитных материалов возникают потери электромагнитной энергии, прямо пропорциональные площади петли гистерезиса.

    У хороших современных трансформаторов потери энергии при нагрузках, близких к номинальным, не превышает 1–2 %, поэтому к ним приближенно применима теория идеального трансформатора.

    Если пренебречь потерями энергии, то мощность P1, потребляемая идеальным трансформатором от источника переменного тока, равна мощности P2, передаваемой нагрузке.

     

    Передача электричества без потерь ⋆ Geoenergetics.ru

    На самых первых этапах появления электростанций для тех, кто их разрабатывал и строил, все было просто и незатейливо – вот тут строим электростанцию, а вот здесь будет здание, в котором будет гореть свет, работать станки. Один производитель электроэнергии и один потребитель, нужно только решить проблему с разводкой электричества между розетками да выключателями.  Но такой схема оставалась очень недолго, поскольку она «страдала» сразу по двум логическим предпосылкам.

    Развитие электротехники позволяло наращивать мощность электростанций – они были способны генерировать электроэнергии куда больше, чем требовалось единственному потребителю. Но и потребителю, который получал электроэнергию только из одного источника, тоже было неуютно, поскольку любая авария на электростанции мгновенно приводила к полному обесточиванию. Поскольку блок «логика» в мозговой аппарат физиков, инженеров, конструкторов встроен намертво, в нашей с вами реальности схема «один источник – один потребитель» исчезла раз и навсегда. Энергосистема даже, скажем, федерального округа нашей страны, гораздо более наворочена, а в масштабах всей России сложность ещё увеличивается. Как известно, с увеличением сложности любой технической системы снижается её отказоустойчивость, однако с энергосистемой не просто не так, а ровно наоборот.

    От простого — к сложному, все более надежному

    Строить у каждого, даже небольшого, городка свою электростанцию, конечно, прикольно. И раньше, во времена до ГОЭРЛО, всё именно так и было, но уже в то время схема электроснабжения простой не была – у каждой электростанции внутри города потребителей было куда как больше одного, то есть уже тогда энергетики разрабатывали и конструировали те самые подстанции и трансформаторные «будки», о которых мы уже говорили. Но с ростом масштабов потребности в энергии, с ростом промышленности, со строительством новых поселков и городов схема «одна электростанция – один город» работать перестала. Во-первых, несмотря на всю простоту, вариант питания каждого объекта от одной электростанции очень ненадёжен. Случись что непосредственно на электростанции – без электричества останется целый город, поскольку больше взять энергию негде. Снова на полную мощность включился блок «логика» в головах энергетиков-проектировщиков, подсказавший единственно возможное решение: необходимо объединить несколько электростанций, построенных в разных местах, в общую систему, связать их мощными линиями электропередачи и от этой системы питать потребителей. При таком раскладе остановка любой электростанции влечет за собой только снижение наличной мощности системы, но полного отключения не будет. Такой же эффект проявляется и при любой аварии или плановом отключении на линиях электропередачи. Достаточно просто изменить схему подачи напряжения по оставшимся линиям, и потребители ничего не заметят. Если коротко, несмотря на рост сложности системы энергообеспечения, вот парадокс, растёт и надёжность.

    В идеале все генерирующие мощности всей страны желательно объединить в единую энергосистему. Это дает колоссальное преимущество, как по резервированию источников энергии, так и по многообразию вариантов подачи энергии потребителям. В России именно так всё и устроено, при этом стоит помнить о том, что устроено рационально, логично – система электроснабжения проектировалась и создавалась во времена плановой экономики, когда энергетики точно знали, где, сколько и каких промышленных потребителей возникнет в ближайшую пятилетку, когда проблемы землеотведения решались в десятки раз быстрее, чем теперь. Еще одно достоинство, которым мы пользуемся со времен планового развития экономики – наличие резервных мощностей на электростанциях, которые создавались не только на случай плановых ремонтов, но и для того, чтобы надежно страховаться от всяческого рода ЧП. Строительством электростанций командовало соответствующее министерство, для специалистов которого вопрос о зарабатывании прибыли за счет продажи электроэнергии волновал крайне незначительно, поскольку прибыль снималась в конце производственных цепочек, энергетики должны были выполнять главные для них задачи – гарантировать энергообеспеченность и ее надежность. Обратная сторона этой «медали» — то, что об энергосбережении в те времена думали на уровне лозунгов,  опыт последних лет показывает, что «агитация рублем» действует куда как более результативно.

    Единая Энергосистема РФ имеет и ещё одну интересную особенность, на которую обычно не обращают внимания, но о которой немало лет думали специалисты Энергетического института, который в 1930 году создал и более четверти века возглавлял Глеб Максимилианович Кржижановский, главный инициатор разработки плана ГОЭЛРО.  Наша страна очень велика, она занимает целых 12 часовых поясов, когда на востоке полночь, на западе полдень. Нетрудно понять, что потребление электроэнергии сильно зависит от времени суток: обычно пик потребления и расхода мощности приходится на утро и вечер. Единая Энергосистема позволяет компенсировать пиковые нагрузки: скажем, вечером на Дальнем Востоке перетоком мощности из европейской части страны, и наоборот. В результате все электрохозяйство работает без перегрузок, в штатном режиме, с относительно постоянной производительностью. Особенно важно это для генерирующих мощностей, электроэнергия на которых вырабатывается со стабильным расходом, без бросков в нагрузке. Еще одно следствие того, что ЕЭС СССР разрабатывалась и создавалась именно по такой схеме – то, что в стране не требовалось строить дополнительные генерирующие мощности, предназначенные для того, чтобы успешно проходить часы пиковых нагрузок. Зачем нужна электростанция, которая будет работать только утром и вечером, когда меня надежно страхуют электростанции соседних часовых поясов? Итог одновременного использования достижений энергетики как науки, роста технологий, логики и планового характера развития экономики был парадоксален: самая северная страна мира имела самую дешевую в мире электроэнергию.

    Возвращение экономики рыночной, приватизация заводов, фабрик, сельскохозяйственных предприятий, закрытие немалой их части и бессистемное появление новых, состоявшееся в 90-х годах минувшего века, лишило Россию этого конкурентного преимущества. Для ЕЭС, конечно, была важна не форма собственности того или иного предприятия, а его стабильная, предсказуемая работа, которая в то время исчезла полностью. Итог – разбалансировка системы, которую удалось в той или иной мере восстановить только в результате реформы ЕЭС. Эта реформа была не неким «абсолютным злом», а суровой необходимостью. Другой вопрос, что мы имеем в результате, но это уже совсем другая история.

    Очевидно, что электростанции выгодно строить в местах, где есть или источник энергии для них (горючее топливо или река) и/или мощный потребитель, например, завод по производству алюминия, «жрущий» электроэнергию для своих технологических процессов в чудовищных объёмах. Кроме того, электростанция по возможности должна как можно более мощной, поскольку вырабатываемая ею электроэнергия в этом случае получается наиболее дешевой. Подавать электричество потребителям потребуется, как мы уже говорили выше, с помощью линий электропередачи, с учетом масштабов России эти линии иногда могут иметь протяженность в сотни и даже тысячи километров. Как же передать энергию на такие расстояния, по возможности максимально надёжно и с минимальными потерями?

    Мало произвести – нужно уметь передать

    Существует несколько способов передачи электрической энергии на расстояния. Например, бесконтактным способом, с помощью электромагнитной индукции. Носителем энергии в этом случае является электромагнитное поле — электрический ток в катушке источника преобразуется в электромагнитную энергию, которая в катушке приемника преобразуется обратно в электрический ток. Данный способ имеет и преимущества, и недостатки. Основным преимуществом является отсутствие физического носителя для энергии – проводники как таковые отсутствуют. Но такая технология имеет крайне существенный недостаток: низкий КПД, поскольку энергия очень сильно рассеивается по пути от источника к приемнику (убывает пропорционально квадрату расстояния между ними), и, стало быть, эффективна только на очень небольших расстояниях. Примером использования такой технологии может служить беспроводная зарядка для мобильного телефона или индукционная электроплита. В обоих случаях источник и приёмник расположены практически вплотную. Как нетрудно понять, для передачи энергии на большие расстояния такой способ не годится, для этого требуется носитель, по которому пойдет электрический ток.

    Линии электропередачи

    Носителем может быть проводник, чаще всего металл, у которого должно быть как можно меньшее внутреннее сопротивление электрическому току. Если сопротивление проводника будет сколь-нибудь заметным, то такой проводник будет нагреваться, то есть передаваемая энергия станет тратиться попусту, а это недопустимо. Наименьшим сопротивлением и, соответственно, наибольшей проводимостью из всех известных на данном этапе широко распространенных материалов является медь, кабели и провода из этого красного металла известны всем. Однако использовать медь для протяженных линий электропередачи невыгодно: медь тяжелая и достаточно дорогая. Поэтому самым удобным материалом, идущим на изготовление проводов ЛЭП (линий электропередач), является алюминий. Да, его проводимость хуже, чем у меди, зато алюминий дешевле и гораздо легче. Увы, алюминий мягок и не так прочен, как медь, да к тому же покрыт оксидной плёнкой, которая является пусть очень слабенькой, но электроизоляцией. Но эти недостатки можно компенсировать, не тратя на это значительные средства. Прочность проводов повышают, делая их кручеными из пучка тонких жил и добавляя в середину такого пучка одну или несколько стальных проволок, в местах контактов алюминий густо смазывают чем-нибудь жирным, например, техническим вазелином или консистентной смазкой, прямо под слоем смазки зачищают металлической щёткой и сразу же скрепляют контактное соединение. Оксидная плёнка без доступа воздуха не образуется, и это резко снижает сопротивление в контактах.

    Нелишним будет напомнить, что электроэнергию можно передавать как по проводам воздушной линии, так и по кабелю. Под кабелем мы понимаем токонесущие жилы (как правило, алюминиевые), покрытые на всей длине кабеля индивидуальной изоляцией, и сверху укутанные общей оболочкой. Кабель обычно прокладывается в земле или под водой, однако иногда лёгкие кабели небольших сечений могут быть смонтированы и на опорах. Провода воздушных линий изоляцией не покрывают, это просто голый металл. От конструкций опор и друг от друга они отделяются изоляторами — фарфоровыми, стеклянными или полимерными. И воздушные линии (ВЛ), и кабельные (КЛ) имеют как преимущества, так и недостатки. ВЛ очень легко контролировать — все ее части, кроме фундаментов опор, находятся на виду. Как правило, ВЛ в габаритах своих конструкций мало ограничены, поэтому напряжение по ним можно передать любое, в том числе и очень высокое, надо только правильно изоляцию подобрать. Найти место повреждения на ВЛ просто, его видно сразу, ремонтировать провода также легче – достаточно их просто соединить. Да и повредить ВЛ вследствие того, что обычно они хорошо видимы, сложнее. С другой стороны, ВЛ – это достаточно высокие конструкции, а значит, подвержены ударам молний, поэтому на них в обязательном порядке должна иметься грозозащита. На мощных высоковольтных ВЛ даже специальный провод в верхних точках опор по всей длине трассы бывает натянут — именно для защиты от молний.  Кроме того, на ВЛ действует ветровая нагрузка, зимой еще и снеговая, обязательно учитывают то и другое, как и то, что вдоль каждой ЛЭП, идущей по лесу, необходимо устраивать просеки – для предупреждения риска падения деревьев на ЛЭП и для того, чтобы не возникали проблемы в случае лесных пожаров. Потребитель пошел избалованный, ему свет и ток в розетке нужен и в снег, и в дождь, и в бурю с ураганом. Что характерно – пока все в порядке, про электриков вспоминают, как говорится, раз в сто лет, а когда вспоминают по причине отсутствия электричества, то вспоминают словами такими красочными, что их и печатать-то нельзя, и только постоянные читатели Аналитического онлайн-журнала Геоэнергетика.ru каждое утро начинают со слов «Слава и почет энергетикам!».

    Прокладка кабельных линий под землёй

    КЛ обычно проложены в земле, потому ударам молний с ураганными ветрами не подвержены вообще. Однако напряжение в КЛ, как правило, ограничено. Достаточно распространены маслонаполненные кабели на 220 кВ, кабели на более высокое напряжение существуют, но они очень и очень дороги и используются в редчайших случаях, когда другие вариантов электроснабжения не существует. Один пример возникновения такой ситуации хорошо известен – после того, как Украина устроила «электрическую блокаду Крыма», наш полуостров был обеспечен материковой электроэнергией именно при помощи кабелей. Кроме того, трасса КЛ не видна, и, если нет ее точной привязки и соответствующей разметки, то КЛ легко повредить при проведении земляных работ. Такие проблемы, надо отметить, случаются сплошь и рядом, когда раскапывают какой-нибудь водопровод, и рвут ковшом экскаватора случайно оказавшийся в раскопе никому не известный кабель. Кабели, особенно высоковольтные, весьма сложны в ремонте, требуют применения специфических материалов и грамотных специалистов.

    В общем, способов, как именно передать электроэнергию, существует несколько, и какой из них предпочесть, решают те, кто занимается проектированием линий. Решают, разумеется, исходя из местных условий. Например, если на пути линии есть река, то нужно решить, как будет её переходить трасса ЛЭП. Возможно, хватит длины воздушного перехода, провода не будут сильно провисать , схлестываться ветром,  не порвутся от собственного веса, выдержат снеговые нагрузки.  Но, если река широкая, а передаваемый объем электроэнергии не слишком велик, то иногда вполне целесообразно использовать подводный кабель.

    Киловольты видны невооруженным глазом

    Мы определились, при помощи чего можно передать электроэнергию. А вот как это сделать, чтобы передать необходимое количество киловаттов, то есть мощности? Напоминаем формулу электрической мощности:

    Q = I x U

    То есть мощность прямо пропорциональна произведению напряжения на силу тока. И мы также выяснили, что при необходимости передать большую мощность, нужно повышать напряжение, а не силу тока – это экономически более выгодно, большие значения силы тока становятся причиной контрпродуктивного нагрева материала ЛЭП, а вот большие значения напряжения ничего подобного не вызывают. А если надо передать очень большую мощность? Скажем, суммарную энергию нескольких больших электростанций перекачать с востока на запад страны? Вариант имеется только один — надо повысить напряжение в линии до очень больших значений. ЛЭП – это не компактный электрогенератор, она мало ограничена габаритами, поэтому можно не очень-то беспокоиться о том, что изоляция получится весьма громоздкой.

    Где удобнее всего повышать напряжение? Всё верно, прямо на электростанции. Поэтому генераторы выдают свою мощность на специальные устройства – повышающие трансформаторы. Трансформатор, если кто забыл, это электромагнитный преобразователь, нужный для изменения величины напряжения и силы тока в ту или иную сторону. Трансформатор способен как повысить напряжение и/или силу тока, так и понизить, мощность передается через него практически без изменений, КПД трансформатора очень высок — доходит до 98%. Мощность в трансформаторе не изменяется, следовательно, исходя из упомянутой выше формулы, при повышении напряжения пропорционально уменьшается сила тока, и наоборот. Преобразование (трансформирование – отсюда и название этого устройства) энергии происходит в электромагнитной системе трансформатора. Это две катушки (обмотки), смонтированные на общем стальном сердечнике. Обмотки связаны друг с другом только с помощью электромагнитного поля, протекающего через сердечник, прямого электрического контакта не имеют, эффект повышения или понижения напряжения и силы тока получается за счёт разного количество витков в обмотках. Например, в обмотке, подключенной к генератору электростанции (она называется первичной обмоткой), 100 витков, а в обмотке (вторичной), подключенной к ошиновке, к линиям потребителей, 1100 витков. 1100/100 = 11 – это коэффициент трансформации данного устройства. И если генератор выдает на трансформатор 10 кВ, то на вторичной обмотке вот такого трансформатора мы получим 10 кВ х 11 = 110 кВ.

    Трансформатор

    С силой тока всё то же самое, но с точностью до наоборот: если генератор электростанции выдает на первичную обмотку трансформатора ток силой 1000 А, то на вторичной обмотке мы получим 1000 А : 11 = 91 А (примерно). Вот и вся арифметика. Ток, полученный на выходе из трансформатора вот с такими характеристиками, несмотря на огромное напряжение, легко коммутировать, то есть выключать и включать. Если увеличить число витков вторичной обмотки трансформатора до 5000, то коэффициент трансформации будет равен уже 50. В таком случае напряжение на вторичной обмотке трансформатора будет 10 кВ х 50 = 500 кВ, а сила тока уменьшится 1000 А : 50 = 20 А. Это совсем крошечная нагрузка, иногда и в наших квартирах больше бывает. Но не забываем, что напряжение-то у нас не 220 В, а 500 кВ, и, стало быть, при токе в 20 А в линии будет передаваться мощность 500 кВ х 20 А = 10 000 кВт! Неплохо, правда?

    Сделаем промежуточный вывод: электроэнергию на большие расстояния выгоднее передавать под очень высоким напряжением, какой тип линии использовать – КЛ или ВЛ – зависит от конкретных обстоятельств, но, как правило, высоковольтные линии строятся исключительно в виде ВЛ. В настоящее время типовое значение напряжения для магистральных линий электропередач составляет 500 кВ. Существуют магистральные ЛЭП с напряжением и в 750 кВ, и даже больше, но это большая редкость, ВЛ-500 экономически более целесообразны, сооружение их дешевле, чем ВЛ-750, и эксплуатация проще. Электроснабжение городов, не относящихся к числу наших мегаполисов, впрочем, таких высоких напряжений не требует, поскольку нагрузка города в 100-200 тысяч жителей не так велика, для них вполне хватает ЛЭП 110 или 220 кВ. Если коротко, то уровень напряжения ЛЭП выбирают из чисто экономических соображений: рассчитывается необходимая потребителям суммарная мощность, которую нужно подвести к данному городу, добавляется запас мощности на перспективу роста, после чего и определяется, на каком напряжении выгоднее всего построить ВЛ.

    ЛЭП в городе

    Высоковольтные линии электропередач между городами давно стали для нас привычной частью пейзажа, мы не часто пристально к ним присматриваемся. Однако есть минимальный набор знаний, который позволяет определить основную характеристику ВЛ – напряжение – невооруженным глазом. Как правило, ВЛ-110 и 220 кВ монтируются на бетонных одностоечных опорах. Напряжение в линии можно определить по количеству изоляторов в гирляндах, на которых подвешены провода. У ВЛ-110 каждый провод висит на гирлянде, состоящей из шести изоляторов, у ВЛ-220 провода подвешены на десяти изоляторах. Как правило, изоляторы используются стеклянные, и это далеко не случайность. Во время эксплуатации ВЛ может случиться пробой одного или двух изоляторов в гирлянде – от молнии или по грязи на поверхности. Остальные изоляторы могут быть исправными, и изоляция в целом не нарушена, поскольку класс изоляции выбирается с большим запасом. Стеклянные изоляторы удобны тем, что в случае пробоя их «шапки» разлетаются вдребезги, что позволяет легко с земли  это увидеть и оперативно принять меры. Фарфоровые и полимерные изоляторы даже после пробоя остаются целыми несмотря на то, что свою функцию уже не выполняют, и поэтому обнаружить пробой можно только непосредственно, вблизи. Электрики – они тоже люди, им хочется свою работу выполнять не только качественно, но и побыстрее, чтобы нервный потребитель поминал его тихим добрым словом не так долго и не так громко, знаете ли.

    Коронный разряд – это красиво

    Линии 330 кВ и выше отличить ещё проще. ВЛ-330 имеет два раздельных провода в каждой фазе, ВЛ-500 – три, это так называемые «расщепленные» провода. Сделано это для того, что на таких уровнях напряжения могут появиться вдоль проводов нежелательные эффекты в виде коронного разряда – электрики предпочитают знакомиться и наблюдать это замечательное, эффектно выглядящее явление в лабораторных условиях, а не на ЛЭП. Дело не в отсутствии любопытства или чувства прекрасного, а в странном, аномальном поведении руководителей, начальников электрокомпаний – коронный разряд на ВЛ мгновенно уничтожает их воспитанность, интеллигентность и чувство такта. Начальник обыкновенный в случае появления коронного разряда начинает выкрикивать бессвязные слова, размахивать руками, у них поднимается давление, они становятся опасны для себя и окружающих. Электрики с такой странной реакцией хорошо знакомы и предпочитают покинуть помещение подстанции и стремительно мчаться в направлении силовых выключателей, чтобы немедленно лишить питания ЛЭП, возомнившую о себе черт-те что и нацепившую на себя «корону». Как показывает практика, спустя короткое время после исчезновения «короны» к начальникам возвращается человеческий облик – с лиц сходит ярко-красный цвет, перестает покрываться испариной лысина, прекращают подергиваться конечности, и только тремор пальцев какое-то время напоминает о пережитом волнении.

    Коронный разряд на ЛЭП

    Коронный разряд – самостоятельный разряд в газе, может образоваться при наличии резко неоднородных электромагнитных полей на электродах с высокой кривизной поверхности. Линии электропередач – это гарантированно неоднородные электромагнитные поля, провод – та самая поверхность с высокой кривизной. Главное условие для начала разряда — вблизи острого края электрода должна присутствовать сравнительно более высокая напряженность электрического поля, чем на остальном пути между электродами, создающими разность потенциалов. Для воздуха в нормальных условиях (при атмосферном давлении), предельное значение электрической напряженности составляет 30 кВ/см, при такой напряженности на острие электрода уже появляется слабое свечение, напоминающее по форме корону. Вот почему такой газовый разряд называют коронным. Физики любопытны как дети и точно так же, по детски бесхитростны и наивны: видят корону при разряде, и бесхитростно нарекают разряд «коронным». Даже представлять не хочется, на что мог бы оказаться горазд физик, воспитанный фармокологами…

    С физической точки зрения ничего загадочного в коронном разряде нет. К примеру, в предгрозовую пору воздух ионизируется без участия человека, сам по себе. Ион, напомним – это атом, «потерявший» свой или «укравший» чужой электрон и это, конечно, форменное безобразие. В нормальном, порядочном атоме, числе электронов строго равно числу протонов в его ядре, что и обеспечивает окружающим нас многочисленным химическим веществам электрическую нейтральность. А перед грозой в атмосферном воздухе носятся потерявшие свой атом свободные электроны в поисках хоть какого-нибудь прибежища. А тут рядом – провод с электротоком, и электрон с приличным ускорением несется к нему, сломя голову. Встретится ему на пути нейтральный атом – этот «спортсмен» ионизирует и его, увлекая в свое движение дополнительные электроны, в результате возле острия – провода – образуется целая лавина заряженных частиц. Существовать коронный разряд после своего образования может достаточно долго, и все то время, которое он длится, ВЛ будет терять огромное количество переносимой ею электроэнергии.

    Способы борьбы с коронным разрядом известны, их условно можно разделить на «активные» и «пассивные», в первом случае требуется непосредственное участие человека, во втором этого не требуется – это защита, профилактика, действующая всегда, причем сама по себе.  Толстый проводник расщепляют на два-три идущих параллельно тонких, чтобы уменьшить локальные напряжения и не дать «короне» образоваться в принципе. Толщина таких расщепленных проводов всегда подобрана с особой тщательностью: сечение проводов ВЛ-110 равно минимум 95 квадратным мм, для ВЛ-220 – 240 квадратных миллиметров. Если, несмотря на эти предосторожности, «корона» все же умудрилась образоваться, в дело вступает «предохранитель №2» — анти-коронные кольца, металлические тороиды. Его задача – аккуратно распределить градиент электрического поля, чтобы его максимальные значения были ниже порога «короны». Если «корона» обойдет и эту защиту, то ее разрушительный эффект придется именно на это кольцо, а не приведет к тому, что из строя начнет выходить дорогостоящее оборудование на подстанциях. Сгорит кольцо – да и ладно, электрики новое повесят.

    Анти-коронные кольца

    Из прочих подробностей — номинальные (то есть максимально допустимые) значения напряжения в высоковольтных ВЛ, «бегущих» по России, имеют фиксированный ряд: 6, 10, 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750 кВ. Данное требование определяется соответствующим ГОСТом для унификации оборудования и упрощения проектных решений, разброд и шатания недопустимы. Такие номиналы напряжения в линиях используются на данный момент в России повсеместно. Ещё одна важная деталь: имеется в виду переменный трехфазный ток.

    При всем богатстве выбора фаз у электротока всегда три

    Надеемся, что об отличии переменного и постоянного тока рассказывать нет необходимости, это не только изложено в школьном курсе физики, но и неоднократно повторено на страницах нашего журнала. Почему же используется именно переменный ток? Дело в том, что его очень легко изменять – увеличивать или уменьшать напряжение, сохраняя при этом заданную величину мощности. И устройства, обеспечивающее возможность таких изменений – трансформаторы – для подобных изменений крайне просты. Для изменения параметров постоянного тока требуются особые ухищрения, а любое особое ухищрение стоит особых денег, которых, как известно нет, но нам и без них велено держаться. Стало быть, всё решает та самая пресловутая экономика.

    С трехфазным током немного сложнее. Для передачи однофазного тока требуется как минимум два провода – «фаза» и «нуль». Трехфазный ток передается по трём проводам, все они являются фазными. То есть в схеме появляется ещё один, «лишний» провод, и нулевой провод отсутствует вообще. Напряжение передается по всем трём проводам со стандартной для России частотой 50 Гц, только его колебания сдвинуты в каждой фазе относительно соседних на 120 градусов. Саркастическая фраза «сдвиг по фазе» растёт именно отсюда, а без юмора, зато с чувством, толком и расстановкой об этом уже подробно рассказывал на страницах Геоэнергетики Дмитрий Таланов.

    Что даёт такая схема? Во-первых, более полно используется материал проводов: нагрузка передаётся по всем трём проводникам одновременно, а не по одному, как в однофазных системах. Во-вторых, тот самый сдвиг по фазе позволяет получить так называемое вращающееся магнитное поле, что очень упрощает конструкцию и генераторов, и электродвигателей. Например, типовой асинхронный двигатель на трёхфазный переменный ток не имеет никаких дополнительных устройств (коллектора и щёток) для передачи напряжения на вращающийся ротор, которые изнашиваются. А ещё у асинхронного мотора очень просто изменить направление вращения ротора, просто поменяв порядок подключения фаз в его обмотках, для любого электропривода это крайне важное свойство. Учение Михаила Осиповича Доливо-Добровольского всесильно, потому что оно верно: везде и повсюду в мире используется система передачи электроэнергии в виде трёхфазного переменного тока, меняются только номиналы напряжения и основные частоты. Например, в США у конечных потребителей (в квартирах и домах) используется напряжение 110 В частотой 60 Гц, в России – 220 В и 50 Гц, но в целом такие детали на общую картину влияют мало.

    Поскольку в генерации и передачи энергии используется переменный ток фиксированной частоты, то в энергосистеме остро проявляется одна интересная проблема: все генерирующие мощности должны работать синфазно, то есть выдавать напряжение в ЛЭП строго в одной фазе, синхронно, не раньше и не позже. Другими словами, синусоида напряжения на электростанции Дальнего Востока должна полностью совпадать с синусоидой напряжения, выдаваемого электростанцией Подмосковья. Если появится даже малейший рассинхрон, в энергосистеме возникнут серьезные проблемы, вплоть до коротких замыканий. Пытливый читатель на этом месте уже может вспомнить, сколько в России электрогенераторов на электростанциях, и какого масштаба задача должна решаться. И она успешно решается — с помощью самых разнообразных технических и организационных ухищрений. Например, генераторы электростанций должны включаться в нагрузку строго на определенной частоте вращения роторов и строго в определенный момент. Самое занимательное – эта проблема решалась в годы создания ЕЭС СССР, когда в обиходе слова «компьютер» и в помине не было, да и до появления аббревиатуры «ЭВМ» оставался десяток-другой лет. Попытайтесь совместить в голове сразу два этих факта: масштабы России, сложность ее энергосистемы и логарифмическая линейка с механическим арифмометром в качестве самых продвинутых вычислительных устройств. Попробовали? Тогда мы еще раз   напоминаем – эта задача была решена Энергетическим институтом под руководством Глеба Кржижановского, чье имя ЭНИН носит в наше время.

    Итак, подытожим сказанное. Сгенерированный на электростанции переменный трёхфазный ток повышается трансформаторами и выдаётся в объединенную энергосистему. С помощью высоковольтных линий ток подводится к потребителям, где понижается опять же трансформаторами до нужного значения и подается непосредственно на нагрузку – для освещения квартир или для выплавки стали. Наличие единой системы даёт массу преимуществ: это огромный централизованно управляемый организм, снабжающий страну энергией, притом достаточно отказоустойчивый, имеющий достаточное количество резервных мощностей на случай ЧП любых масштабов.

    Перспективы постоянного тока

    А теперь, «на закуску», немного интересных подробностей. Как это ни странно, постоянный ток также имеет перспективы в смысле передачи энергии на большие расстояния. Данный род тока обладает в несколько раз большей плотностью энергии в единице сечения проводника. Другими словами, по проводнику фиксированного сечения, скажем, 240 квадратных мм, постоянным током можно передать раза примерно в четыре большую мощность, чем переменным, без нагрева проводника. Связано это с так называемым поверхностным эффектом: если переменный ток электромагнитными силами вытесняется к поверхности проводника, а внутри провода напряжение может отсутствовать вообще, то постоянный ток занимает всю площадь сечения проводника. Поэтому такой ток вполне может применяться в энергосистеме.

    Тут, правда, есть проблема: постоянный ток нужно передавать с высоким напряжением, точно так же, как это делается в случае тока переменного, поскольку формула мощности действует и в этом случае. Разумеется, способы преобразования переменного тока в постоянный (выпрямления) и наоборот (инвертирования) существуют, но в нашем случае придётся выпрямлять, а потом инвертировать переменный ток очень высокого напряжения. Соответственно, имеет место чисто технологическая трудность: придётся создавать выпрямитель или инвертор прямо-таки циклопических размеров. Тем не менее, работы в этом направлении велись и ведутся, в последнее время особенно активно в Европе.

    О том, как это связано со все более настойчивыми попытками развивать ВИЭ-сектор электрогенерации, мы еще обязательно расскажем. Кроме этого, нового направления, постоянный ток очень широко используется на транспорте. Именно постоянным током «питаются» трамваи, троллейбусы и метро, а также достаточно большие участки железных дорог РФ. Но и об этом – не в этот раз.

     

    Подготовлено в соавторстве с Борисом Марцинкевичем

    Как передается электроэнергия и как запитаны города и предприятия

    Современные системы электроснабжения промышленных предприятий состоят из устройств производства электроэнергии и (или) пунктов приема ее из энергосистемы — главных понизительных подстанций (ГПП), главных распределительных пунктов (ГРП). промежуточных распределительных пунктов (РП), десятков и даже сотен трансформаторных подстанций (ТП), а также преобразовательных подстанций (ПП), линий электропередачи (ЛЭП) значительной протяженности, связывающих сетевые объекты по определенным схемам.

    Эти схемы характеризуются значительным многообразием и имеют структурное, иерархическое построение, представляющее собой ориентированный граф, где корнем являются источники питания, вершинами — отдельные электроприемники. Между 0-м и 1-м уровнями организуется внешнее, 1-м и 5-м — внутреннее (внутризаводское — 1—3-й уровни, цеховое — 3—5-й уровни) электроснабжение.

    Способы электроснабжения предприятий

    Электроснабжение промышленных предприятий в основном осуществляется от районных электроэнергетических систем (централизованное электроснабжение). Возможны варианты и комбинированного питания, при котором предприятие получает электрическую энергию от электроэнергетических систем (ЭСС) и собственной электростанции, а также в редких случаях обеспечения предприятия питанием только от собственной электростанции.

    Целесообразность сооружения собственной электростанции обуславливается технико-экономическими соображениями, среди которых: потребность в тепловой энергии для производственных нужд, удаленность предприятия от энергосистем, наличие и возможность использования вторичных энергоресурсов в качестве топлива для электростанции, уровень надежности электроснабжения.

    Питание промышленного предприятия может быть подведено к одному общему или к двум и более приемным пунктам. От одного пункта приема электроэнергии могут питаться одно или более промышленных предприятий, расположенный вблизи микрорайон или другие потребители. Все пункты приема электроэнергии от ЭЭС, а также собственные станции предприятия электрически связываются между собой. Наличие того или иного пункта приема электроэнергии на промышленном предприятии обуславливается в основном величиной потребляемой мощности и удаленностью предприятия от источника питания. Например, при относительно небольшом расстоянии (до 8 км) предприятия малой и средней мощности в большинстве случаев получают электроэнергию на напряжении 6—20 кВ, пунктом приема является ГРП, который без трансформации указанного напряжения распределяет электроэнергию внутри предприятия.

    Малые предприятия имеют в основном один пункт приема электроэнергии в виде распределительного пункта 6—20 кВ или цеховой трансформаторной подстанции. Предприятия малой и средней мощности располагают одним-двумя приемными пунктами в виде ГПП, ГРП; предприятие большой мощности — одним или более приемными пунктами в виде ГРП, ГПП, ПГВ.

    Пункты приема электроэнергии могут питаться отпайками от проходящих ЛЭП или непосредственно от распределительных устройств подстанций и электростанций энергосистемы.

    Внутризаводское электроснабжение на действующих предприятиях выполняется по ступенчатому принципу в основном на напряжении 6—10 кВ. Перспективным является перевод сети с 6 на 10 кВ. а на вновь строящихся крупных предприятиях — применение напряжения 20 кВ.

    Назначение распределительных подстанций

    При одноступенчатых схемах отсутствуют промежуточные РП. При двух- и более ступенчатых схемах применяются РП. от которых питаются ТП и высоковольтные электроприемники второй ступени, а также РП последующей ступени распределения электроэнергии.

    Необходимость сооружения и количество промежуточных РП определяются в основном величиной и территориальным размещением электрической нагрузки. Количество ТП регламентируется выбранной мощностью силовых трансформаторов и их количеством на подстанции. При глубоких вводах внутризаводское электроснабжение может осуществляться на напряжении 35 кВ и выше. При этом к потребителям подводится максимально высокое напряжение и применяются разукрупненные понизительные подстанции глубоких вводов (ПГВ) 35/0,4; 110/6—10 кВ.

    Цеховое электроснабжение осуществляется в основном на напряжении 380/220 В с перспективой применения при наличии технико-экономического обоснования напряжения 660 В.

    Источники питания крупных городов

    Источниками питания электроснабжения городов являются энергосистема и собственные электростанции предприятий, отдельные микрорайоны могут питаться от пунктов приема электроэнергии близлежащих промышленных предприятий.

    Электроснабжение городов осуществляется в основном от районных подстанций, питающихся от энергосистемы.

    Электроснабжение промышленных предприятий, городов выполняется посредством электрических сетей (распределительных сетей до и выше 1 кВ) — каналов передачи и преобразования электроэнергии. Питание конкретного электроприемника (узла нагрузки) осуществляется по основному каналу, предусмотренному проектом.

    Однако следует отметить, что каналы питания электроприемников вследствие управления режимами распределения электроэнергии, вывода в плановый ремонт отдельного оборудования, а также отказов отдельных элементов системы не постоянны во времени и могут в значительной степени претерпевать изменения своей конфигурации. Происходит это потому, что электрическое оборудование системы электроснабжения может находиться в различных состояниях: в работе, ремонте или резерве.

    С целью обеспечения определенной »живучести» и необходимой степени надежности системы электроснабжения оснащаются релейной защитой и сетевой автоматикой — автоматическим вводом резерва (АРВ), автоматическим повторным включением (АПВ), автоматической частотной разгрузкой (АЧР).

    § 15. Передача электрической энергии по проводам

    Потеря напряжения в проводах линии. Передача электрической энергии от источника I (рис. 33) к приемнику 2 происходит по проводам, образующим электрическую линию. При передаче энергии возникает потеря напряжения в проводах линии

    ?Uл = IRл (36)

    где Rл, — сопротивление проводов линии.

    В результате этого напряжение U2 в конце электрической линии оказывается меньше напряжения U1 в начале линии. Потеря напряжения в проводах линии ?Uл не является постоянной величиной, она колеблется в зависимости от силы тока нагрузки от нуля (при I = 0) до наибольшего значения (при максимальной нагрузке). Кроме того, она зависит от сопротивления Rл проводов линии,

    Рис. 33. Схема передачи электрической энергии от источника к приемнику

    т. е. от их удельной проводимости ?, площади поперечного сечения s и длины линии lл.

    На электрифицированных железных дорогах одним из проводов, соединяющих источник питания — тяговую подстанцию с потребителем — электровозом, является контактный провод, а другим — рельсы. Поэтому под потерей напряжения в проводах ?Uл этом случае понимается суммарная потеря напряжения в контактной сети и рельсах. Потеря напряжения в линии увеличивается по мере удаления электровоза от тяговой подстанции, в соответствии с этим уменьшается и напряжение на его токоприемнике.

    Потери мощности в линии и ее к. п. д. При прохождении по линии тока I часть мощности Р1, поступающей от источника, теряется в линии вызывая нагрев проводов, эти потери мощности

    ?Pл = I2Rл = I?Uл (37)

    Следовательно, приемник электрической энергии включенный на конце линии, будет получать меньшую мощность

    P2 = P1 – ?Pл (38)

    При увеличении тока I возрастают потери мощности в проводах линии ?Pл и уменьшаются к.п.д. линии и напряжение U2, подаваемое на нагрузку.

    Практически электрическую энергию передают по проводам при ? = 0,9- 0,95, при этом сопротивление проводов линии составляет 5—10 % сопротивления нагрузки и потери энергии в них не превышают 5—10 % передаваемой мощности.
    Рассмотрим теперь, как зависят потери мощности в линии и ее к. п. д. от напряжения U2, при котором осуществляется передача электроэнергии. Потери мощности в проводах линии

    ?Pл = I2Rл= P22/U22 * 2?lл/sл (39)

    Следовательно, чем больше передаваемая мощность Р2 и расстояние lл, на которое она передается, тем больше потери мощности и энергии в проводах; чем больше площадь сечения проводов Sл и напряжение U2 в линии передачи, тем меньше эти потери, поэтому выгоднее передавать электрическую энергию при более высоких напряжениях.


    Принципы расчета проводов. Для правильной работы приемников электрической энергии весьма важно, чтобы подаваемое к ним напряжение поддерживалось по возможности постоянным и было равно их номинальному напряжению. Понижение напряжения вызывает существенное ослабление накала электрических ламп и ухудшение режима работы электродвигателей, а увеличение по сравнению с номинальным — сокращение срока службы ламп и электрических машин.
    Электрические провода обычно рассчитывают по допустимой потере напряжения. Потеря напряжения в проводах допускается небольшой по сравнению с напряжением сети для экономии электрической энергии и обеспечения малого колебания напряжения на приемниках. В электрических сетях различного назначения допустимые потери напряжения составляют примерно 2—6 %. Исходя из этих условий и проводят расчет электрических проводов, т. е. подбор площади Sл их поперечного сечения. Ее выбирают такой, чтобы при максимальной нагрузке потери напряжения на участке от источника питания до самого удаленного приемника не превышали 2—6 % номинального напряжения. При электрической тяге выбор площади сечения контактных проводов также производят из условия, чтобы на токоприемнике электровоза действовало напряжение U2, достаточное для нормальной работы электрических машин локомотива.

    Относительная потеря напряжения в линии, %,

    ?=(?Uл/U2) 100 %.

    Заменяя в этой формуле ?Uл = IRл = I2?lл/Sл и I = P2/U2, получим, что поперечное сечение проводов линии

    Sл = (200?/?) (P2iл/U22) (39′)

    Из формулы (39′) следует:

    1) чем больше передаваемая мощность и чем на большее расстояние она передается, тем больше должно быть поперечное сечение проводов линии;

    2) увеличение напряжения в линии позволяет в значительной
    степени уменьшить сечение проводов линии и снизить потери мощности в ней.

    При передаче электрической энергии на дальнее расстояние широко используются выгоды, которые дает повышение напряжения. Чем большую мощность требуется передать и чем больше расстояние, на которое она передается, тем более высокое напряжение применяют в линиях электропередачи. Например, при передаче энергии от мощных электростанций (Куйбышевской, Волгоградской и др.) на расстояние 800—1000 км используют напряжение 500—750 кВ; при передаче энергии на расстояние 100—200 км— 110—220 кВ; при передаче сравнительно небольшого количества энергии на расстояние нескольких километров или десятков километров— 35 кВ. В электрических установках небольшой мощности при расположении электрических приемников вблизи от источников
    питания применяют напряжения 110, 220, 440 В (при постоянном
    токе) и 127, 220, 380, 660 В (при переменном токе).

    При электрической тяге, чем больше напряжение в контактном проводе, тем меньшую площадь сечения он будет иметь и тем на большем расстоянии могут быть расположены источники питания контактной сети (тяговые подстанции). Например, для снабжения электрической энергией трамвая, двигатели которого имеют сравнительно небольшую мощность, а контактная сеть — небольшую протяженность, используют напряжение 600 В, а на магистральных железных дорогах, электрифицированных на постоянном токе (где эксплуатируются мощные локомотивы),— 3300 В. Электрификация железных дорог на переменном токе дает возможность поднять напряжение в контактной сети до 27500 В что позволяет значительно уменьшить площадь сечения проводов контактной сети и увеличить расстояние между тяговыми подстанциями по сравнению с дорогами постоянного тока. В последнее время ведутся работы по дальнейшему повышению напряжения в контактной сети на дорогах переменного тока до 2*25 кВ.

    Объекты передачи и передачи электроэнергии



    Оборудование для передачи и передачи электроэнергии

    Передача электроэнергии — это процесс транспортировки электроэнергии к потребителям на большие расстояния. Для некоторых новых солнечных электростанций могут потребоваться новые объекты передачи электроэнергии.

    Электротрансмиссия

    Передача электроэнергии — это процесс, при котором большие объемы электроэнергии, произведенной на электростанциях, таких как промышленные солнечные установки, транспортируются на большие расстояния для последующего использования потребителями.В Северной Америке электроэнергия отправляется с электростанций в сеть передачи Северной Америки , обширную сеть линий электропередач и связанные с ними объекты в Соединенных Штатах, Канаде и Мексике. Из-за большого количества потребляемой мощности и свойств электричества передача обычно происходит при высоком напряжении (69 кВ или выше). Электроэнергия обычно отгружается на подстанцию ​​ недалеко от населенного пункта. На подстанции электричество высокого напряжения преобразуется в более низкое напряжение, подходящее для использования потребителями, а затем доставляется конечным пользователям по (относительно) низковольтным линиям распределения электроэнергии.

    Для недавно построенных солнечных электростанций , если не было подходящих объектов передачи, потребовались бы новые линии передачи и связанные с ними объекты. Строительство, эксплуатация и вывод из эксплуатации высоковольтных линий электропередачи и связанных с ними объектов создадут ряд экологических воздействий. Тип и величина воздействий, связанных со строительством, эксплуатацией и выводом из эксплуатации линии электропередачи, будут варьироваться в зависимости от типа и размера линии, а также длины линии электропередачи и множества других факторов, специфичных для площадки.

    К основным узлам высоковольтных линий электропередачи и сопутствующим объектам относятся:

    Передаточные башни

    Башни передачи являются наиболее заметным компонентом системы передачи электроэнергии. Их функция состоит в том, чтобы изолировать проводники высокого напряжения (линии электропередач) от окружающей среды и друг от друга. Существуют различные конструкции башен, которые обычно используют открытую решетчатую конструкцию или монополь, но обычно они очень высокие (башня на 500 кв может иметь высоту 150 футов с поперечинами шириной до 100 футов), металлические конструкции.


    Башни передачи
    Увеличить
    Проводники (ЛЭП)

    Проводники — это линии электропередач , по которым электроэнергия подается в сеть и через нее к потребителям. Как правило, на опору для каждой электрической цепи натянуто несколько проводов. Проводники состоят в основном из скрученных металлических жил, но более новые проводники могут включать керамические волокна в матрицу из алюминия для дополнительной прочности при меньшем весе.

    Подстанции

    Очень высокие напряжения, используемые для передачи электроэнергии, преобразуются в более низкие напряжения для использования потребителями на подстанциях . Подстанции различаются по размеру и конфигурации, но могут занимать несколько акров; они очищены от растительности и обычно засыпаны гравием. Обычно они огорожены, и к ним ведет постоянная подъездная дорога. В общем, подстанции включают в себя множество конструкций, проводов, ограждений, освещения и других элементов, которые создают «промышленный» вид.


    Подстанция
    Увеличить

    Щелкните фото ниже, чтобы просмотреть интерактивную панораму.


    Подстанция на фотоэлектрическом объекте — интерактивная панорама. Источник: Аргоннская национальная лаборатория
    Полоса отвода

    Полоса отвода для коридора электропередачи включает земельных участков, выделенных для линии электропередачи и связанных с ней объектов, необходимых для облегчения технического обслуживания и предотвращения риска пожаров и других аварий.Он обеспечивает запас прочности между высоковольтными линиями и окружающими конструкциями и растительностью. Некоторая расчистка растительности может потребоваться по соображениям безопасности и / или доступа. Полоса отвода обычно состоит из местной растительности или растений, выбранных по благоприятным моделям роста (медленный рост и низкая зрелая высота). Однако в некоторых случаях подъездные дороги составляют часть полосы отвода и обеспечивают более удобный доступ для автомобилей для ремонта и инспекции. Ширина полосы отвода изменяется в зависимости от номинального напряжения линии от 50 футов.примерно до 175 футов или более для линий 500 кВ.


    Трансмиссия ROW
    Увеличить
    Подъездные пути

    Маршруты доступа к сооружениям линий электропередачи как для строительства, так и для обслуживания линий обычно требуются и могут быть мощеными или гравийными. Для строительства подъездной дороги может потребоваться очистка от растительности и / или реконструкция земли. Дополнительные временные дороги также могут потребоваться на этапах строительства и вывода из эксплуатации проекта линии электропередачи.

    Для получения дополнительной информации

    Более подробная информация об электрической передаче и подробные описания компонентов передающего устройства представлены в следующем техническом отчете.

    Как работают линии электропередачи? — Практическая инженерия

    В прошлом электростанции могли обслуживать только свои местные районы. У электричества не было большого расстояния между тем, где оно было создано, и тем, где оно использовалось. С тех пор все изменилось, и большинство из нас получает электроэнергию из сети, огромных взаимосвязанных областей производителей и потребителей электроэнергии.По мере того как электростанции становились все больше и дальше от населенных пунктов, потребность в способах эффективного перемещения электроэнергии на большие расстояния становилась все более и более важной. Проложить линии электропередач через ландшафт для подключения городов к электростанциям может показаться таким же простым, как подключение удлинителя к розетке, но инженерия, лежащая в основе этих электрических супермагистралей, более сложна и увлекательна, чем вы думаете. Привет, я Грейди, и это практическая инженерия. В сегодняшнем выпуске мы говорим о линиях электропередачи.

    Производство электроэнергии — это крупное предприятие, зачастую сложный производственный процесс, требующий огромных капитальных вложений и текущих затрат на эксплуатацию, техническое обслуживание и топливо. Электроэнергетические компании получают доход только от электроэнергии, которая поступает к вашему счетчику. Им не компенсируют потерю энергии в сети. Поэтому, если мы собираемся заняться производством электроэнергии, мы хотим убедиться, что как можно больше ее действительно доходит до потребителей, для которых она предназначена. Проблема в том, что большинство электростанций обычно расположены далеко от населенных пунктов по разным причинам: земля в сельской местности дешевле, для многих электростанций требуются большие водоемы-охладители, и большинство людей не любят жить рядом с крупными промышленными объектами.Это означает, что огромное количество электроэнергии необходимо транспортировать на большие расстояния от того места, где она создается, туда, где она используется.

    Линии электропередач — очевидное решение этой проблемы, и, конечно же, протягивание проводов (обычно называемых проводниками специалистами в области энергетики) по обширным просторам сельской местности — это, в общем, способ транспортировки электроэнергии в больших объемах. Но если мы хотим, чтобы этот транспорт был эффективным, нужно учесть еще кое-что. Даже хорошие проводники, такие как алюминий и медь, имеют некоторое сопротивление прохождению электрического тока.Вы даже можете увидеть это дома. Мы можем измерить небольшое падение напряжения, когда фен подключен непосредственно к розетке и включен. Попробовав это снова на конце длинного удлинителя, падение напряжения будет гораздо более значительным. Эта разница в мощности представляет собой потерю энергии в виде тепла из-за сопротивления удлинителя. На самом деле, эту потерянную силу довольно легко вычислить, если вы хотите немного заняться алгеброй (что я всегда делаю).

    Электрическая мощность — это произведение тока (то есть расхода электрического заряда) и напряжения (то есть разницы в электрическом потенциале).Для простого проводника мы можем использовать закон Ома, чтобы показать, что падение напряжения от одного конца провода к другому равно величине тока, умноженной на сопротивление провода, измеренное в омах. Подставляя это соотношение в, мы обнаруживаем, что потери мощности равны произведению квадрата тока и сопротивления. Итак, если мы хотим уменьшить потери в линии электропередач, у нас есть две переменные, с которыми можно поиграть. Мы можем уменьшить сопротивление проводника, увеличив его размер или используя более проводящий материал, но посмотрите, что имеет еще большее значение: член в квадрате.Уменьшение тока наполовину сократит потерянную мощность до одной четвертой и так далее. Возвращаясь к закону Ома, мы видим, что единственный способ уменьшить ток и при этом получить то же количество мощности — это увеличить напряжение. Итак, вот что мы делаем. Трансформаторы на электростанциях повышают напряжение до 100 000 вольт, а иногда и намного выше, прежде чем отправлять электроэнергию по линиям электропередачи. Это снижает ток в линиях, сокращая потери энергии и гарантируя, что как можно больше мощности будет доставлено потребителям на другом конце.

    Эта простая демонстрация иллюстрирует концепцию. Если я попытаюсь включить фен с помощью этих тонких проводов, он не сработает. Слишком большой ток, необходимый для питания сушилки. Он создает так много тепла, что провода полностью оплавляются. Это тепло представляет собой потерянную энергию. Но если я сначала увеличу напряжение с помощью этого трансформатора и уменьшу его с другой стороны тонких проводников, у них не будет проблем с передачей энергии, необходимой для работы сушилки. Мы заменили высокий ток высоким напряжением, что повысило эффективность проводников в передаче энергии.Мы также сделали вещи намного более опасными. Вы можете думать о напряжении как о желании течь электричества. Высокое напряжение означает, что мощность действительно хочет двигаться и даже найдет способ протекать через материалы, которые мы обычно считаем непроводящими, например, воздух. Инженеры, проектирующие линии передачи высокого напряжения, должны убедиться, что эти линии защищены от искрения и других опасностей, связанных с высоким напряжением.

    На большинстве линий электропередач на большие расстояния не используется изоляция вокруг самих проводников.Таким образом, изоляция должна быть настолько толстой, что это не будет рентабельно. Вместо этого большая часть изоляции поступает из воздушных зазоров или просто размещает все достаточно далеко друг от друга. Башни и пилоны передачи действительно высоки, чтобы предотвратить случайное приближение кого-либо или любого транспортного средства на земле к проводникам и возникновению дуги. Электроэнергия передается в трех фазах, поэтому вы увидите большинство проводников передачи в группах по три. Каждая фаза расположена достаточно далеко от двух других, чтобы избежать дуги между фазами.Проводники подключены к каждой опоре через длинные изоляторы, чтобы обеспечить достаточное расстояние между линиями под напряжением и заземленными опорами. Эти изоляторы обычно изготавливаются из керамических дисков, поэтому, если они намокнут, утечка электричества должна занять гораздо более длительный путь к земле. Эти диски в некоторой степени стандартизированы, поэтому это простой способ получить приблизительное представление о напряжении в линии передачи. Просто умножьте количество дисков на 15. Например, на этой линии возле моего дома по 9 дисков на каждом изоляторе, и я знаю, что это линия 138 киловольт.Вы также часто будете видеть более мелкие проводники, проходящие вдоль верхней части линий электропередачи. Эти статические или экранирующие провода не пропускают ток. Они нужны для защиты основных проводов от ударов молнии.

    Высокое напряжение — не единственная проблема проектирования, связанная с линиями электропередачи. Сам по себе выбор проводников — это тщательный баланс силы, сопротивления и других факторов. Линии передачи настолько длинные, что даже незначительное изменение размера или материала проводника может существенно повлиять на общую стоимость.Проводники оцениваются по тому, какой ток они могут пропускать при заданном повышении температуры. Эти линии могут сильно нагреваться и провисать во время пикового потребления электроэнергии, что может вызвать проблемы, если ветви деревьев расположены слишком близко. Ветер также может повлиять на проводники, вызывая колебания, которые приводят к повреждению или выходу материала из строя. Вы часто будете видеть эти небольшие устройства, называемые амортизаторами моста, которые поглощают часть энергии ветра. Линии передачи высокого напряжения также генерируют магнитные поля, которые могут наводить токи в параллельных проводниках, таких как заборы, и мешать работе магнитных устройств, поэтому высота опор иногда устанавливается так, чтобы минимизировать ЭДС на краю полосы отвода.В некоторых случаях инженерам даже необходимо учитывать слышимый шум линий электропередачи, чтобы не беспокоить жителей поблизости.

    Даже с учетом всех этих соображений, классическая модель энергосистемы с централизованной генерацией вдали от населенных пунктов меняется. Стоимость солнечных панелей продолжает снижаться, что упрощает и упрощает производство части или всей электроэнергии, которую вы используете в собственном доме или на предприятии, и даже экспорта излишков энергии обратно в сеть. Этот тип локальной генерации происходит на распределительной стороне сети, часто полностью пропуская большие линии передачи.С другой стороны, рынок энергии тоже меняется, и сетевые операторы покупают и продают электроэнергию на больших расстояниях. Линии электропередачи могут показаться простыми — эквивалентом удлинителя, протянутого по небу. Но я надеюсь, что это видео помогло показать увлекательную сложность, присущую даже этой, казалось бы, безобидной части нашей электросети. Спасибо, и дайте мне знать, что вы думаете!

    Об электрической передаче | Коробка передач PSEG

    Что такое трансмиссия?

    Передача означает высоковольтные провода и сети, по которым электроэнергия в больших количествах проходит через штаты и регионы — от электростанций, на которых она производится, до распределительных сетей, которые доставляют ее в дома и на предприятия.Передача подобна автомагистралям между штатами нашего региона, а система распределения похожа на наши местные дороги.

    В начале 20 века большинство электростанций располагалось в непосредственной близости от места потребления электроэнергии — как правило, в городских районах. По мере роста населения и экономики передача на большие расстояния привела к экономии за счет масштабов производства электроэнергии, снижению затрат и повышению надежности. Взаимосвязанные передающие электрические сети создали альтернативные пути передачи электроэнергии и позволили электроэнергетическим компаниям покупать и продавать электроэнергию друг у друга и у других поставщиков электроэнергии.

    Кто владеет и управляет электросетью?

    Многие организации и субъекты участвуют в владении и эксплуатации частей сети. Из примерно 200 000 кольцевых миль высоковольтных линий электропередач в Северной Америке около двух третей принадлежат и эксплуатируются коммунальными предприятиями, принадлежащими инвесторам. Оставшаяся треть принадлежит и управляется федеральными маркетинговыми агентствами; кооперативы; муниципальные, государственные и провинциальные органы власти и другие субъекты.

    Для обеспечения надзора за передачей электроэнергии и обеспечения надежности в 1968 году была создана Североамериканская корпорация по надежности электроснабжения (NERC).В состав НКРЭ входят электроэнергетические компании и участники рынка из всех сегментов отрасли, работающие в 10 региональных советах по надежности в континентальной части США, Канаде и северной Мексике. В некоторых частях страны также существуют региональные передающие организации (RTO) или независимые системные операторы (ISO), которые координируют планирование, операции и надзор за надежностью. RTO хорошо зарекомендовали себя на северо-востоке — ярким примером является 80-летняя компания PJM Interconnection.

    Как это повлияет на меня?

    Если вы живете или работаете в Нью-Джерси, электроэнергия, которую вы используете дома или на работе, поступает от местной коммунальной службы, которая является частью PJM Interconnection.Эта система простирается от Нью-Джерси до районов Иллинойса на западе и Северной Каролины на юге. Обслуживает около 51 миллиона потребителей.

    В северо-восточной и среднеатлантической областях PJM Interconnection представляет собой эффективную рабочую модель полностью функционирующего RTO в действии. Из центрального диспетчерского пункта PJM координирует движение и надежность системы электроснабжения в 13 штатах и ​​округе Колумбия.

    Какие факторы определяют надежность?

    Надежность электрической системы зависит от двух основных факторов: адекватности системы и безопасности.Адекватность — это способность системы удовлетворять потребности всех клиентов в любое время, включая пиковые нагрузки, с учетом необходимости технического обслуживания объекта. Адекватность означает наличие безопасных и доступных поставок топлива и прочной, хорошо функционирующей инфраструктуры, включая генерирующие станции, способные удовлетворить спрос потребителей (с достаточной резервной маржой), а также системы передачи и распределения для перемещения электроэнергии и ее доставки в нужное место. это нужно потребителям. Это влечет за собой долгосрочное видение потребностей системы.

    Безопасность включает в себя различные средства защиты, которые обеспечивают бесперебойную работу системы, снижая и сводя к минимуму ее уязвимость и позволяя ей реагировать на чрезвычайные ситуации. Это влечет за собой поминутное представление потребностей системы.

    Как это работает

    Видео: Обзор электросети Посмотреть ВИДЕО от PJM.

    Система передачи

    Большая часть электроэнергии не хранится, а производится и передается в соответствии с потребностями.Линии электропередачи представляют собой электрические провода высокого напряжения, по которым передается 138 000, 230 000 или 500 000 вольт электроэнергии. Они натянуты на большие расстояния и предназначены для передачи большого количества энергии на обширные территории. Линии электропередачи обычно строятся на металлических опорах, расположенных в пределах полосы отвода на сервитутах PSE&G и на земле, принадлежащей компании.

    Линии электропередачи состоят из:

    • Проводники (силовые кабели и провода системы сгруппированы по три)
    • Конструкции подвесных электропередач (столбы или опоры, поддерживающие проводники и разделяющие провода)
    • Изоляторы (к которым подвешены провода к конструкциям)

    Проводники электрически изолированы друг от друга, а также от поддерживающих их передающих конструкций.Первоочередной задачей при проектировании линий передачи является необходимость минимизировать падение напряжения на больших расстояниях. Чем выше напряжение, тем больше требуется изоляция между проводниками и землей.

    Воздушные провода состоят из металлов с высокой проводимостью, таких как медь или алюминий, и спроектированы таким образом, чтобы выдерживать погодные, механические и электрические нагрузки. Конструкции линий электропередачи обычно представляют собой решетчатые или полюсные конструкции из металла, но при определенных обстоятельствах можно использовать и дерево.Решетчатые башни построены под металлическим уголком, скрепленным поперечными связями, обычно с четырьмя опорами на широко поставленном основании, которое сужается к широкой горизонтальной поперечине или более узкой более высокой клетке с вертикальными рычагами.

    Изоляторы, отделяющие проводники от конструкции, обычно состоят из фарфора, стекла или синтетического материала и прикрепляются к конструкции. Изоляторы используются для поддержания необходимого расстояния между проводниками (проводами) и конструкцией передачи.

    Электроэнергия затем преобразуется путем понижения напряжения на подстанции для снабжения линий, которые распределяют мощность между потребителями или конечным пользователем.

    Контактная информация по трансмиссии

    Сеть передачи находится под надзором руководителя передачи управления растительностью.

    Руководитель передачи — Управление растениями
    Ричард Арнольд
    Телефон: 732-425-0297
    Электронная почта: [email protected]

    Менеджер по передаче — Управление растительностью
    Брайан Хартел
    Телефон: 732-289-5292
    Электронная почта: [email protected]

    Полоса отвода

    Деревья, расположенные вдоль полосы отвода PSE&G и вблизи линий электропередач, представляют опасность для надежности электросети, жизни наших сотрудников и безопасности населения.

    Дерево в непосредственной близости от линии электропередачи может закоротить линию, что приведет к прохождению опасного электрического тока через землю в подземные провода и кабели. Это может вызвать серьезную ситуацию, которая может нанести значительный материальный ущерб и создать множество проблем с безопасностью.

    Отказ на линии электропередачи может повлиять на сотни тысяч клиентов. PSE&G активно обслуживает территорию вокруг линий электропередачи.

    Совет по коммунальным предприятиям Нью-Джерси («BPU») сделал уход за растительностью одним из основных приоритетов после отключения электроэнергии 14 августа 2003 года. Недавние правила ухода за деревьями требуют, чтобы в приграничной зоне использовался комплексный подход к управлению растительностью. Это позволит в большинстве случаев сохранить в этой зоне низкорослые совместимые виды.

    Правила также требуют, чтобы разрешалось оставаться только растительности ниже 3 футов высотой, расположенной под проводом передачи (также известным как зона проводов).

    Что следует помнить:

    • На полосе отвода нельзя располагать здания, бассейны, террасы, навесы, сараи, гаражи, заборы или любые другие сооружения.
    • Под полосой отвода не разрешается размещать осветительные приборы.
    • Септические системы и колодцы не могут быть расположены в пределах полосы отвода.
    • Запрещается вешать или прикреплять какие-либо материалы к Башням с полосой отвода или любым другим сооружениям с полосой отвода.
    • Все дороги или тропы, разрешающие доступ к конструкциям с полосой отвода, должны быть свободными и беспрепятственными.
    • Раскопки возле передающих сооружений запрещены без надлежащего разрешения PSE&G.
    • Такие виды деятельности, как запуск воздушных змеев и полеты на авиамоделях, запрещены на полосе отвода или рядом с ней.

    Передача и распределение электроэнергии

    Технологии передачи и распределения электроэнергии (T&D) включают компоненты, используемые для передачи и распределения электроэнергии (включая электричество из возобновляемых источников) от объектов генерации до конечных пользователей (потребителей).Линии T&D могут быть расположены над или под землей. Основные компоненты наземных линий электропередачи включают конструкции электропередач (решетчатые стальные башни или стальные трубчатые опоры), проводники (провода), изоляторы (соединяют провода с конструкциями) и заземляющие провода (провода для защиты от удара молнии).

    Как правило, по линиям электропередачи передается более высокое напряжение электроэнергии, а по линиям распределения — в основном более низкое напряжение. Линии электропередачи подключены к подстанциям, которые «понижают» мощность до более низкого напряжения, чтобы ее можно было доставить потребителям по распределительным линиям, хотя некоторые крупные промышленные потребители получают электроэнергию при передаче или под-передающем (первичном) напряжении.Тип опор, количество и ширина токопроводящих проводов и, следовательно, видимость системы определяются током и напряжением передаваемой электроэнергии.

    Для передачи и сопутствующей инфраструктуры через парки требуется специальное разрешение на использование. Полномочия по выдаче разрешений ограничены выводами NPS, которые не наносят ущерба ресурсам парка и «не несовместимы с общественными интересами» (16 USC 5 и 79 и приказ директора № 53).

    Влияние на технологии

    Линии электропередачи и распределения, связанные с проектами использования возобновляемых источников энергии в масштабах коммунального предприятия, могут по-разному влиять на природные, культурные и исторические ресурсы НПС в зависимости от местоположения, от того, находятся ли линии над или под землей, и от того, используются ли они для передачи или распределения.Ключевые воздействия для наземных линий включают гибель птиц в результате столкновения и поражения электрическим током, нарушение путей миграции птиц и проблемы со зрением.

    Столкновение и поражение электрическим током : Удар электрическим током происходит, когда птица пытается сесть на токопроводящие провода с недостаточным зазором и касается двух проводов разных фаз или проводника и провода заземления одновременно. Прямое столкновение также может привести к гибели людей и чаще всего происходит с заземляющими проводами, которые тоньше и менее заметны для птиц.

    Нарушение путей перелетных птиц : Наземные линии электропередач, а также строительство и рытье траншей для подземных линий могут нарушить миграционные пути и привести к сокращению популяции.

    Визуальные эффекты : Линии электропередачи и башни могут влиять на природные, культурные и исторические красоты национальных парков даже на расстоянии. Например, строительство и расчистка растительности для соответствующей инфраструктуры могут повлиять на визуальный вид парка.Эстетика и впечатления посетителей должны быть сбалансированы с воздействием на окружающую среду при определении размера, местоположения и других характеристик системы.

    Воздействия будут различаться в зависимости от местоположения и, следовательно, могут включать, но не ограничиваются перечисленными выше. Для получения дополнительной информации о потенциальном воздействии технологий передачи и распределения электроэнергии на окружающую среду, культуру и исторические ресурсы, пожалуйста, посетите «Управление электроснабжения и надежности энергоснабжения» или перейдите по ссылкам ниже.

    Продвижение перехода: новая улучшенная трансмиссия — ключ к нулевому выбросу углерода; вот что движет этим

    Линии электропередачи, способные передавать большие объемы энергии на большие расстояния, могут быть не самым захватывающим явлением, происходящим в энергетическом пространстве сегодня.Серия Utility Dive Propelling the Transition выделяет ряд других разработок, помогающих коренным образом изменить сектор энергетики.

    Но эксперты говорят, что улучшения существующей системы электропередачи имеют решающее значение для более широкой декарбонизации энергосистемы США, и что несколько развивающихся технологий могут сделать линии более эффективными и доступными.

    Тем не менее, как говорят некоторые разработчики новых технологий, эту тему обычно не обсуждают.

    «Большинство людей не заботятся о передаче», — сказал Трей Уорд III, генеральный директор Direct Connect Development Co.

    «Существуют препятствия на пути внедрения новых технологий [передачи], — сказал Крис Киммет, директор по электросетям компании Reactive Technologies. «Все дело в том, чтобы получить образование».

    Проблема особенно обострилась в Соединенных Штатах, сообщили эксперты Utility Dive, где стимулы для коммунальных предприятий основаны на крупных капитальных вложениях. Это приводит к тому, что предпочтение отдается строительству новых линий, а не улучшению и оптимизации существующей системы.

    Тысячи мегаватт возобновляемой энергии застряли в очередях на присоединение, сказал Уорд, как самый надежный U.S. ветровые и солнечные ресурсы часто расположены далеко от центров спроса и требуют новой передачи, чтобы добраться до потребителей.

    «Возобновляемые источники энергии более подвержены перегрузкам и ограничению, чем другие ресурсы», — сказал Роб Грамлих, исполнительный директор Коалиции по работе с передовыми технологиями передачи (WATT). «Многие проекты возобновляемых источников энергии застряли в очередях на присоединение. Многие проекты возобновляемых источников энергии сокращаются сетевыми операторами или просто сталкиваются с низкими ценами на энергию из-за перегрузок.«

    По данным WATT Coalition, полдюжины сетевых операторов сообщили, что затраты на перегрузку увеличились на 9% с 2016 по 2017 год и на 22% с 2017 по 2018 год. Эти затраты являются результатом более дорогих генераторов, обслуживающих нагрузку при недостаточной передаче электроэнергии. возможность перемещать менее дорогую электроэнергию.

    «Усовершенствования трансмиссии

    могут иметь несколько форм», — сказал Грамлих. Существуют различные «корзины» обходных путей, улучшений и расширений для сети, включая новые конструкции кабелей, стимулы для передачи и реформу размещения.

    «Я вижу три большие возможности для передачи», — сказал директор института Роки-Маунтин Марк Дайсон. К ним относятся две важные новые технологии и институциональная реформа, в том числе централизованное планирование и изменения в том, как передача осуществляется по швам.

    Новые подходы к выбору площадки могут стимулировать развитие

    Одним из новых подходов является строительство подземных высоковольтных линий электропередачи постоянного тока, которые «помогут решить некоторые проблемы с размещением, которые трудно решить другим способом», — сказал Дайсон.

    Компания

    Ward внедряет пример этой технологии. Компания Direct Connect Development разрабатывает SOO Green HVDC Link, используя новый подход к размещению линий электропередачи — ключевую трудность при разработке новых проектов. Линии могут простираться на сотни миль, требуют длительных и дорогостоящих процессов утверждения и часто вынуждены использовать именитые домены для строительства.

    SOO Green будет следовать за SOO Line Railroad — основным железнодорожным филиалом Канадской Тихоокеанской железной дороги в США — в 350 милях от Айовы до Иллинойса, связывая ИСО Мидконтинента с рынками электроэнергии PJM Interconnection.

    «Железнодорожные коридоры открывают уникальные возможности», — сказал Уорд. По его словам, размещение линий электропередачи рядом с ними позволяет избежать серьезных проблем в предметной области, минимизировать воздействие на окружающую среду и устранить визуальные воздействия от накладных расходов
    объекты передачи.

    Подробнее о SOO Green ниже, но сначала рассмотрим еще одну партию новых технологий, увеличивающих пропускную способность существующей передачи.

    Перенос большей мощности по существующим линиям

    «Системой переменного тока в этой стране нелегко управлять», — сказал Дайсон.Системы для увеличения пропускной способности могут помочь ему работать более эффективно, а также «дать больше контроля над тем, куда идет энергия, а точнее, куда не идет».

    Три основные технологии для разработки более гибких систем передачи включают в себя: управление потоком мощности, динамические характеристики линии и оптимизацию топологии.

    «Если вы задумаетесь о том, как работают линии электропередачи в Соединенных Штатах, вы поймете, что наша общая загрузка чрезвычайно низка. Обычно 50% линий после непредвиденных обстоятельств используют менее 25% своей мощности», — сказал Грегг Ротенберг, генеральный директор. компании Smart Wires, занимающейся разработкой технологий управления потоком энергии.

    Линии электропередачи должны иметь достаточную резервную мощность для учета непредвиденных обстоятельств — это означает, что они остаются стабильными даже в случае наихудшего события, такого как потеря большого генератора. «Мы управляем нашей электросетью консервативно, — сказал Ротенберг, — поэтому потеря любого актива не повлияет на сеть».

    Почему мы не используем большую часть существующей мощности ЛЭП? «Проблема в том, что сила течет туда, где она течет. Она ищет путь наименьшего сопротивления», — сказал Ротенберг.И часто это не то место, где линии имеют наибольшую доступную пропускную способность.

    Технология

    Smart Wires проталкивает и тянет энергию по линиям электропередачи с резервной емкостью, вместо того, чтобы позволить энергии течь, как это было бы естественно по линиям с наименьшим сопротивлением.

    Технология называется Modular Power Flow Control (MPFC), которую компания использует под названием «SmartValve». Ротенберг сказал, что системы стоят от 10% до 20% «устаревших решений», таких как реконструкция линий электропередач, что, в свою очередь, составляет около 10% стоимости строительства новых линий.

    MPFC работает, «забирая» энергию из самой линии передачи, сказал Ротенберг, и подавая напряжение. Напряжение служит «сигналом для линии, который эффективно изменяет сопротивление этой линии … Вы заставляете электроны двигаться по другому пути», — сказал Ротенберг.

    Smart Wires получил финансирование от Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства энергетики США, которое, по словам компании, привело к первому развертыванию технологии MPFC в системе 161 кВ Tennessee Valley Authority.

    Используя технологию MPFC, теперь можно отводить питание от перегруженной линии на недостаточно загруженную. Хотя эти системы более распространены в Европе и все чаще используются в Южной Америке, Ротенберг сказал, что в Соединенных Штатах их использование довольно редко.

    «Соединенные Штаты опоздали на вечеринку», — сказал Ротенберг. «Проблема связана со стимулами».

    Большинство коммунальных предприятий получают компенсацию в зависимости от суммы вложенного капитала, а стоимость установки технологии MPFC невысока по сравнению с другими решениями, включая подъем и реконструкцию линий и строительство новых линий электропередачи.

    Федеральная комиссия по регулированию энергетики в марте опубликовала уведомление о предлагаемом нормотворчестве для изменения политики стимулирования передачи электроэнергии и стимулирования развития инфраструктуры. Комиссия рассматривает подход, который позволил бы перейти от концепции «рисков и проблем» к модели, которая предоставляет стимулы для передачи электроэнергии на основе выгод для потребителей.

    По словам Киммета, проблема выходит за пределы Соединенных Штатов. «Мы находим, что во всем мире операторы передачи определенно заинтересованы инвестировать в капитальное оборудование, а не в программное обеспечение», — сказал он.

    Программные решения

    Dynamic Line Ratings (DLR) и оптимизация топологии являются примерами программных решений.

    Системы DLR регулируют рабочие ограничения линии передачи в зависимости от тепловых условий, таких как температура и ветер, а не на основе набора фиксированных предустановленных пределов. Решения по топологии изменяют конфигурацию сети, удаляя и добавляя линии обратно в работу, чтобы позволить потоку энергии течь по перегруженным частям системы.

    «Вы буквально оцениваете линию на более высоком уровне», — сказал Ротенберг.«Вы говорите, что в определенное время разрешается подавать больше мегаватт, в зависимости от температуры, влажности и других условий окружающей среды».

    Эта технология важна для чистой энергии, «особенно для ветра», — сказал Ротенберг. «Когда ветер дует и вырабатывает электричество из турбин в одно и то же время и в одном месте, этот ветер охлаждает линии электропередачи и обеспечивает больший поток энергии. Но проблема в том, что коммунальные предприятия обычно не корректируют номинальные характеристики линий соответствующим образом».

    Что касается топологии, Ротенберг объяснил, что линии электропередачи выходят из строя из-за технического обслуживания и по другим причинам, «но [сетевые операторы] обычно не принимают во внимание экономику», вместо этого оставляя линии на месте, пока они функционируют должным образом — даже если это не самый эффективный способ перемещения власти.

    Другая технология мониторинга позволяет передающим организациям более эффективно управлять сетью по мере того, как в сеть приходит все больше возобновляемых источников энергии. Сетевые технологии Reactive Technologies ориентированы на измерение момента инерции.

    Вращающиеся генераторы газовых и угольных электростанций обеспечивают инерцию, которая помогает стабилизировать сеть. Но по мере того, как больше энергии вырабатывается ветром и солнечной батареей, которые не создают инерции, сеть может стать менее стабильной и восприимчивой к быстрым изменениям спроса.

    «Без точного представления об инерции системные операторы могут быть вынуждены ограничить интеграцию возобновляемых источников энергии или даже сократить производство вместо ископаемого топлива», — сказал Киммет.Компания использует новый тип моделирования инерции, который вводит небольшое количество энергии в сеть и измеряет изменения частоты, чтобы получить более точные измерения.

    «Если вы моделируете инерцию и знаете, что модель не так точна, вы будете консервативны. Если вы точно знаете, где находится край обрыва, вы подъедете ближе. Все дело в том, чтобы принимать лучшие решения в реальном времени. Это все о предотвращении искусственного сокращения использования возобновляемых источников энергии «.

    Все эти технологии находятся на разных стадиях внедрения в США.Эксперты по передаче говорят, что колокация — одна из самых больших возможностей для развития систем передачи высокого напряжения, и недавно проект SOO Green получил поддержку со стороны федеральных регулирующих органов.

    SOO Green case study

    Зеленая линия SOO — это отдельный проект, но руководители проекта говорят, что это воспроизводимая модель, которую можно использовать для построения линий электропередачи постоянного тока высокого напряжения (HVDC), которая может помочь покупателям возобновляемой энергии в получении доступа к недорогим и крупномасштабным источникам энергии. ветровая и солнечная генерация.

    Это первый в своем роде проект межрегиональной линии электропередачи, совмещенный с железнодорожными путями, в котором будут использоваться самые современные технологии HVDC для интеграции больших объемов возобновляемой энергии, сказал Уорд.

    SOO Зеленая линия передачи HVDC

    Разрешение предоставлено Direct Connect Development

    «Этим проектом мы создаем новую отрасль, — сказал Уорд. «Модель совместного размещения подземных HVDC-рельсов SOO Green может быть воспроизведена, чтобы раскрыть потенциал чистой энергии Америки и построить национальную сеть экологически чистой энергии… это станет крупнейшим инфраструктурным сооружением нашего поколения ».

    В центре внимания проект

    Подземные линии электропередачи постоянного тока с рельсами

    Назначение

    Соедините рынки независимых системных операторов Мидконтинента и PJM Interconnection

    Статус

    Федеральные регулирующие органы уполномочили SOO Green взимать договорные ставки за права передачи по проекту

    Удар

    Ожидается, что проект

    доставит 2000 МВт недорогой возобновляемой энергии в северный Иллинойс.

    План

    SOO Green по соединению рынков MISO и PJM посредством использования нового поколения высоковольтных подземных кабелей представляет собой новаторское партнерство с дочерней линией Canadian Pacific Railway.

    «Развитие передачи — это развитие недвижимости», — сказал Уорд. Работая в тесном сотрудничестве с железной дорогой и оставаясь в пределах ее полосы отчуждения, разработчики надеются избежать разногласий по поводу маршрутов и размещения в процессе установки пары линий 525 кВ постоянного тока высокого напряжения. Работы планируется начать в конце 2024 года, и недавно проект получил хорошие новости от федеральных регуляторов.

    Федеральная комиссия по регулированию энергетики 23 июля уполномочила SOO Green взимать согласованные ставки за права передачи по проекту при условии подачи ею заявления о соответствии после открытого запроса.Линия будет построена с SOO Green в качестве торгового разработчика. По словам Уорда, пользователи системы будут платить за это, избегая сложностей, связанных с распределением затрат между RTO.

    Ward сообщила, что компания планирует в скором времени провести тендер на согласование покупателей и продавцов возобновляемой энергии на линии, и первая фаза позволит якорным грузоотправителям получить мощность на раннем этапе процесса с преимуществами первопроходца. Второй этап запроса предложений будет сопоставлять грузоотправителям с производством восходящего и нисходящего потока, в то время как третий этап будет использовать процесс аукциона для распределения оставшейся мощности.

    По словам Уорда, этот проект представляет собой потенциал для «открытия новых источников возобновляемой энергии и создания первого звена на сверхустойчивой национальной магистрали передачи».

    Политика в области передачи электроэнергии | Американская общественная энергетическая ассоциация

    Чтобы упростить распечатку, загрузите краткий обзор политики в области передачи электроэнергии.

    Сводка

    Федеральная комиссия по регулированию энергетики (FERC или Комиссия) применяет Федеральный закон об электроэнергетике (FPA), закон, регулирующий систему оптовой передачи электроэнергии.Поправки, внесенные в FPA Законом об энергетической политике 2005 года (EPAct05), были направлены на содействие развитию передачи, которая снизила бы затраты на электроэнергию, но результаты неутешительны. Со своей стороны, FERC попытался облегчить надлежащее планирование и развитие передачи посредством серии распоряжений, направленных на решение вопросов регионального и межрегионального планирования передачи и распределения затрат, интеграции периодической генерации в основную электрическую сеть, а также применимости правил открытого сезона и открытого доступа. к коммерческим проектам передачи и передачи, построенной для поддержки конкретных проектов генерации.

    В то время как FERC регулирует тарифы и оборудование для передачи электроэнергии (но не их размещение и строительство), правительства штатов и местные органы власти обычно регулируют систему распределения электроэнергии (сотни тысяч миль низковольтных линий, обеспечивающих электроэнергией дома и предприятия) и электроэнергетические компании, которые владеют и эксплуатируют эти объекты. Такое разделение власти над электросетью может создать нормативную напряженность между штатами / местностями и федеральным правительством, особенно в связи с тем, что федеральное правительство стремится продвигать новые технологии, такие как интеллектуальные сети и распределенные энергоресурсы, и расширять свои полномочия в отношении надежности электросистем. .

    Американская общественная энергетическая ассоциация (APPA) считает, что необходимы новые мощные системы передачи электроэнергии. Однако ограничения по размещению, неэффективность планирования и распределение затрат (кто платит) являются основными препятствиями на пути строительства новых выгодных объектов передачи. Даже в регионах, где происходят значительные инвестиции в передачу, процесс планирования не всегда обеспечивает определение наиболее выгодных и рентабельных проектов. Одна из проблем заключается в том, что заинтересованные стороны часто имеют ограниченные возможности участвовать в процессе планирования многих новых проектов, чтобы гарантировать, что клиенты выиграют.FERC также должна усердно принимать и проводить в жизнь политики, гарантирующие, что затраты на передачу, оплачиваемые потребителями, являются справедливыми и разумными, как того требует FPA. APPA также считает, что регулирование огромных и чрезвычайно сложных распределительных систем, которыми владеют и управляют около 3000 коммунальных предприятий по всей стране, должно по-прежнему осуществляться властями штатов и местными властями.

    Фон

    Как только электричество вырабатывается, оно обычно проходит по высоковольтным линиям электропередачи от генерирующего блока к месту, где оно будет потребляться.Сеть передачи электроэнергии в США состоит из трех «взаимосвязей» — очень крупных сетей передачи электроэнергии, которые работают синхронно и которые необходимо тщательно координировать в каждый момент, чтобы предотвратить отключение электроэнергии. К ним относятся Восточное межсетевое соединение (охватывающее две трети восточной территории США и Канады), Западное межсетевое соединение (охватывающее запад США и Канаду) и Совет по надежности электроснабжения Техаса (ERCOT, охватывающий большую часть, но не весь Техас). . Эти взаимосвязи устанавливают электрические границы.Электроны свободно текут внутри них, но не текут между ними. Есть несколько мест, где соединения действительно соединяются друг с другом, но потоки мощности в этих точках тщательно контролируются. FERC — это регулирующее агентство, которому поручено контролировать межгосударственную передающую сеть, используя свои полномочия в соответствии с FPA. Поскольку межсетевое соединение ERCOT в Техасе является полностью внутригосударственным, FERC не регулирует магистральные линии передачи в ERCOT; скорее, Комиссия по коммунальным предприятиям Техаса обеспечивает такой надзор.

    Электроэнергия должна производиться и потребляться в реальном времени. Хотя технология хранения энергии продолжает совершенствоваться, все еще существуют экономические и технические препятствия для длительного хранения значительных объемов электроэнергии. Таким образом, большая часть производства и потребления электроэнергии должна быть постоянно сбалансирована, иначе могут произойти отключения электроэнергии. Как только электроны перетекают из генераторной установки в основную энергосистему, их путь, как правило, не может быть продиктован. Электроны следуют по пути «наименьшего сопротивления», что означает, что они будут идти туда, где их движение встречает наименьшее сопротивление.Путь наименьшего сопротивления определяется на мгновенной основе законами физики и сложным взаимодействием способности линий передачи перемещать электроны, местоположения генерации и количества электроэнергии, потребляемой домами, фабриками и предприятиями. в разных точках сетки в этот конкретный момент.

    Определенные электроны не могут быть доставлены в определенное место во взаимосвязанной сети. Например, если коммунальное предприятие «A» покупает электроэнергию у владельца генератора «B», генератор B будет поставлять мощность в точку, где генераторная установка подключается к сети, а коммунальное предприятие A будет получать необходимую мощность из другой точки. сетки.Электроны, которые коммунальное предприятие A использует для обеспечения энергией конечных потребителей, вероятно, представляют собой смесь электронов от генератора B и многих других генераторов, использующих разные виды топлива и различные технологии. Однако коммунальное предприятие A по-прежнему будет получать электроэнергию, а генератор B по-прежнему будет оплачиваться. Проблемы с проводами передачи или отключение нескольких генераторов помешают коммунальному предприятию A получать электроэнергию, даже если генератор B работает без сбоев. Таким образом, региональная передающая сеть подобна экосистеме; на каждого, кто его использует, влияют действия (или бездействие) других.

    Потребители не получают электроэнергию напрямую от системы передачи. Объекты магистральной передачи электроэнергии передают электроэнергию в местные системы распределения электроэнергии. Точно так же, как автомобили, движущиеся по системе автомагистралей между штатами, должны выезжать и двигаться по системе дорог меньшего размера, чтобы добраться до места назначения, системы распределения электроэнергии с более низким напряжением соединяются с основными системами передачи электроэнергии в своих регионах, чтобы доставлять электроэнергию конечным потребителям — промышленности. , дома и предприятия.Провода на самом верху опор в жилом районе распределяют электроэнергию по потребителям (распределительные провода также могут быть расположены в подземных трубопроводах). Электроэнергия все чаще вырабатывается на уровне распределения за счет распределенных энергоресурсов (таких как солнечные панели на крышах), увеличивая двусторонние потоки в распределительных проводах. Как упоминалось ранее, эти системы распределения регулируются правительствами штата и местными властями.

    Действия Конгресса и FERC

    Последний раз Конгресс вводил серьезные изменения в FPA в EPAct05.В закон были внесены несколько изменений, в том числе положения о предоставлении дополнительных стимулов к скорости передачи сверх базовой нормы прибыли, предоставляемой FERC всем владельцам магистральных линий электропередачи. При реализации этих положений FERC тщательно изучает запросы на стимулирование скорости передачи, чтобы убедиться, что они необходимы для решения проектных рисков и проблем, тем самым снижая вероятность ненужного предоставления таких стимулов и связанных с этим дополнительных затрат для потребителей электроэнергии.Однако в марте 2020 года FERC предложила изменить свою политику стимулирования передачи электроэнергии несколькими способами, которые могут упростить для регулируемых FERC передающих компаний получение прибыльных надбавок к базовой норме прибыли. APPA представила обширные комментарии против большинства аспектов предлагаемых изменений правил. Впоследствии FERC выпустила дополнительное предложение, которое резко сократит один из наиболее проблемных механизмов ставок стимулирования — бонус за участие в региональных передающих организациях (RTO) и независимых системных операторах (ISO).Предлагаемые FERC изменения правил стимулирования передачи электроэнергии еще не рассмотрены агентством.

    Другой важной особенностью EPAct05 было добавление раздела 217 (b) (4) к FPA, который требует от FERC облегчить планирование передачи, которое отвечает разумным потребностям электроэнергетических компаний, обслуживающих розничных потребителей.

    Закон

    EPAct05 также учредил новый федеральный орган по выбору площадки, который позволил бы FERC вмешаться при определенных обстоятельствах для размещения линий электропередачи, если бы штаты бездействовали.FERC может использовать эти полномочия только в коридорах, установленных Министерством энергетики (DOE) на основе зон перегрузки в основной сети передачи. В Конгрессе предпринимались попытки отменить это положение с 2005 года, но они потерпели неудачу. Однако судебные решения Апелляционных судов четвертого и девятого округов США сделали это полномочие практически бесполезным.

    С момента вступления в силу EPAct05 FERC опубликовала ряд правил, направленных на содействие развитию выгодной передачи.В частности, Комиссия издала Приказ № 1000 в 2011 году, который требовал от владельцев линий передачи участвовать в региональных и межрегиональных процессах планирования передачи с правилами распределения затрат для определенных проектов, планируемых на региональном уровне. Процессы регионального планирования должны учитывать потребности в передаче, обусловленные требованиями государственной и федеральной политики штата, и обеспечивать участие заинтересованных сторон в планировании. Приказ № 1000 также включал положения, позволяющие неработающим поставщикам услуг передачи электроэнергии конкурировать за право строить новые проекты передачи.Тем не менее, участники отрасли, в том числе государственные энергокомпании, все чаще выражают озабоченность по поводу выполнения Приказа № 1000, ссылаясь на количество проектов, которые планируются в соответствии с исключениями из требований регионального планирования, а также на частое отсутствие значимого участия заинтересованных сторон в процессе планирования. , медленные темпы развития межрегиональной передачи и вопросы об эффективности развития конкурентоспособной передачи в соответствии с Приказом № 1000. FERC созвала техническую конференцию в июне 2016 года для рассмотрения нескольких вопросов, связанных с развитием передачи после Приказа №1000, но он еще не предпринял никаких конкретных действий на основе этой конференции. Председатель FERC Ричард Глик, однако, указал, что он планирует сделать политику передачи приоритетной, и вполне вероятно, что процессы регионального и межрегионального планирования передачи, политика присоединения генераторов к системе передачи и распределение затрат на новые Объекты передачи — это все вопросы, которые FERC пересмотрит в ближайшем будущем.

    Еще одним постоянно важным вопросом политики FERC является подход Комиссии к установлению допустимой рентабельности капитала (ROE), включаемой в расценки на передачу электроэнергии на основе затрат.К сожалению, политика Комиссии по установлению базовой рентабельности собственного капитала для передающих активов претерпевала изменения в течение нескольких лет. В марте 2019 года Комиссия выпустила уведомление о запросе с просьбой представить комментарии отрасли по поводу ее текущей политики по установлению базовой рентабельности собственного капитала, включенной в скорости передачи. В самых последних распоряжениях, устанавливающих ROE для использования при установлении тарифов для владельцев линий передачи в регионе независимых системных операторов Среднего Континента, FERC объявила о дальнейших изменениях в своей политике ROE, хотя еще неизвестно, будет ли это последнее слово по данному вопросу. .

    Конгрессмен-демократы и администрация Байдена рассматривают создание значительных объемов новых линий электропередачи как решающий фактор для расширения использования возобновляемой генерации и достижения своих климатических целей. Предложение президента Байдена по инфраструктуре, американский план занятости и бюджетный запрос на 2022 финансовый год включали создание инвестиционного налогового кредита (ITC) для высоковольтных линий электропередачи. Аналогичным образом, в мае сенатор Мартин Генрих (штат Нью-Мексико) и представители Стивен Хорсфорд (штат Невада) и Сьюзи Ли (штат Невада) представили Закон об улучшении инфраструктуры электроэнергетики (S.1016 / H.R. 2406) для создания ИТЦ для высоковольтных линий электропередачи, которые поставляют электроэнергию, производимую на море или в сельской местности.

    Демократические члены комитета палаты представителей по энергетике и торговле также включили несколько положений о продвижении новой передачи и расширении полномочий FERC для передачи на площадках в HR 1512, Закон о климатическом лидерстве и защите окружающей среды для будущего нашей страны (CLEAN), который был введен в марте 2021 года. В частности, раздел 213 Закона о ЧИСТОМ будущем пересмотрит и укрепит полномочия FERC по размещению опорных площадок, решив предыдущие правовые проблемы, которые препятствовали его использованию, и позволит Министерству энергетики определять приоритетные коридоры передачи не только для уменьшения перегрузки, но и для улучшения интеграции возобновляемые источники энергии.Кроме того, Закон о ЧИСТОМ будущем потребует от FERC созыва технических конференций для оценки улучшений в процессе планирования региональной передачи, установленного в соответствии с Приказом № 1000, и для рассмотрения возможности разработки официального процесса планирования межрегиональной передачи. После этих технических конференций от FERC потребуется выпустить правило, обновляющее процесс регионального планирования, и правило, требующее от поставщиков услуг связи участвовать в формализованном процессе планирования межрегиональной передачи.

    Основными направлениями политики, касающимися передачи, являются:

    Размещение
    Государства

    играют важную роль в размещении новой трансмиссии. Общественное возражение против размещения новых линий является наиболее серьезным препятствием на пути к строительству необходимых линий электропередачи. На федеральных землях большое количество разрешений, необходимых от различных федеральных органов, также может привести к очень значительным задержкам. Поскольку судебные решения подорвали ограниченные полномочия федерального правительства по обеспечению передачи на площадках, противодействие штата может помешать развитию выгодных проектов передачи.

    Рост стоимости передачи

    В некоторых регионах, особенно в тех, в которых RTO и ISO контролируют работу и планирование систем передачи, затраты на передачу быстро росли за последние несколько лет, что ложится значительным бременем на потребителей передачи, включая многие коммунальные предприятия энергоснабжения. Несмотря на то, что для многих из этих затрат есть законные причины, такие как размещение новой возобновляемой генерации и обновление устаревшей инфраструктуры, APPA считает, что FERC следует усердно принимать и проводить в жизнь политики, обеспечивающие разумные скорости передачи.Например, FERC следует обеспечить, чтобы предлагаемые проекты передачи подвергались надлежащей проверке в региональных процессах планирования передачи и чтобы разрешенная доходность капитала, включенная в основанные на затратах скорости передачи, не была чрезмерной. Стимулы должны быть тщательно разработаны для поощрения выгодных инвестиций в передачу и не должны быть больше, чем необходимо для достижения желаемого результата.

    Распределение затрат

    Кто платит за новую линию электропередачи — также очень сложный вопрос, поскольку включение линий электропередачи в сеть часто дает преимущества, выходящие за рамки непосредственных бенефициаров.Это связано с тем, что сетка похожа на большую машину, которую в некоторых случаях часто можно улучшить, внося небольшие дополнения и улучшения в одну деталь. APPA считает, что должна существовать веская причина полагать, что выгоды, полученные от распределенного на региональном уровне проекта передачи, будут примерно соизмеримы с назначенными затратами. Более того, при распределении региональных затрат на передачу электроэнергии FERC следует учитывать различия в государственной политике.

    Совместная собственность

    Некоторые из проблем, связанных с региональным планированием, стоимостью передачи, размещением и распределением затрат, можно было бы решить, если бы новые линии электропередачи находились в совместной собственности, с частичной принадлежностью государственных энергетических компаний, где это возможно.Возможности совместного владения государственными энергокомпаниями в новых проектах по передаче электроэнергии могут помочь гарантировать, что проекты будут отвечать интересам потребителей, могут помочь сохранить приемлемые затраты и поддержать проекты со стороны государства и на местном уровне. Хотя есть районы страны, в которых совместное владение является обычным явлением, для других это скорее исключение, чем правило, как правило, из-за сопротивления действующих владельцев линий электропередачи. APPA считает, что FERC следует использовать свои полномочия в рамках FPA для поощрения и продвижения совместного владения системами передачи в регионах RTO и регионах, не входящих в RTO.

    Региональное планирование

    Проекты по передаче, утвержденные для распределения затрат на региональном уровне, должны быть результатом скоординированного, открытого и прозрачного процесса регионального планирования, как того требует Приказ FERC № 1000. Такие процессы должны определять: (a) потребность в предлагаемом проекте; (б) ожидаемые выгоды от предлагаемого проекта; (c) предполагаемые бенефициары предлагаемого проекта; и (d) сметная стоимость проекта. FERC также должна гарантировать, что потребности в передаче и планы ресурсов предприятий, обслуживающих нагрузку, с обязательствами по обслуживанию перед розничными потребителями, учитываются в процессах регионального планирования, как того требует раздел 217 (b) (4) FPA.

    Трансмиссия для возобновляемых источников энергии

    Объекты возобновляемой генерации часто расположены далеко от населенных пунктов, поэтому для доступа к этой генерации необходимы новые и более длинные линии электропередачи. Однако, поскольку ветер не всегда дует, и солнце не всегда светит, должны быть доступны другие типы источников энергии или ресурсов со стороны спроса, чтобы сбалансировать эти прерывистые ресурсы, иначе свет может погаснуть из-за дисбаланса энергии. на сетке. Это делает еще более важным планирование региональных объектов передачи на основе фактических планов ресурсов и потребностей обслуживающих нагрузку объектов в регионе.

    APPA Позиция

    Одним из самых значительных препятствий на пути к строительству необходимых линий электропередачи по-прежнему является размещение линий. Полномочия по размещению EPAct05 были крупным шагом вперед (пока они не были подорваны последующими судебными решениями), и их следует поддержать, прояснить и защитить от отмены. Кроме того, чтобы ослабить сопротивление местного населения и штата размещению линий электропередач, в их планирование и владение следует включить как можно больше региональных заинтересованных сторон в сфере электроэнергетики, включая государственную энергетику, а региональное планирование передачи должно быть сосредоточено на ресурсных планах предприятий, обслуживающих нагрузку, поскольку Раздел 217 (b) (4) FPA направлен.APPA поддерживает законодательство для реализации этих требований в существующих региональных и межрегиональных процессах планирования передачи. Конгрессу следует также поощрять и поддерживать совместное владение передачей и устранять финансовые барьеры для такого владения, такие как ограничения частного использования на финансирование, освобожденное от налогов. Кроме того, APPA считает, что регулирование систем распределения должно по-прежнему находиться исключительно в ведении государственных и местных органов власти.

    Энергия поколения: передача электроэнергии

    Перемещение и использование электронов

    Генерация электронов только первая шаг в процессе подачи электроэнергии, они должны быть отправлены в конечные пользователи.В электроэнергетике обычно различают два этапа. этого транспортного процесса. «Передача» и «Распределение» использовать похожие технологии, но есть явные различия, обычно связанные величине электрического тока.

    Трансмиссия

    Передача относится к перемещению больших токов по сеточные системы, которые могут охватывать континенты. От генератора электроны летят небольшое расстояние до ближайшей передающей станции, где повышено напряжение до высоких уровней с трансформатором.Затем мощность отправляется в сеть. состоящий из толстых тросов, поддерживаемых высокими башнями. Сеть передачи который соединяет генераторы друг с другом и с подстанциями, где напряжение сокращается для распространения.

    Сетки транспортно-системные. А Высоковольтная передающая сеть — это, по сути, межгосударственный переход для электронов. Номинальные параметры от 115 кВ до 765 кВ (самая большая линия в настоящее время в эксплуатации), они дороги. строить и поддерживать, и приобретение полосы отвода становится все более сложно.Однако они необходимы для эффективного обмена мощности между коммунальными предприятиями. (Изображение показывает Пенсильванию и New Jersey Interconnection, SI отрицательный № 80-16516)

    Разрешение на подключение утилита для распространения своих генерирующих установок на обширной территории и обеспечения региональное резервное копирование в случае проблем на данном предприятии. Многие утилиты связаны между собой, позволяя каждому полагаться на других. Вместо отдельных коммунальных предприятий, которым приходится строить дополнительные генераторы, чтобы покрыть рутинную работу или аварийного отключения, они могут легко покупать электроэнергию друг у друга, необходимо через межсоединение.

    Отключение электроэнергии

    Конечно, высокий уровень системы интеграция может привести к проблемам, так как жители Запада США и Канады обнаружил в августе 1996 года. Серия неудач в период тяжелых спрос на электроэнергию привел к каскаду домино, как завод за заводом отключен от сети, чтобы избежать повреждения оборудования.

    Одна из причин, по которой линии электропередач так натянуты высоко над землей, по мере того, как через линии, ее температура повышается, и она расширяется (или «проседает»).1996 год Блэкаут был начат из-за провисания линии электропередачи в ветку дерева. и короткое замыкание. Поскольку ток был перенаправлен на альтернативные линии, некоторые из них тоже провисал в деревья. Через несколько минут большая часть запада была отключена.

    Расширение и сжатие с течением времени может привести к износу лески. Линии передачи сталкиваются с другими напряжениями как хорошо; ветер и погода берут свое. Даже солнце может разрушить системы передачи, поскольку солнечные вспышки вызывают большие токи в сетях.

    Несмотря на размер оборудования и на покрытой площади эти системы могут быть удивительно хрупкими.Генераторы подключенные к общей сети, должны поддерживаться в синхронном режиме для поддержания частота 60 Гц. Поскольку электричество нельзя хранить, сети должны оставаться постоянно находится под напряжением для удовлетворения потребительского спроса. Также количество мощности генерируемая сумма должна оставаться близкой к требуемой в любой момент времени. Нестабильность в системе, если ее не исправить, может привести к ее разрушению и затемнение.

    В определенной степени системы передачи являются заложниками основных законов физики. Обычно есть несколько маршрутов между любыми двумя заданными точками в системе, чтобы обеспечить объезд в в случае возникновения проблемы.Электричество будет проходить по нескольким путям между двумя точек и даже может проходить через системы в «петлях». Это может привести к нестабильности системы и нагрузке на некоторые линии электропередачи. больше, чем другие.

    HVDC И подземные кабели

    Большинство трансмиссионных систем работают с Переменный ток, который можно экономично передавать по длинным дистанционные линии. Используются линии постоянного тока высокого напряжения или HVDC. в некоторых установках с 1960-х гг.Эти системы конвертируют сгенерированные Переменный ток в постоянный для передачи и обратно в переменный для распределения конечным пользователям. Из-за эффектов, проистекающих из фундаментальной природы переменного тока, он может создавать головная боль для инженеров, а DC — нет. Использование HVDC решает проблему синхронизации на частоте 60 Гц, например, поскольку постоянный ток не имеет частоты.

    По мере роста спроса на электроэнергию и превращения сельских районов в городские и пригородов, энергетические компании сталкиваются с все более жесткой оппозицией на строительство магистральных линий электропередачи.Хотя исследования рисков для здоровья и электромагнитные поля неубедительны, возможность подсказала опасения по поводу расширения энергетической инфраструктуры.

    Коммунальные предприятия пытаются модернизировать существующие линии для обработки более высоких мощностей сталкиваются с огромными расходами. Более тяжелые кабели требуют более мощных опор и более высоких напряжения требуют более высоких опор и большего пространства между линиями. Натыкаясь на Линия от 115 кВ до 230 кВ может стоить полмиллиона долларов за милю на один смета, в которую не входят затраты на модернизацию подстанций к более высокому напряжению.

    Очевидной альтернативой было закопать линии электропередач под землей , и в некоторых областях это было сделано. Подземные системы еще больше однако дороже в установке, чем башни, и эти линии страдают от гораздо больше теплового стресса, чем линии, которые могут передавать тепло воздуху. Эдисона В инсталляции на Перл-стрит использовались линии метро, ​​но улицы разрушались. Прокладка проводов была медленным и сложным процессом в 1880-х годах, и это не так уж и много. теперь проще.

    Беспроводной Мощность

    Пока технологические усовершенствования в производство электроэнергии открыло путь для конкуренции, передачи (и распределение) по-прежнему считаются «естественным монополии ». Несмотря на эксперименты с« беспроводной передачей » власти, такие как те, которые провел несколько десятилетий назад Никола Тесла, нет нового метода передачи и распределения электронов, пока не удалось обеспечить альтернатива кабелям, вышкам и подстанциям.

    Одна инновация, которая помогла телекоммуникационной отрасли к дерегулированию была коммерциализация от Microwave Communication Inc. (MCI), нового способа передачи на большие расстояния Сообщения. Их микроволновая релейная система позволила MCI обойти AT&T. система проводов. В электроэнергетике пока нет этой технологической вариант, поэтому вопросы доступа и обслуживания линий электропередачи решаются регулируется деловыми соглашениями и законодательством.

    Автоматика

    Компьютеризация проходит в г. все аспекты отрасли, от проектирования оборудования до анализа потребителей использовать шаблоны.Одним из важных применений автоматизации было улучшение мониторинга и контролировать качество электроэнергии в передающих сетях. Как утилиты отправляют больше мощности через сетки и поля для уменьшения ошибок, быстрая точная информация о работоспособности и состоянии нагрузки сетей становится еще более важным.

    В соответствии с недавними постановлениями Федеральной комиссии по регулированию энергетики, коммунальные службы дорабатывают системы под названием «OASIS» или открытый доступ Одновременная информационная система. Эти системы позволяют всем заинтересованным силам компании для мониторинга состояния сетей передачи независимо от кто владеет этой сетью.Он был специально направлен на то, чтобы быть доступным в Интернете, так что информация доступна в режиме реального времени.

    Распределение

    Распределение, на первый взгляд, кажется во многом то же самое, что и передача, и в определенной степени это так. Когда сила исходит из передающей подстанции, она направляется в подсети с напряжение от 69кв до 138кв. Когда электроны движутся дальше вниз В системе напряжение падает ниже 69 кВ и направляется в различные местные подстанции и трансформаторы.Конечное распределенное напряжение зависит от требования конечного пользователя; большинство домов в США и Европе снабжены около 240 В, хотя в США он используется в большинстве цепей на 120 В.

    Метры

    Нравится системы передачи, системы распределения полагаются на кабели, столбы и подстанции — они просто работают при более низком напряжении. Основное отличие состоит в том, что электричество потребляется в конце распределительной цепи. Использование может диапазон от нагрева пищи до освещения офисов и сварочного тяжелого оборудования; разные классы конечных пользователей имеют разные потребности и разные модели использования.Последний шаг в распределительной системе коммунального предприятия — счетчик.

    В то время как электросчетчики были более 100 лет (Эдисон изобрел одну для своей системы освещения), они редко предоставляли много информации. Обычно это простая мера количество потребляемой электроэнергии. Последние разработки позволяют поставщиков электроэнергии для сбора более подробной информации от счетчики нового поколения.
    (Здесь показан многофазный ватт-часметр Томпсона, ок.1930 г., из собрания Национального музея. американской истории, SI отрицательный № 38,970e).

    НИАЛМС

    Использование бытовой техники можно контролировать путем анализа потока мощности на электросчетчике. Двигатели и техника изменяют потоки мощности при их запуске и остановке, а Non-Intrusive Appliance Система мониторинга нагрузки (NIALMS) может распознавать определенные устройства из их влияние на потоки мощности. «Умный» счетчик может отслеживать закономерности использования и автоматически передать эту информацию в утилиту.

    Использование этой техники для детализации счетов и показать домовладельцам, какие бытовые приборы потребляют много энергии, было бы одним из основных выгода. Дорогие энергосберегающие приборы могут оказаться непростыми задачами. если покупатель не видит потенциальной экономии. Как больше электрических устройств выйти на рынок либо для удовлетворения нового спроса (персональные компьютеры), либо для замены технологии на ископаемом топливе (электромобили) больше потребителей могут почувствовать потребность чтобы точно отслеживать, куда идет их электричество.

    Спрос Управление

    Коммунальные предприятия использовали «Demand Side» Методы управления »или« DSM »с потребителями с тех пор, как начала 1980-х годов, чтобы контролировать рост спроса, тем самым отсрочив необходимость строительства новых растения.Для мониторинга можно оборудовать крупногабаритное промышленное оборудование. и контролировать время использования. В магазинах можно приобрести эффективные люминесцентные установки. Компании были привлечены к участию в DSM за счет поощрительных цен. и экономией на электроэнергии. Коммунальные предприятия могут потреблять сэкономленную электроэнергию и продать его новому покупателю, тем самым замедляя рост спроса.

    Homes использует широкий ассортимент бытовой техники, большинство из них относительно дешевы и не потребляют много энергии. Жилой DSM был в основном нацелен на программы по утеплению и компактным флуоресцентным лампам. лампы.Отсутствие достоверных данных затрудняет измерение эффекта жилищных программ DSM. Это еще один стимул ставить смарт метров.

    Использование Электроны

    Как правило, существует три основных типа потребителей электроэнергии: бытовых, коммерческих и промышленных. Муниципальный такие функции, как уличное освещение и электрифицированный общественный транспорт обычно считаются отдельной группой, но составляют лишь небольшой процент от общего использования электроэнергии.У каждой группы потребителей электроэнергии разные шаблоны использования и различные потребности.

    Промышленные пользователи

    Промышленное Опытным пользователям требуется высокое напряжение и много ампер для выполнения операций обработки. Часть их мощности уходит на функции с более низким напряжением, такие как освещение и питание офисного оборудования, но по мере того, как стандарты качества воздуха становятся более строгими и компьютеризированные средства управления более функциональными, электрифицированные производственные линии становятся более привлекательный. Например, печи, которые могли использовать ископаемое топливо. в предыдущие эпохи теперь электрифицированы. (Показана электрическая печь сопротивления, используемая для остекловывания внутренних стен водонагревателей, ок. 1985. Авторское право Hydro-Québec)

    Спрос промышленного заказчика может быть очень стабильным, если компания работает в три смены. А потеря мощности может полностью остановить установку. Поскольку во многих отраслях промышленности технологический пар, они являются главными кандидатами для проектов когенерации.

    Коммерческий Пользователи

    Опытные коммерческие пользователи, включая офис здания и магазины розничной торговли.Эти потребители, как правило, используют половину их электроэнергии, чтобы сделать свет. Это стимулировало интенсивные усилия по разрабатывать и продвигать энергоэффективное освещение для коммерческого использования во время 1970-е и 80-е годы. Жесткие экономические условия вынуждали бизнес бороться за все, что могло сократить расходы, и многие смотрели новые осветительные установки как хорошие вложения.

    Если данный бизнес не действует 24 часа в сутки потребление энергии будет сильно варьироваться в течение день; обычно достигает своего пика ближе к вечеру.Растущее использование компьютеров создало понимание контроля качества электроэнергии. Очень небольшие колебания потока мощности могут вызвать серьезные проблемы для производители микроэлектроники и электроэнергии должны решить эту проблему. Отключение электроэнергии для некоторых из этих клиентов (больниц и аэропортов, для например) могут быть опасными для жизни, поэтому многие используют резервные генераторы на месте.

    Жилая Пользователи

    Бытовые потребители используют большую часть своих электричество для охлаждения и климат-контроля.По отдельности они используют далеки от того количества энергии, которое использует данный магазин или фабрика, но огромное количество домов и квартир в совокупности используется в огромных количествах. Бытовые потребители склонны придавать большее значение покупной цене. электрического устройства, а не стоимости жизненного цикла. Это ведет к покупка электрически неэффективного оборудования.

    Энергопотребление в жилых помещениях варьируется в зависимости от в течение дня, с пиковым спросом, как правило, утром и рано вечером.

    Грузы & Вместимость

    С начала этого века коммунальные службы Были обеспокоены двумя цифрами: пиковой нагрузкой и коэффициентом загрузки. «Пик Нагрузка »- это просто наивысший уровень спроса на электроэнергию в данном промежуток времени, обычно день или год. «Коэффициент нагрузки» — это разница между средним спросом и пиковым спросом в данный момент времени.

    В то время как низкий коэффициент загрузки — это плохо, высокий коэффициент загрузки не обязательно хороший. Оборудование требует регулярного обслуживания, и случаются сбои.У поставщика электроэнергии должна быть достаточная «резервная маржа». освещать эти события. Здесь подключаются к другим утилитам может пригодиться, так как покупательная способность у соседа может быть дешевле чем строительство редко используемого завода.

    Поставщики электроэнергии должны иметь возможность выполнять общий потребительский спрос в любое время за счет создания (или покупки) достаточной «мощности» для удовлетворения потенциальных пиковых нагрузок. Однако спрос редко бывает на пике, что означает это оборудование может простаивать, а простаивающее оборудование не приносит дохода.Уловка состоит в том, чтобы получить правильное сочетание оборудования с базовой нагрузкой. (дорого купить, но дешево в эксплуатации), который покрывает нормальный спрос, и «Пик Загрузите оборудование (дешевле купить, но дорого в эксплуатации), которое может быть зажигаются в короткие сроки по мере необходимости.

    Необходимо представить последнюю нагрузку: «Диверсифицированная нагрузка». Операторы первых электростанций быстро поняли что им нужно продавать электроэнергию не только для электрического освещения. Немного люди использовали электрические лампы в течение дня, поэтому генераторы просто сидели в светлое время суток.Что было нужно, так это рынки которые потребляли бы электроэнергию в течение дня (и мало, если вообще использовали бы ночью), чтобы чтобы сбалансировать спрос. Это большая причина, по которой электрические трамваи привлекали интерес. Производители электроэнергии пытаются сбалансировать свою клиентскую базу, чтобы спрос от разных пользователей будут пиковыми в разное время, что позволяет более эффективно использование оборудования.

    .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.