Princip přenosu elektřiny z rozvodny ke spotřebiteli
Aby se elektřina dostala do vašeho domova, prochází kilometry elektrického vedení. Systém dodávky energie začíná od elektrárny a končí u spotřebitele. Mezi těmito body prochází elektřina transformátorem určeným ke zvýšení napětí, elektrickým vedením (síťovým vedením), snižovacím transformátorem a distribučním prvkem (RU).
Problémy s přenosem elektřiny začaly již v 19. století. V té době se města aktivně rozvíjela, objevovala se nová infrastruktura, která se stala důvodem nedostatku paliva. Kvůli velké poptávce měst po pohonných hmotách znatelně zdražilo a důvodem zdražení pohonných hmot byla skutečnost, že se dodávalo z daleka. Pak se rozhořel obrovský zájem inženýrů o elektřinu. Lidé pochopili, že tento typ energie je nejvhodnější díky schopnosti přeměnit ji na mechanickou nebo tepelnou energii.
Úplně první stanice dodávající elektrickou energii byly nutné k tomu, aby mohly dodávat energii v relativně malých městech, kde bylo obtížné dodávat elektřinu jiným způsobem. Hlavními prvky tepelné elektrárny byly parogenerátor a generátor generující elektrický proud. První elektrárna postavená k osvětlení města byla postavena na konci 19. století v New Yorku.
I přes tak významný pokrok pro lidstvo si všichni uvědomili, že rostoucí problém naléhavé potřeby pohonných hmot ve městech takto vyřešit nelze. Důvodem bylo to, že elektrárny umístěné ve městech byly místní a vysoce závislé na palivu. Uhlí pro elektrárny bylo dodáváno z různých částí země, to přineslo problém s dodávkami paliva, kterého se všichni tak chtěli zbavit. První pokusy o přenos elektřiny na dálku byly provedeny ještě před postavením první elektrárny v roce 1882. Podstatou experimentů bylo, že se snažili přenést stejnosměrný proud drátem z generátoru stejnosměrného proudu ke spotřebiteli, ale jakmile délka drátu přesáhla několik set metrů, výkon elektrického proudu výrazně klesl, důvod protože to byly velké ztráty ve vodiči.
Joule-Lenzův zákon říká, že výkon je přímo úměrný odporu vodiče. Proto čím delší vedení, tím vyšší odpor a vysoký odpor způsobuje velké ztráty.
Hlavním cílem fyziků v té době bylo snížit ztráty ve vodiči. K tomu bylo rozhodnuto zvětšit průřez vodičů, a tím snížit odpor a ztráty, případně zvýšit napětí v síti.
První možnost zvyšuje náklady na dráty, takže se inženýři rozhodli uchýlit se k druhému řešení problému. Zvyšte napětí.
Dnes je populární střídavý proud. To lze snadno vysvětlit tím, že s pomocí takového proudu je snazší přenášet na velké vzdálenosti a lépe převádět s minimálními ztrátami. Dodávka elektřiny ve městech je třífázová. Elektrické vedení v moderním městě se skládá ze tří fází, takový systém se nazývá třífázový. Objevitelem takového systému je Danila-Dobrovolsky.
Existují dvě možnosti pro elektrické vedení, rozdíl spočívá v jejich umístění. Nadzemní vedení jsou umístěna nad úrovní terénu, kabelová vedení jsou určena pro instalaci pod zemí.
Strukturální schéma zásobování města nebo jiné obydlené oblasti elektřinou se skládá z několika prvků. Elektrárna vyrábí potřebné množství elektřiny, která je po silových vedeních posílána do zvyšovacího transformátoru pro změnu parametrů sítě. Tam se zvyšuje síťové napětí, aby se snížily ztráty při přenosu elektřiny do snižovacího transformátoru, který je umístěn blíže obydlené oblasti. V něm je elektřina redukována na požadované hodnoty a také se pohybuje po elektrických vedeních do rozvaděče, kde je distribuována po obydlené oblasti.
Rozváděč se liší v hodnotách, na které snižuje síťové napětí. Například pro síť 220 kV přicházející z transformátoru snižujícího výkon je rozváděč schopen snížit napětí na 35 kV. To se provádí za účelem přenosu elektřiny do distribučního místa, kde se sníží na 220-380 voltů.
Díky kabelovým komunikačním linkám je elektřina dodávána do distribučního místa elektřiny. Tam se dá převést na jiné napětí, třeba třífázové.
Elektrické rozvodny jsou rozděleny do několika typů, jedním z nich jsou rozvodny hlubinného vstupu. Taková stanice je energetickým centrem a nachází se hlavně co nejblíže spotřebitelům elektřiny.
V obytných nebo veřejných budovách se za nejekonomičtější spojení považuje spojení s pevně uzemněným neutrálem. Význam tohoto zapojení je, že neutrál generátoru třífázového napětí je připojen k uzemňovacímu zařízení.
Přečtěte si totéž
- Národní elektrické sítě
- Místní elektrické sítě
Naše produkce
- Podporuje typ SV
- Podporuje typ SK
- Nadace pro podporu
Přenos zpráv na velké vzdálenosti ještě před několika sty lety vypadal jako něco ze sci-fi. Doba poštovních holubů, využívaných od starověku Římany, Peršany a Egypťany, uplynula po vynálezu telegrafní komunikace. Můžeme s jistotou říci, že s přenosem energie na velké vzdálenosti během stejných historických období to bylo mnohem horší. Vodiče s vysokým odporem, nízké napětí a tvrdá komerční konkurence v oblasti stejnosměrného proudu jsou jen některé z faktorů, které brzdily rozvoj elektrických systémů a sítí.
Není žádným tajemstvím, že energetiku lze nazvat spíše konzervativním odvětvím. Porovnáme-li rychlost rozvoje tepla a elektřiny s pokrokem v informačních technologiích ve stejných časových obdobích, je rozdíl obzvláště výrazný. Dotykové displeje s ultravysokým rozlišením kolem nás, umělá inteligence a všudypřítomný a univerzální přístup k internetu se od začátku tohoto století výrazně vyvinuly. Věže přenosového vedení však stále nesou tisíce kilometrů ocelovo-hliníkových drátů, přetížení brání jističe, které se za posledních 70 let příliš nezměnily. Supravodiče fungující při pokojové teplotě zůstaly artefakty na stránkách vědeckých časopisů a populárně vědecké literatury. Co způsobuje zdánlivou pomalost energie? Jaké faktory to ovlivňují? A jak probíhá přenos elektřiny na velké vzdálenosti? První věci.
Jak bylo uvedeno výše, historicky bylo zpočátku více zastánců přenosu elektřiny pomocí stejnosměrného proudu. Tato výhoda nebyla způsobena přesnými výpočty, existovala propaganda v médiích a reklamě. Proč nyní v souvislosti s přenosem elektřiny slyšíme pouze o střídavém proudu?
Vše začíná elektrárnami. Pro výrobce i spotřebitele elektřiny je ekonomicky výhodné mít jeden centralizovaný zdroj energie spíše než mnoho samostatných. Položit elektrické vedení z takových energetických center ke spotřebitelům je finančně proveditelné. Jak víte, výkon (a v každém okamžiku je to výkon přenášený dráty) se rovná součinu napětí a proudu. Chcete-li získat stejný výkon, můžete buď zvýšit proud a snížit napětí, nebo udělat opak.
Případ nízkého napětí a vysokého proudu je s touto strategií velmi neefektivní, ztráty elektřiny na dlouhých elektrických vedeních mohou být 60 procent nebo více; Mnohem výhodnější je pouzdro s vysokým napětím a nízkým proudem. Při použití stejnosměrného proudu je zvýšení úrovně napětí vážným problémem, ale u střídavého proudu je toho velmi snadné dosáhnout. Transformátory jsou elektrické stroje, které převádějí elektrickou energii z nízkého napětí na vysokonapěťový výkon. Čím delší je elektrické vedení, tím vyšší je napětí na jeho vodičích. Kromě toho bezpočet továren a podniků používá elektromotory. Stejnosměrné motory ve srovnání se střídavými motory určitě ztrácejí: jejich účinnost je nižší, mají více třecích částí a jejich konstrukce je složitější. Proto je většina elektromotorů na světě střídavé motory.
Nyní, když známe odpověď na otázku, proč AC vyhrál, můžeme se na energetický systém podívat z větší perspektivy. Elektřinu vyrábějí různé elektrárny v různých částech světa. Zjednodušeně řečeno, dráty vedou od elektrických generátorů ve stanicích do transformovny (TS), která zvyšuje napětí na 35, 110, 330 nebo 750 kV. Dráty na podpěrách odtud sahají ke spotřebitelům – do měst a továren, kde se napětí na snižovacích trafostanicích opět sníží na úroveň požadovanou spotřebitelem. Jedná se o napětí 0.4, 1, 10 kV. Bod, ve kterém jsou připojena dvě nebo více elektrických vedení, se nazývá elektrická rozvodna. Tímto způsobem jsou různé elektrárny jedné země propojeny do jednoho energetického systému a energetické systémy různých zemí jsou spojeny do jednotné energetické soustavy.
Transformátor v rozvodně
Přenos energie na velké vzdálenosti je vždy otázkou kompromisu. Co je výhodnější: postavit novou elektrárnu nebo položit elektrické vedení ze stávajících stanic na velkou vzdálenost? Například celková délka elektrického vedení v Bělorusku na začátku roku 2019 byla téměř 280 000 km. Kde a jak postavit vedení pro přenos energie? Při instalaci podpěr hraje obrovskou roli terén a povaha půdy, stejně jako přítomnost sídel, silnic a stromů.
Napětí sítě závisí na spotřebě energie. Výběr vodičů, izolátorů a podpěr závisí na výkonu, napětí a kupodivu na počasí. Při výstavbě energeticky náročných podniků je nutné se rozhodnout: být napájen ze stávající rozvodny nebo instalovat transformovnu v dílně? Obecně se při výstavbě zařízení rozhoduje o otázce kategorie napájení, to znamená, zda je nutné položit záložní linky, a pokud ano, kolik? Samostatnou a komplexní otázkou je stabilita elektrizační soustavy, tedy její funkční schopnost při ztrátě energie z elektráren nebo elektrického vedení v důsledku plánovaných oprav nebo havárie.
V současné době je přijímáno mnoho rozhodnutí o modernizaci energetických systémů, například konvenční dráty jsou nahrazovány hliníkovými dráty s kompozitním kabelem namísto ocelových. Tím se snižuje průhyb vodičů, zvyšuje se bezpečná oblast kolem elektrického vedení a jejich spolehlivost. Obecně platí, že lidstvo dosud nevyvinulo revoluční nové způsoby výroby a přenosu elektřiny.
Možná můžeme říci, že v moderním světě je elektrická energie na třetím místě po vzduchu a vodě. Byly instalovány miliony kilometrů drátů a kabelů, obrovské generátory (až 16 metrů v průměru) jsou pevně připevněny k zemskému povrchu, to vysvětluje nucenou pomalost a strategický význam vysokonapěťové elektrické energie.
Pro údržbu a testování elektrických vedení a elektrických sítí jsou k dispozici laboratoře pro elektrofyzikální měření. Mezi ně patří například společnost TMRsila-M, která má dlouholeté zkušenosti v energetice a je tvořena zkušenými specialisty.