Metody přenosu elektrické energie na velké vzdálenosti

Vyrobenou elektřinu nelze skladovat; musí být okamžitě přenesena ke spotřebitelům. Když byl vynalezen optimální způsob přepravy, začal prudký rozvoj elektroenergetiky.

Příběh

První generátory byly stavěny v blízkosti spotřebitelů energie. Měly nízký výkon a byly určeny k zásobování elektřinou pouze jedné budovy nebo městského bloku. Pak ale dospěli k závěru, že je mnohem výhodnější stavět velké elektrárny v oblastech, kde jsou koncentrovány zdroje. Jednalo se o výkonné vodní elektrárny na řekách, velké tepelné elektrárny v blízkosti uhelných pánví. To vyžadovalo přenos elektřiny na dálku.

Počáteční pokusy o výstavbu přenosových vedení narážely na problém, že při připojení generátoru k přijímačům energie dlouhým kabelem se výkon na konci přenosového vedení značně snižoval kvůli obrovským ztrátám v důsledku ohřevu. Bylo nutné použít kabely s větším průřezem, což je výrazně prodražovalo, nebo zvýšit napětí, aby se snížil proud.

Po experimentech s přenosem stejnosměrného a jednofázového střídavého proudu pomocí vedení vysokého napětí zůstávaly ztráty příliš vysoké – na úrovni 75 %. A teprve když Dolivo-Dobrovolskij vyvinul systém třífázového proudu, došlo k průlomu v přenosu elektřiny: dosáhli snížení ztrát na 20 %.

Důležité! V současné době drtivá většina přenosových vedení používá třífázový střídavý proud, ačkoli se vyvíjejí i vedení stejnosměrného proudu.

Schéma přenosu elektřiny

V řetězci od výroby energie až po její příjem spotřebiteli existuje několik článků:

• generátor v elektrárně, který vyrábí elektřinu o napětí 6,3-24 kV (existují samostatné jednotky s vyšším jmenovitým napětím);
• zvyšující rozvodny (PS);
• dálková a hlavní přenosová vedení o napětí 220–1150 kV;
• velké uzlové rozvodny, které snižují napětí na 110 kV;
• Přenosové vedení 35–110 kV pro přenos elektrické energie do energetických center;
• dodatečné snižovací rozvodny – napájecí centra, kde přijímají napětí 6–10 kV;
• distribuční přenosové vedení 6-10 kV;
• transformační stanice (TS), centrální rozvodné body (CRP), umístěné v blízkosti spotřebitelů, pro snížení napětí na 0,4 kV;
• nízkonapěťová vedení pro připojení k domům a dalším objektům.

Zjednodušené schéma přenosu elektrické energie

Distribuční schémata

Přenosová vedení mohou být nadzemní, kabelová a kabelová nadzemní. Pro zvýšení spolehlivosti se elektrická energie ve většině případů přenáší po několika trasách. To znamená, že k sběrnicím rozvodny jsou připojena dvě nebo více vedení.

Existují dvě schémata distribuce energie 6-10 kV:

1. Hlavní vedení, kdy je vedení 6-10 kV společné pro napájení několika transformátorových stanic, které mohou být umístěny po celé jeho délce. Pokud je hlavní elektrické vedení napájeno ze dvou různých napáječů na obou stranách, nazývá se takové schéma kruhové. V tomto případě je za normálního provozu napájeno z jednoho napáječe a od druhého je odpojeno spínacími zařízeními (spínači, odpojovači);

Hlavní obvod s obousměrným napájením

1. Radiální. V tomto schématu je veškerá energie soustředěna na konci přenosového vedení, které je určeno k dodávce elektřiny jednomu spotřebiteli.

Pro vedení s napětím 35 kV a vyšším se používají následující schémata:

1. Radiální. Napájení rozvodny je dodáváno po jednookruhovém nebo dvouokruhovém elektrickém vedení z jedné uzlové rozvodny. Nejvýhodnější schéma je s jedním vedením, ale je velmi nespolehlivé. Díky dvouokruhovým elektrickým vedením se vytváří záložní napájení;
2. Kruh. Sběrnice rozvodny jsou napájeny alespoň dvěma vedeními pro přenos energie z nezávislých zdrojů. V tomto případě mohou být na napájecích vedeních odbočky (rozbočovače), které vedou do dalších rozvoden. Celkový počet odbočných rozvoden by neměl překročit tři na jedno vedení pro přenos energie.

Důležité! Kruhová síť je napájena nejméně dvěma uzlovými rozvodnami, obvykle umístěnými ve značné vzdálenosti od sebe.

Trafostanice

Transformátorové rozvodny jsou spolu s vedeními pro přenos elektrické energie hlavní součástí energetické soustavy. Jsou rozděleny do:

1. Zvyšovací napětí. Nachází se v blízkosti elektráren. Hlavním zařízením jsou výkonové transformátory, které zvyšují napětí;
2. Snižovací transformátory. Umístěny v jiných částech elektrické sítě, blíže ke spotřebitelům. Obsahují snižovací transformátory.

Existují také konvertorové napájecí zdroje (PS), ale ty nesouvisejí s transformátorovými. Používají se k převodu střídavého proudu na stejnosměrný proud a také k získání proudu o jiné frekvenci.

Hlavní zařízení transformátorových stanic:

1. Rozváděče vysokého a nízkého napětí. Mohou být otevřeného typu (ORU), uzavřeného typu (ZRU) a kompletního typu (KRU);
2. Výkonové transformátory;
3. Ovládací panel, reléová místnost, kde jsou soustředěna zařízení pro ochranu a automatické ovládání spínacích přístrojů, signalizace, měřicí přístroje a elektroměry. Poslední dva typy zařízení, stejně jako některé typy ochran, mohou být přítomny i v rozváděči;

Ovládací panel rozvodny

1. Zařízení pro pomocné potřeby rozvodny, které zahrnuje pomocné transformátory (AT), které snižují napětí z 6-10 na 0,4 kV, sběrnice AT 0,4 kV se spínacími zařízeními, baterii a dobíjecí zařízení. AT napájí ochrany, osvětlení, vytápění, dmychadla transformátorů (chlazení) atd. V trakčních železničních rozvodnách mohou mít pomocné transformátory primární napětí 27,5 nebo 35 kV;
2. Rozváděče obsahují spínací zařízení pro transformátory, napájecí a odchozí vedení a napájecí zdroje 6–10 kV: odpojovače, spínače (vakuové, SFXNUMX, olejové, vzduchové). Transformátory napětí (VT) a transformátory proudu (CT) se používají k napájení ochranných a měřicích obvodů;
3. Zařízení na ochranu před přepětím: svodiče proudu, přepěťové ochrany;
4. Proudově omezující a zhášecí reaktory, kondenzátorové baterie a synchronní kompenzátory.

Posledním článkem snižujících rozvoden jsou transformátorové body (TP, KTP-kompletní, MTP-stožárové). Jedná se o malá zařízení obsahující 1, 2, méně často 3 transformátory, které snižují napětí někdy z 35, častěji z 6-10 kV na 0,4 kV. Na straně nízkého napětí jsou instalovány automaty. Z nich odcházejí vedení přímo distribuující elektrickou energii skutečným spotřebitelům.

Kapacita přenosové linky

Při přenosu elektrické energie je hlavním ukazatelem přenosová kapacita přenosového vedení. Je charakterizována hodnotou činného výkonu přenášeného po vedení za normálních provozních podmínek. Přenosová kapacita závisí na napětí přenosového vedení, jeho délce, velikosti průřezu a typu vedení (kabelové nebo nadzemní vedení). Zároveň přirozený výkon, který nezávisí na délce přenosového vedení, je činný výkon, který je přenášen po vedení s plnou kompenzací jalové složky. V praxi je takových podmínek nemožné dosáhnout.

Důležité! Maximální přenášený výkon pro přenosová vedení s napětím 110 kV a nižším je omezen pouze ohřevem vodičů. U vedení s vyšším napětím se zohledňuje i statická stabilita energetické soustavy.

Některé hodnoty přenosové kapacity nadzemních vedení s účinností = 0,9:

• 110 kV: přirozený výkon – 30 MW, maximální – 50 MW;
• 220 kV: přirozený výkon – 120–135 MW, maximální – 350 MW pro stabilitu a 280 MW pro vytápění;
• 500 kW: přirozený výkon – 900 MW, maximální – 1350 MW pro stabilitu a 1740 MW pro vytápění.

Ztráty elektřiny

Ne veškerá elektřina vyrobená v elektrárně se dostane ke spotřebiteli. Ztráty elektřiny mohou být:

1. Technické. Způsobeno ztrátami ve vodičích, transformátorech a jiném zařízení v důsledku ohřevu a jiných fyzikálních procesů;
2. Nedokonalost účetního systému v energetických podnicích;
3. Komerční. Vyskytuje se v důsledku odběru energie, kromě měřicích zařízení, rozdílu mezi skutečně spotřebovanou energií a energií zaznamenanou elektroměrem atd.

Technologie přenosu elektřiny se nezastavují. Vyvíjí se používání supravodivých kabelů, které umožňují snížit ztráty téměř na nulu. Bezdrátový přenos elektřiny již není jen fantazií pro dobíjení mobilních zařízení. A v Jižní Koreji pracují na vytvoření bezdrátového systému přenosu energie pro elektrifikovanou dopravu.

Video