Передача электроэнергии

Трехфазные линии электропередачи 500 кВ на плотине Гранд-Кули ; показаны четыре схемы; две дополнительные цепи закрыты деревьями справа; вся генерирующая мощность плотины 7079 МВт обеспечивается этими шестью контурами.

Передача электроэнергии - это основная масса электрической энергии от генерирующей площадки, такой как электростанция , на электрическую подстанцию . Взаимосвязанные линии, которые способствуют этому движению, известны как передающая сеть . Это отличается от местной проводки между высоковольтными подстанциями и потребителями, которую обычно называют распределением электроэнергии . Комбинированная передача и распределение сеть является частью поставки электроэнергии , известной как « энергосеть » в Северной Америке , или просто «сетка». В Соединенном Королевстве ,В Индии , Танзании , Мьянме , Малайзии и Новой Зеландии сеть известна как Национальная сеть.

Эффективная передача включает снижение токов путем увеличения напряжения перед передачей и его понижения на подстанции на дальнем конце. Для передачи энергии переменного тока повышение и понижение осуществляется с помощью трансформаторов.

Широкая область синхронная сетка , также известная как «взаимосвязь» в Северной Америке, напрямую соединяет множество генераторов поставляя энергию переменного ток с одной и той же относительной частотой для многих потребителей. Например, в Северной Америке есть четыре основных межсоединения ( западное межсоединение , восточное межсоединение , межсетевое соединение Квебека и сеть Совета по надежности электроснабжения Техаса (ERCOT)). В Европе одна большая сеть соединяет большую часть континентальной Европы .

Исторически линии передачи и распределения принадлежали одной и той же компании, но начиная с 1990-х годов многие страны либерализовали регулирование рынка электроэнергии таким образом, что это привело к отделению бизнеса по передаче электроэнергии от бизнеса по распределению. ^[1]

Система [ править ]

Большинство линий электропередачи представляют собой высоковольтные линии трехфазного переменного тока (переменного тока), хотя однофазный переменный ток иногда используется в системах электрификации железных дорог . Технология высокого напряжения постоянного тока (HVDC) используется для повышения эффективности на очень больших расстояниях (обычно сотни миль). Технология HVDC также используется в подводных силовых кабелях (обычно длиннее 30 миль (50 км)) и при обмене энергией между сетями, которые не синхронизированы между собой. Линия HVDC используется для стабилизации крупных распределительных сетей, где внезапные новые нагрузки или отключения электроэнергии в одной части сети могут привести к проблемам синхронизации и каскадным сбоям .

Электроэнергия передается при высоком напряжении (66 кВ или выше), чтобы уменьшить потери энергии, которые возникают при передаче на большие расстояния. Электроэнергия обычно передается по воздушным линиям электропередачи . Подземная передача электроэнергии имеет значительно более высокую стоимость установки и большие эксплуатационные ограничения, но снижает затраты на техническое обслуживание. Подземная передача сигнала иногда используется в городских или экологически уязвимых местах.

Отсутствие накопителей электроэнергии в системах передачи приводит к ключевому ограничению. Электрическая энергия должна производиться с той же скоростью, с которой она потребляется. Требуется сложная система управления, чтобы гарантировать, что выработка электроэнергии очень точно соответствует спросу. Если потребность в мощности превышает предложение, дисбаланс может привести к автоматическому отключению или отключению генерирующих установок и передающего оборудования для предотвращения повреждений. В худшем случае это может привести к каскадной серии отключений и серьезному отключению электроэнергии в регионе . Примеры включают отключение электроэнергии на северо-востоке США в 1965 , 1977 , 2003 годах и крупные отключения электроэнергии в других регионах США в 1996 году и2011 . Сети электропередачи объединены в региональные, национальные и даже континентальные сети, чтобы снизить риск такого отказа за счет обеспечения нескольких резервных альтернативных маршрутов подачи электроэнергии в случае таких отключений. Передающие компании определяют максимальную надежную пропускную способность каждой линии (обычно меньше, чем ее физический или тепловой предел), чтобы гарантировать наличие резервной мощности в случае отказа в другой части сети.

Надземная передача [ править ]

Воздушные провода высокого напряжения не покрываются изоляцией. Материал проводника почти всегда представляет собой алюминиевый сплав, состоящий из нескольких жил и, возможно, армированный стальными нитями. Медь иногда использовалась для надземной передачи, но алюминий легче, дает лишь незначительное снижение производительности и стоит намного меньше. Воздушные провода - это товар, который поставляется несколькими компаниями по всему миру. Улучшенные материалы и формы проводников регулярно используются для увеличения пропускной способности и модернизации цепей передачи. Размеры проводников варьируются от 12 мм ² ( американский калибр проволоки № 6 ) до 750 мм ² ( площадь ¹ 590 000 круглых мил ), с различным сопротивлением и допустимой нагрузкой по  току.. Для больших проводников (более нескольких сантиметров в диаметре) на промышленной частоте большая часть тока сосредоточена у поверхности из-за скин-эффекта . Центральная часть проводника несет небольшой ток, но увеличивает вес и стоимость проводника. Из-за этого ограничения тока используется несколько параллельных кабелей (называемых жгутом проводов ), когда требуется более высокая пропускная способность. Связанные проводники также используются при высоких напряжениях, чтобы уменьшить потери энергии, вызванные коронным разрядом .

Сегодня обычно считается, что напряжение на уровне передачи составляет 110 кВ и выше. Более низкие напряжения, такие как 66 кВ и 33 кВ, обычно считаются промежуточными напряжениями, но иногда используются на длинных линиях с небольшими нагрузками. Обычно для распределения используются напряжения менее 33 кВ . Напряжение выше 765 кВ считается сверхвысоким напряжением и требует другой конструкции по сравнению с оборудованием, используемым при более низком напряжении.

Поскольку воздушные линии электропередачи зависят от воздуха для изоляции, конструкция этих линий требует соблюдения минимальных зазоров для обеспечения безопасности. Неблагоприятные погодные условия, такие как сильный ветер и низкие температуры, могут привести к отключению электроэнергии. Скорость ветра до 23 узлов (43 км / ч) может позволить проводникам выйти за пределы рабочего пространства, что приведет к перекрытию и потере электроснабжения. ^[2] Колебательное движение физической линии можно назвать галопом проводника или флаттером в зависимости от частоты и амплитуды колебаний.

Подземная передача [ править ]

Электроэнергия также может передаваться по подземным силовым кабелям вместо воздушных линий электропередачи. Подземные кабели занимают меньше полосы отвода, чем воздушные линии, имеют меньшую видимость и меньше подвержены влиянию плохой погоды. Однако затраты на изолированный кабель и земляные работы намного выше, чем на строительство надземных сооружений. Неисправности в подземных линиях электропередачи требуют больше времени для обнаружения и ремонта.

В некоторых городских районах подземные кабели передачи заключены в металлическую трубу и изолированы жидким диэлектриком (обычно маслом), который либо статичен, либо циркулирует с помощью насосов. Если электрическая неисправность повреждает трубу и вызывает утечку диэлектрика в окружающую почву, грузовики с жидким азотом мобилизуются, чтобы заморозить участки трубы, чтобы обеспечить слив и ремонт места повреждения трубы. Этот тип кабеля подземной передачи может продлить период ремонта и увеличить затраты на ремонт. Температура трубы и грунта обычно контролируется постоянно на протяжении всего периода ремонта. ^{[3] [4] [5]}

Подземные линии строго ограничены своей тепловой мощностью, что допускает меньшую перегрузку или перезарядку, чем воздушные линии. Длинные подземные кабели переменного тока обладают значительной емкостью , что может снизить их способность обеспечивать полезную мощность для нагрузок за пределами 50 миль (80 километров). Длина кабелей постоянного тока не ограничена их емкостью, однако они требуют преобразовательных станций HVDC на обоих концах линии для преобразования постоянного тока в переменный перед подключением к сети передачи.

История [ править ]

На заре коммерческой электроэнергетики передача электроэнергии с тем же напряжением, которое используется для освещения и механических нагрузок, ограничивала расстояние между генерирующей установкой и потребителями. В 1882 году генерация была на постоянном токе (DC), напряжение которого было нелегко увеличить для передачи на большие расстояния. Различные классы нагрузок (например, освещение, стационарные двигатели и тяговые / железнодорожные системы) требовали разных напряжений, поэтому использовали разные генераторы и схемы. ^{[6] [7]}

Из-за такой специализации линий и из-за того, что передача была неэффективной для низковольтных сильноточных цепей, генераторы должны были находиться рядом с их нагрузками. В то время казалось, что отрасль разовьется до того, что сейчас известно как система распределенной генерации с большим количеством небольших генераторов, расположенных рядом с их нагрузками. ^[8]

Передача электроэнергии переменным током (AC) стала возможной после того, как Люсьен Голар и Джон Диксон Гиббс построили в 1881 году то, что они назвали вторичным генератором, ранним трансформатором с передаточным числом 1: 1 и разомкнутой магнитной цепью.

Первая линия переменного тока протяженностью 34 километра (21 миля) была построена для Международной выставки 1884 года в Турине, Италия . Он питался от генератора переменного тока Siemens & Halske 2 кВ, 130 Гц и имел несколько вторичных генераторов Gaulard с последовательно соединенными первичными обмотками, которые питали лампы накаливания. Система доказала возможность передачи электроэнергии переменного тока на большие расстояния. ^[7]

Самая первая система переменного тока, которая использовалась для общественного освещения, была введена в эксплуатацию в 1885 году на улице Виа дей Черки, Рим, Италия . Он питался от двух генераторов переменного тока Siemens & Halske мощностью 30 л.с. (22 кВт), 2 кВ при 120 Гц и использовал 19 км кабелей и 200 параллельно соединенных понижающих трансформаторов от 2 кВ до 20 В, снабженных замкнутой магнитной цепью, один для каждой лампы. Через несколько месяцев за ней последовала первая британская система кондиционирования воздуха, которая была введена в эксплуатацию в галерее Grosvenor в Лондоне. Он также включает генераторы переменного тока Siemens и понижающие трансформаторы от 2,4 кВ до 100 В - по одному на пользователя - с первичными обмотками, подключенными параллельно. ^[9]

Работая на основе того, что он считал непрактичной конструкцией Голлара-Гиббса, инженер-электрик Уильям Стэнли-младший в 1885 году разработал то, что считается первым практическим серийным трансформатором переменного тока. ^{[10] При} поддержке Джорджа Вестингауза в 1886 году он продемонстрировал трансформатор на основе трансформатора. система освещения переменного тока в Грейт-Баррингтоне, Массачусетс . При питании от парового двигателя с приводом от генератора Сименс на 500 В напряжение было понижено до 100 В с помощью нового трансформатора Стэнли для питания ламп накаливания на 23 предприятиях вдоль главной улицы с очень небольшими потерями мощности на высоте более 4000 футов (1200 м). ^[11]Эта практическая демонстрация трансформатора и системы освещения переменного тока побудила Westinghouse начать установку систем на базе переменного тока позже в том же году. ^[10]

В 1888 году был разработан функциональный двигатель переменного тока , чего этим системам не хватало до того момента. Это были асинхронные двигатели, работающие на многофазном токе, независимо изобретенные Галилео Феррарисом и Никой Тесла (при этом конструкция Теслы лицензирована Westinghouse в США). Этот дизайн был разработан Михаилом Доливо-Добровольским и Чарльзом Евгением Ланселотом Брауном в современной практической трехфазной форме . ^[12] Практическое использование этих типов двигателей будет отложено на много лет из-за проблем разработки и нехватки многофазных систем питания, необходимых для их питания. ^{[13] [14]}

В конце 1880-х - начале 1890-х годов произошло финансовое слияние небольших электрических компаний в несколько более крупных корпораций, таких как Ganz и AEG в Европе и General Electric и Westinghouse Electric в США. Эти компании продолжали разрабатывать системы переменного тока, но техническая разница между системами постоянного и переменного тока возникла после гораздо более длительного технического слияния. ^[15]Благодаря инновациям в США и Европе, экономия на масштабе переменного тока с очень крупными генерирующими станциями, подключенными к нагрузкам через передачу на большие расстояния, постепенно объединялась с возможностью связать его со всеми существующими системами, которые необходимо было поставить. К ним относятся однофазные системы переменного тока, многофазные системы переменного тока, низковольтные лампы накаливания, высоковольтные дуговые лампы и существующие двигатели постоянного тока на заводах и в уличных вагонах. В том, что становилось универсальной системой , эти технологические различия временно устранялись за счет разработки вращающихся преобразователей и двигателей-генераторов , которые позволили бы подключить большое количество устаревших систем к сети переменного тока. ^{[15] [16]} Эти временные промежутки будут постепенно заменяться по мере вывода из эксплуатации или модернизации старых систем.

Первая передача однофазного переменного тока с использованием высокого напряжения произошла в Орегоне в 1890 году, когда электроэнергия была доставлена ​​с гидроэлектростанции в Уилламетт-Фоллс в город Портленд в 14 милях (23 км) вниз по реке. ^[17] Первый трехфазный переменный ток с использованием высокого напряжения имел место в 1891 году во время международной выставки электроэнергии во Франкфурте . Линия электропередачи 15 кВ протяженностью около 175 км соединила Лауффен на Неккаре и Франкфурт. ^{[9] [18]}

Напряжение, используемое для передачи электроэнергии, увеличивалось на протяжении 20 века. К 1914 году в эксплуатации находилось пятьдесят пять систем электропередачи, каждая с напряжением более 70 кВ. Наибольшее использованное напряжение было 150 кВ. ^[19] Благодаря возможности соединения нескольких генерирующих станций на большой территории стоимость производства электроэнергии была снижена. Наиболее эффективные из имеющихся установок можно использовать для обеспечения различных нагрузок в течение дня. Повышена надежность и уменьшены капитальные вложения, поскольку резервные генерирующие мощности могут быть распределены между гораздо большим количеством клиентов и в более широкой географической зоне. Удаленные и недорогие источники энергии, такие как гидроэлектроэнергия или шахтный уголь, могут использоваться для снижения затрат на производство энергии. ^{[6] [9]}

Быстрая индустриализация в 20-м веке сделала линии электропередач и сети важнейшими объектами инфраструктуры в большинстве промышленно развитых стран. Соединение местных электростанций с небольшими распределительными сетями было стимулировано требованиями Первой мировой войны , когда правительства построили крупные электростанции для обеспечения электроэнергией заводов по производству боеприпасов. Позже эти электростанции были подключены к электроснабжению гражданских потребителей по дальней связи. ^[20]

Массовая передача энергии [ править ]

Инженеры проектируют передающие сети для максимально эффективной транспортировки энергии, в то же время принимая во внимание экономические факторы, безопасность сети и избыточность. В этих сетях используются такие компоненты, как линии электропередач, кабели, автоматические выключатели , переключатели и трансформаторы . Сеть передачи обычно администрируется на региональной основе такой организацией, как региональная передающая организация или оператор системы передачи .

Эффективность передачи значительно повышается за счет устройств, которые увеличивают напряжение (и тем самым пропорционально уменьшают ток) в линейных проводниках, что позволяет передавать мощность с приемлемыми потерями. Сниженный ток, протекающий по линии, снижает тепловые потери в проводниках. Согласно закону Джоуля , потери энергии прямо пропорциональны квадрату тока. Таким образом, уменьшение тока в два раза снизит потери энергии на сопротивление проводника в четыре раза для проводника любого заданного размера.

Оптимальный размер проводника для данного напряжения и тока можно оценить по закону Кельвина для размера проводника , который гласит, что размер является оптимальным, когда годовая стоимость энергии, потраченной впустую на сопротивление, равна годовым капитальным затратам на обеспечение. дирижер. В периоды более низких процентных ставок закон Кельвина указывает, что более толстые провода являются оптимальными; в то время как, когда металлы дороги, указываются более тонкие проводники: однако линии электропередач предназначены для длительного использования, поэтому закон Кельвина должен использоваться в сочетании с долгосрочными оценками цен на медь и алюминий, а также процентных ставок. для капитала.

Повышение напряжения достигается в цепях переменного тока с помощью повышающего трансформатора . Системы HVDC требуют относительно дорогостоящего оборудования для преобразования, которое может быть экономически оправдано для конкретных проектов, таких как подводные кабели и высокопроизводительная двухточечная передача на большие расстояния. HVDC необходим для импорта и экспорта энергии между сетевыми системами, которые не синхронизированы друг с другом.

Сеть передачи - это сеть электростанций , линий передачи и подстанций . Энергия обычно передается в сети с трехфазным переменным током . Однофазный переменный ток используется только для распределения конечным пользователям, так как он не подходит для больших многофазных асинхронных двигателей . В 19 веке использовалась двухфазная передача, но требовалось либо четыре, либо три провода с неравными токами. Фазовым системам более высокого порядка требуется более трех проводов, но они не дают практически никакой выгоды.

Стоимость мощности электростанций высока, а спрос на электроэнергию непостоянен, поэтому зачастую дешевле импортировать некоторую часть необходимой энергии, чем производить ее на месте. Поскольку нагрузки часто имеют региональную корреляцию (жаркая погода в юго-западной части США может заставить многих людей использовать кондиционеры), электроэнергия часто поступает из удаленных источников. Благодаря экономическим выгодам распределения нагрузки между регионами, обширные передающие сети теперь охватывают страны и даже континенты. Сеть взаимосвязей между производителями и потребителями энергии должна обеспечивать поток энергии, даже если некоторые связи не работают.

Неизменяющаяся (или медленно меняющаяся в течение многих часов) часть спроса на электроэнергию известна как базовая нагрузка и обычно обслуживается крупными предприятиями (которые более эффективны из-за экономии на масштабе) с фиксированными затратами на топливо и эксплуатацию. Такие объекты являются ядерными, угольными или гидроэлектростанциями, в то время как другие источники энергии, такие как концентрированная солнечная тепловая и геотермальная энергия , могут обеспечивать мощность базовой нагрузки. Возобновляемые источники энергии, такие как солнечная фотогальваника, ветер, волны и приливы, из-за их непостоянства не рассматриваются как обеспечивающие «базовую нагрузку», но все же будут добавлять мощность в сеть. Остальная или «пик» потребность в мощности, подаются обострение электростанций, которые, как правило, являются меньшими по размеру, быстрее реагирующими и более дорогостоящими источниками, такими как установки с комбинированным циклом или турбины внутреннего сгорания, работающие на природном газе.

Передача электроэнергии на большие расстояния (сотни километров) является дешевой и эффективной, ее стоимость составляет 0,005–0,02 доллара США за кВтч (по сравнению с среднегодовыми затратами крупных производителей в размере 0,01–0,025 доллара США за кВтч, розничные тарифы превышают 0,10 доллара США за кВтч, и множественные розничные продажи для мгновенных поставщиков в непредвиденные моменты наивысшего спроса). ^[21] Таким образом, удаленные поставщики могут быть дешевле, чем местные источники (например, Нью-Йорк часто покупает более 1000 МВт электроэнергии в Канаде). ^[22] Множественные местные источники (даже если они более дорогие и используются нечасто) могут сделать сеть передачи более устойчивой к погодным условиям и другим бедствиям, которые могут отключить удаленных поставщиков.

Передача на большие расстояния позволяет использовать удаленные возобновляемые источники энергии для сокращения потребления ископаемого топлива. Источники гидроэнергии и ветра нельзя перемещать ближе к густонаселенным городам, а затраты на солнечную энергию самые низкие в отдаленных районах, где потребности в местной энергии минимальны. Только затраты на подключение могут определить, является ли какая-либо конкретная альтернатива возобновляемой энергии экономически целесообразной. Затраты на линии электропередачи могут быть непомерно высокими, но различные предложения по масштабным инвестициям в инфраструктуру высокопроизводительных сетей передачи на очень большие расстояния могут быть возмещены за счет умеренной платы за использование.

Ввод сетки [ править ]

На электростанциях энергия вырабатывается при относительно низком напряжении от 2,3 до 30 кВ, в зависимости от размера блока. Затем напряжение на клеммах генератора повышается трансформатором электростанции до более высокого напряжения (от 115 кВ до 765 кВ переменного тока, в зависимости от системы передачи и страны) для передачи на большие расстояния.

В Соединенных Штатах мощность передачи составляет от 230 кВ до 500 кВ, за исключением случаев, когда менее 230 кВ или более 500 кВ являются местными исключениями.

Например, в Western Interconnection есть два первичных межсоединения : 500 кВ переменного тока при 60 Гц и ± 500 кВ (1000 кВ) постоянного тока с севера на юг (от реки Колумбия до Южной Калифорнии ) и с северо-востока на юго-запад (от Юты до Южной Калифорнии) . 287,5 кВ ( линия от плотины Гувера до Лос-Анджелеса , через Викторвилл ) и 345 кВ ( линия общественного обслуживания Аризоны (APS)) являются местными стандартами, оба из которых были внедрены до того, как 500 кВ стали практичными, а затем - западным стандартом межсетевого взаимодействия для междугородных сетей. Передача переменного тока.

Убытки [ править ]

Передача электричества при высоком напряжении снижает долю энергии, теряемую на сопротивление , которое варьируется в зависимости от конкретных проводников, протекающего тока и длины линии передачи. Например, на участке длиной 100 миль (160 км) при 765 кВ, несущем мощность 1000 МВт, потери могут составлять от 1,1% до 0,5%. В линии 345 кВ, несущей ту же нагрузку на том же расстоянии, потери составляют 4,2%. ^[23] При заданной мощности более высокое напряжение снижает ток и, следовательно, резистивные потери в проводнике. Например, повышение напряжения в 10 раз снижает ток в 10 раз и, следовательно,${\ displaystyle I ^ {2} R}$потери в 100 раз, если в обоих случаях используются провода одинакового сечения. Даже если размер проводника (площадь поперечного сечения) будет уменьшен в десять раз для соответствия меньшему току, потери все равно уменьшатся в десять раз. Передача на большие расстояния обычно осуществляется по воздушным линиям с напряжением от 115 до 1200 кВ. При чрезвычайно высоких напряжениях, когда между проводником и землей существует более 2000 кВ, потери от коронного разряда настолько велики, что могут компенсировать более низкие резистивные потери в линейных проводниках. Меры по снижению потерь на коронный разряд включают проводники большего диаметра; часто полые для экономии веса ^[24] или жгуты из двух или более проводов.${\ displaystyle I ^ {2} R}$

Факторы, которые влияют на сопротивление и, следовательно, потери проводников, используемых в линиях передачи и распределения, включают температуру, спиральность и скин-эффект . Сопротивление проводника увеличивается с увеличением его температуры. Изменения температуры в линиях электропередач могут существенно повлиять на потери мощности в линии. Спирализация, которая относится к тому, как многожильные проводники закручиваются по спирали вокруг центра, также способствует увеличению сопротивления проводника. Скин-эффект вызывает увеличение эффективного сопротивления проводника при более высоких частотах переменного тока. Коронационные и резистивные потери можно оценить с помощью математической модели. ^[25]

Потери при передаче и распределении в США оценивались в 6,6% в 1997 г. ^[26], 6,5% в 2007 г. ^[26] и 5% в период с 2013 по 2019 гг. ^[27] В целом потери оцениваются по несоответствию между произведенной мощностью ( по данным электростанций) и электроэнергии, проданной конечным потребителям; разница между тем, что производится, и тем, что потребляется, составляет потери при передаче и распределении, если предположить, что кражи коммунальных услуг не происходит.

По состоянию на 1980 год самое длинное экономически эффективное расстояние для передачи постоянного тока было определено в 7000 километров (4300 миль). Для переменного тока это было 4000 километров (2500 миль), хотя все используемые сегодня линии передачи значительно короче этой. ^[21]

В любой линии передачи переменного тока индуктивность и емкость проводников могут быть значительными. Токи, которые протекают исключительно «в ответ» на эти свойства цепи (которые вместе с сопротивлением определяют импеданс ), составляют поток реактивной мощности , который не передает «реальной» мощности на нагрузку. Однако эти реактивные токи очень реальны и вызывают дополнительные тепловые потери в цепи передачи. Отношение «реальной» мощности (передаваемой на нагрузку) к «кажущейся» мощности (произведение напряжения и тока цепи без учета фазового угла) является коэффициентом мощности.. По мере увеличения реактивного тока реактивная мощность увеличивается, а коэффициент мощности уменьшается. Для систем передачи с низким коэффициентом мощности потери выше, чем для систем с высоким коэффициентом мощности. Коммунальные предприятия добавляют батареи конденсаторов, реакторы и другие компоненты (например, фазосдвигающие трансформаторы , статические компенсаторы VAR и гибкие системы передачи переменного тока , FACTS) по всей системе, что помогает компенсировать поток реактивной мощности, снизить потери при передаче энергии и стабилизировать систему. напряжения. Эти меры в совокупности называются «реактивной поддержкой».

Транспонирование [ править ]

Ток, протекающий по линиям передачи, создает магнитное поле, которое окружает линии каждой фазы и влияет на индуктивность.окружающих проводов других фаз. Взаимная индуктивность проводников частично зависит от физической ориентации линий относительно друг друга. Трехфазные линии электропередачи обычно нанизываются с разделением фаз на разных вертикальных уровнях. Взаимная индуктивность, наблюдаемая проводником фазы в середине двух других фаз, будет отличаться от индуктивности, наблюдаемой проводниками вверху или внизу. Несбалансированная индуктивность между тремя проводниками проблематична, потому что это может привести к тому, что средняя линия будет передавать непропорционально большую передаваемую мощность. Точно так же может возникнуть несбалансированная нагрузка, если одна линия постоянно находится ближе всего к земле и работает с более низким импедансом. Из-за этого явленияпроводники необходимо периодически перемещать по длине линии передачи, чтобы каждая фаза находилась в одинаковом положении в каждом относительном положении, чтобы уравновесить взаимную индуктивность, наблюдаемую всеми тремя фазами. Для этого положение строки меняется на специально разработанныеперестановка опор через равные промежутки времени по длине ЛЭП в различных схемах перестановки .

Передача [ править ]

Субпередача - это часть системы передачи электроэнергии, работающей при относительно более низких напряжениях. Подключать все распределительные подстанции к высоковольтной сети электропередачи неэкономично , поскольку оборудование крупнее и дороже. Обычно к этому высокому напряжению подключаются только более крупные подстанции. Он понижается и отправляется на более мелкие подстанции в городах и районах. Цепи субпередачи обычно организованы в петли, так что отказ одной линии не прерывает обслуживание многих клиентов более чем на короткое время. Петли могут быть «нормально замкнутыми», когда потеря одной цепи не должна приводить к прерыванию, или «нормально разомкнутыми», когда подстанции могут переключаться на резервное питание. В то время как субпередающие цепи обычно проходят по воздушным линиям, в городских условиях можно использовать подземный кабель. Линии субпередачи более низкого напряжения используют менее полосу отвода и более простые конструкции; гораздо удобнее поместить их в подполье там, где это необходимо. Линии высокого напряжения требуют больше места и обычно проходят над землей, поскольку прокладка их под землей очень дорога.

Не существует фиксированной границы между субпередачей и передачей или субпередачей и распределением . Диапазоны напряжений несколько перекрываются. Напряжения 69 кВ, 115 кВ и 138 кВ часто используются для субтрансляции в Северной Америке. По мере развития энергетических систем напряжения, ранее использовавшиеся для передачи, использовались для субпередачи, а напряжения субпередачи стали напряжениями распределения. Подобно передаче, субпередача перемещает относительно большие объемы мощности, и, как и распределение, субпередача охватывает область, а не только между двумя точками. ^[28]

Выход из сетки передачи [ править ]

На подстанциях трансформаторы снижают напряжение до более низкого уровня для распределения между коммерческими и бытовыми потребителями. Это распределение осуществляется с помощью комбинации под-передачи (от 33 до 132 кВ) и распределения (от 3,3 до 25 кВ). Наконец, в точке использования энергия преобразуется в низкое напряжение (в зависимости от страны и требований заказчика - см. Электросеть в зависимости от страны ).

Преимущество высоковольтной передачи электроэнергии [ править ]

Передача электроэнергии высокого напряжения позволяет снизить резистивные потери на больших расстояниях в проводке. Такая эффективность передачи высокого напряжения позволяет передавать большую часть генерируемой энергии на подстанции и, в свою очередь, на нагрузки, что приводит к экономии эксплуатационных расходов.

В упрощенной модели предположим, что электрическая сеть доставляет электроэнергию от генератора (моделируемого как идеальный источник напряжения с напряжением , выдающего мощность ) в единую точку потребления, моделируемую чистым сопротивлением , когда провода достаточно длинные, чтобы иметь значительное сопротивление .${\ displaystyle V}$${\ displaystyle P_ {V}}$${\ displaystyle R}$${\ displaystyle R_ {C}}$

Если сопротивления просто включены последовательно без какого-либо трансформатора между ними, схема действует как делитель напряжения , потому что один и тот же ток проходит через сопротивление провода и подключенное устройство. Как следствие, полезная мощность (используемая в точке потребления) составляет:${\ displaystyle I = {\ frac {V} {R + R_ {C}}}}$

${\ Displaystyle P_ {R} = V_ {2} \ times I = V {\ frac {R} {R + R_ {C}}} \ times {\ frac {V} {R + R_ {C}}} = {\ frac {R} {R + R_ {C}}} \ times {\ frac {V ^ {2}} {R + R_ {C}}} = {\ frac {R} {R + R_ {C} }} P_ {V}}$

Теперь предположим, что трансформатор преобразует высоковольтную слаботочную электроэнергию, переносимую по проводам, в низковольтную сильноточную электроэнергию для использования в точке потребления. Если мы предположим, что это идеальный трансформатор с коэффициентом напряжения (т. Е. Напряжение делится на, а ток умножается на вторичную ветвь по сравнению с первичной ветвью), тогда схема снова эквивалентна делителю напряжения, но провода передачи теперь имеют кажущееся сопротивление всего . Тогда полезная мощность равна:${\ displaystyle a}$${\ displaystyle a}$${\ displaystyle a}$${\ Displaystyle R_ {C} / а ^ {2}}$

${\ displaystyle P_ {R} = V_ {2} \ times I_ {2} = {\ frac {a ^ {2} R \ times V ^ {2}} {(a ^ {2} R + R_ {C} ) ^ {2}}} = {\ frac {a ^ {2} R} {a ^ {2} R + R_ {C}}} P_ {V} = {\ frac {R} {R + R_ {C } / а ^ {2}}} P_ {V}}$

Для (т. Е. Преобразования высокого напряжения в низкое около точки потребления) большая часть мощности генератора передается в точку потребления, а меньшая часть теряется на джоулев нагрев .${\ displaystyle a> 1}$

Моделирование и матрица передачи [ править ]

Часто нас интересуют только характеристики клемм линии передачи, которые представляют собой напряжение и ток на передающем (S) и приемном (R) концах. Затем сама линия передачи моделируется как «черный ящик», и матрица передачи 2 на 2 используется для моделирования ее поведения следующим образом:

${\displaystyle {\begin{bmatrix}V_{\mathrm {S} }\\I_{\mathrm {S} }\\\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}A&B\\C&D\\\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}V_{\mathrm {R} }\\I_{\mathrm {R} }\\\end{bmatrix}}}$

Предполагается, что линия является обратной симметричной сетью, а это означает, что метки приема и отправки могут переключаться без каких-либо последствий. Матрица передачи T также обладает следующими свойствами:

• ${\displaystyle \det(T)=AD-BC=1}$
• ${\displaystyle A=D}$

Параметры , B , C , и D , отличаются в зависимости от того, как желаемые модели ручки состав дороги сопротивления ( R ), индуктивности ( L ), емкости ( С ) и шунтирующий (параллельный, утечки) проводимости G . Четыре основные модели - это приближение короткой линии, приближение средней линии, приближение длинной линии (с распределенными параметрами) и линия без потерь. Во всех описанных моделях заглавная буква, например R, обозначает общее количество, суммируемое по строке, а строчная буква, например c относится к количеству на единицу длины.

Линия без потерь [ править ]

Без потерь линии аппроксимация является наименее точной моделью; он часто используется на коротких линиях, когда индуктивность линии намного больше, чем ее сопротивление. Для этого приближения напряжение и ток на передающей и принимающей сторонах идентичны.

Характеристический импеданс является чисто реальным, что означает резистивный для этого импеданса, и его часто называют импульсным сопротивлением для линии без потерь. Когда линия без потерь оканчивается импульсным сопротивлением, падение напряжения отсутствует. Хотя фазовые углы напряжения и тока меняются, значения напряжения и тока остаются постоянными по длине линии. При нагрузке> SIL напряжение на передающем конце упадет, и линия будет «потреблять» VAR. Для нагрузки <SIL напряжение будет увеличиваться от передающего конца, и линия будет «генерировать» переменные.

Короткая строка [ править ]

Короткая линия приближение обычно используется для линий менее чем в 80 км (50 миль) в длину. Для короткой линии учитывается только последовательный импеданс Z , а C и G игнорируются. Конечный результат: A = D = 1 на единицу , B = Z Ом и C = 0 . Соответствующая матрица перехода для этого приближения поэтому:

${\displaystyle {\begin{bmatrix}V_{\mathrm {S} }\\I_{\mathrm {S} }\\\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}1&Z\\0&1\\\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}V_{\mathrm {R} }\\I_{\mathrm {R} }\\\end{bmatrix}}}$

Средняя линия [ править ]

Средней линии приближения используется для линий между 80 и 250 км (50-150 миль) в длину. В этой модели учитываются последовательное сопротивление и проводимость шунта (утечки тока), при этом половина проводимости шунта размещается на каждом конце линии. Эту схему часто называют схемой «номинального π (пи) » из-за формы ( π ), которая принимается, когда проводимость утечки помещается с обеих сторон схемы. Анализ средней линии приводит к следующему результату:

${\displaystyle {\begin{aligned}A&=D=1+{\frac {GZ}{2}}{\text{ per unit}}\\B&=Z\Omega \\C&=G{\Big (}1+{\frac {GZ}{4}}{\Big )}S\end{aligned}}}$

Противоинтуитивное поведение линий передачи средней протяженности:

• повышение напряжения на холостом ходу или малом токе ( эффект Ферранти )
• ток на приемной стороне может превышать ток на отправляющей стороне

Длинная очередь [ править ]

Модель длинной линии используется, когда требуется более высокая степень точности или когда длина рассматриваемой линии превышает 250 км (150 миль). Последовательное сопротивление и шунтирующая проводимость считаются распределенными параметрами, что означает, что каждая дифференциальная длина линии имеет соответствующий дифференциальный последовательный импеданс и шунтирующую проводимость. Следующий результат может быть применен в любой точке линии передачи, где - постоянная распространения .${\displaystyle \gamma }$

${\displaystyle {\begin{aligned}A&=D=\cosh(\gamma x){\text{ per unit}}\\[3mm]B&=Z_{c}\sinh(\gamma x)\Omega \\[2mm]C&={\frac {1}{Z_{c}}}\sinh(\gamma x)S\end{aligned}}}$

Чтобы найти напряжение и ток в конце длинной строки, следует заменить на (длину строки) во всех параметрах матрицы передачи.${\displaystyle x}$${\displaystyle l}$

(Для полного развития этой модели см . Уравнения Телеграфа .)

Высоковольтный постоянный ток [ править ]

Постоянный ток высокого напряжения (HVDC) используется для передачи большого количества энергии на большие расстояния или для соединения между асинхронными сетями. Когда электрическая энергия должна передаваться на очень большие расстояния, потери мощности при передаче переменного тока становятся заметными, и становится дешевле использовать постоянный ток вместо переменного тока . Для очень длинной линии передачи эти более низкие потери (и меньшая стоимость строительства линии постоянного тока) могут компенсировать дополнительные затраты на необходимые преобразовательные подстанции на каждом конце.

HVDC также используется для длинных подводных кабелей, где переменный ток не может использоваться из-за емкости кабеля. ^[29] В этих случаях используются специальные высоковольтные кабели для постоянного тока. Подводные системы HVDC часто используются для подключения электрических сетей островов, например, между Великобританией и континентальной Европой , между Великобританией и Ирландией , между Тасманией и материковой частью Австралии , между Северными и Южными островами Новой Зеландии , между Нью-Джерси. и Нью-Йорком , и между Нью-Джерси и Лонг-Айлендом. В настоящее время используются подводные лодки длиной до 600 километров (370 миль). ^[30]

Соединения HVDC можно использовать для решения проблем в сети с потоком электроэнергии переменного тока. Мощность, передаваемая линией переменного тока, увеличивается по мере увеличения фазового угла между конечным напряжением источника и конечной точкой назначения, но слишком большой фазовый угол позволит системам на любом конце линии выйти из такта. Поскольку поток мощности в звене постоянного тока управляется независимо от фаз сетей переменного тока на любом конце звена, этот предел фазового угла не существует, и звено постоянного тока всегда может передавать свою полную номинальную мощность. Таким образом, звено постоянного тока стабилизирует сеть переменного тока на обоих концах, поскольку поток мощности и фазовый угол могут регулироваться независимо.

Например, для регулировки потока электроэнергии переменного тока на гипотетической линии между Сиэтлом и Бостоном потребуется регулировка относительной фазы двух региональных электрических сетей. Это обычное явление в системах переменного тока, но оно может быть нарушено, когда компоненты системы переменного тока выходят из строя и создают неожиданные нагрузки на оставшуюся работающую систему электросети. Вместо этого с линией HVDC такое соединение:

1. Преобразование переменного тока в Сиэтле в HVDC;
2. Используйте HVDC для передачи по пересеченной местности на расстояние 3000 миль (4800 км); и
3. Преобразуйте HVDC в локально синхронизированный переменный ток в Бостоне,

(и, возможно, в других сотрудничающих городах по маршруту передачи). Такая система могла бы быть менее подвержена сбоям, если бы ее части были внезапно отключены. Одним из примеров длинной линии электропередачи постоянного тока является Pacific DC Intertie, расположенная на западе США .

Емкость [ править ]

Количество энергии, которое может быть передано по линии передачи, ограничено. Истоки ограничений различаются в зависимости от длины линии. Для короткой линии нагрев проводников из-за потерь в линии устанавливает тепловой предел. Если потребляется слишком большой ток, проводники могут провисать слишком близко к земле, а проводники и оборудование могут быть повреждены из-за перегрева. Для линий средней протяженности порядка 100 километров (62 миль) предел устанавливается падением напряжения в линии. Для более длинных линий переменного тока стабильность системыустанавливает предел передаваемой мощности. Примерно мощность, протекающая по линии переменного тока, пропорциональна косинусу фазового угла напряжения и тока на приемном и передающем концах. Этот угол варьируется в зависимости от загрузки системы и поколения. Нежелательно, чтобы угол приближался к 90 градусам, так как протекающая мощность уменьшается, но резистивные потери остаются. Приблизительно допустимое произведение длины линии и максимальной нагрузки пропорционально квадрату напряжения системы. Последовательные конденсаторы или фазосдвигающие трансформаторы используются на длинных линиях для повышения стабильности. Линии постоянного тока высокого напряжения имеют ограничения только по температуре и падению напряжения, поскольку фазовый угол не имеет значения для их работы.

До сих пор было почти невозможно предвидеть распределение температуры вдоль трассы кабеля, поэтому максимально допустимая токовая нагрузка обычно устанавливалась как компромисс между пониманием условий эксплуатации и минимизацией риска. Наличие промышленных распределенных датчиков температуры(DTS) системы, которые в реальном времени измеряют температуру по всему кабелю, являются первым шагом в мониторинге пропускной способности системы передачи. Это решение для мониторинга основано на использовании пассивных оптических волокон в качестве датчиков температуры, встроенных непосредственно в высоковольтный кабель или установленных снаружи на изоляции кабеля. Также доступно решение для воздушных линий. В этом случае оптическое волокно интегрируется в сердцевину фазового провода воздушных линий передачи (OPPC). Интегрированное решение Dynamic Cable Rating (DCR) или также называемое тепловым рейтингом в реальном времени (RTTR) позволяет не только постоянно контролировать температуру цепи высоковольтного кабеля в режиме реального времени, но и безопасно использовать существующую пропускную способность сети до максимума. Более того,он дает возможность оператору прогнозировать поведение системы передачи при значительных изменениях, внесенных в ее начальные условия эксплуатации.

Контроль [ править ]

Для обеспечения безопасной и предсказуемой работы компоненты системы передачи управляются генераторами, переключателями, автоматическими выключателями и нагрузками. Параметры напряжения, мощности, частоты, коэффициента нагрузки и надежности системы передачи разработаны для обеспечения рентабельности работы для потребителей.

Балансировка нагрузки [ править ]

Система передачи обеспечивает способность выдерживать базовую и пиковую нагрузки с запасами безопасности и отказоустойчивости. Время пиковой нагрузки зависит от региона в основном из-за структуры отрасли. В очень жарком и очень холодном климате домашние кондиционеры и отопление влияют на общую нагрузку. Обычно они наиболее высоки в конце дня в самую жаркую часть года и в середине утра и в середине вечера в самую холодную часть года. Это заставляет требования к питанию варьироваться в зависимости от сезона и времени суток. При проектировании распределительных систем всегда учитываются базовая и пиковая нагрузки.

Система передачи обычно не имеет большой возможности буферизации для согласования нагрузок с генерацией. Таким образом, генерация должна быть согласована с нагрузкой, чтобы предотвратить отказы генерирующего оборудования из-за перегрузки.

К системе передачи могут быть подключены несколько источников и нагрузок, и ими необходимо управлять для обеспечения упорядоченной передачи энергии. При централизованном производстве электроэнергии необходимо только локальное управление генерацией, и оно включает синхронизацию генерирующих блоков , чтобы предотвратить большие переходные процессы и условия перегрузки.

При распределенном производстве электроэнергии генераторы распределены географически, и процесс их перевода в режим онлайн и в автономный режим необходимо тщательно контролировать. Сигналы управления нагрузкой могут отправляться либо по отдельным линиям, либо по самим линиям электропередач. Напряжение и частота могут использоваться в качестве сигнальных механизмов для балансировки нагрузок.

В сигнализации напряжения изменение напряжения используется для увеличения генерации. Мощность, добавляемая любой системой, увеличивается с уменьшением напряжения в сети. Такое расположение в принципе стабильно. Регулирование на основе напряжения сложно использовать в ячеистых сетях, поскольку отдельные компоненты и уставки необходимо будет перенастраивать каждый раз, когда к сети добавляется новый генератор.

В частотной сигнализации генерирующие блоки соответствуют частоте системы передачи энергии. При регулировании спада скорости , если частота уменьшается, мощность увеличивается. (Падение частоты сети указывает на то, что повышенная нагрузка вызывает замедление работы генераторов.)

Ветровые турбины , транспортные средства и другие локально распределенные системы хранения и генерации могут быть подключены к электросети и взаимодействовать с ней для улучшения работы системы. На международном уровне наблюдается медленный переход от сильно централизованной энергосистемы к децентрализованной энергосистеме. Основным преимуществом локально распределенных систем генерации, включающих ряд новых и инновационных решений, является то, что они снижают потери при передаче, приводя к потреблению электроэнергии ближе к месту ее производства. ^[31]

Защита от сбоев [ править ]

В условиях чрезмерной нагрузки система может быть спроектирована так, чтобы отказывать изящно, а не сразу. Перебои в работе происходят, когда мощность питания падает ниже требуемой . Отключение электроэнергии происходит при полном отключении питания.

Периодические отключения электроэнергии (также называемые отключением нагрузки) - это специально спланированные отключения электроэнергии, используемые для распределения недостаточной мощности, когда спрос на электроэнергию превышает предложение.

Связь [ править ]

Операторам протяженных линий электропередачи необходимы надежные средства связи для управления энергосистемой и, зачастую, соответствующими объектами генерации и распределения. Защитные реле с обнаружением неисправностей на каждом конце линии должны обмениваться данными для контроля потока мощности в защищаемый участок линии и из него, чтобы можно было быстро обесточить неисправные проводники или оборудование и восстановить баланс системы. Защита линии передачи от коротких замыканий и других неисправностей обычно настолько критична, что электросвязь с обычными операторами связи оказывается недостаточно надежной, а в отдаленных районах общий оператор связи может быть недоступен. Системы связи, связанные с проектом передачи, могут использовать:

• Микроволны
• Связь по линии электропередачи
• Оптические волокна

Редко и на небольших расстояниях коммунальное предприятие будет использовать контрольные провода, натянутые вдоль пути линии передачи. Арендованные каналы от общих операторов связи не являются предпочтительными, поскольку их доступность не контролируется организацией по передаче электроэнергии.

Линии передачи также могут использоваться для передачи данных: это называется несущей по линии электропередачи или связью по линии электропередачи (PLC). Сигналы ПЛК могут быть легко приняты с помощью радио в длинноволновом диапазоне.

Оптические волокна могут быть включены в многопроволочные жилы линии передачи, в воздушные экранирующие провода. Эти кабели известны как оптический заземляющий провод ( OPGW ). Иногда используется автономный кабель, полностью диэлектрический самонесущий ( ADSS ), прикрепляемый к поперечине линии передачи.

Некоторые юрисдикции, такие как Миннесота , запрещают компаниям по передаче энергии продавать избыточную полосу пропускания связи или выступать в качестве общего оператора связи . Там, где это разрешено регулирующей структурой, коммунальное предприятие может продавать емкость из сверхтемных волокон обычному оператору связи, обеспечивая другой поток доходов.

Реформа рынка электроэнергии [ править ]

Некоторые регулирующие органы считают передачу электроэнергии естественной монополией ^{[32] [33],} и во многих странах предпринимаются шаги по отдельному регулированию передачи (см. Рынок электроэнергии ).

Испания была первой страной, создавшей региональную передающую организацию . В этой стране операции по передаче и рыночные операции контролируются отдельными компаниями. Оператором системы передачи является Red Eléctrica de España (REE), а оператором оптового рынка электроэнергии - Operador del Mercado Ibérico de Energía - Polo Español, SA (OMEL) OMEL Holding | Омель Холдинг . Передающая система Испании взаимосвязана с системами Франции, Португалии и Марокко.

Создание RTO в Соединенных Штатах было стимулировано приказом FERC 888 « Содействие оптовой конкуренции посредством недискриминационного открытого доступа к услугам по передаче электроэнергии, предоставляемым коммунальными предприятиями»; «Возмещение неокупаемых затрат коммунальными предприятиями и передающими коммунальными предприятиями» , выпущен в 1996 году. ^[34] В Соединенных Штатах и ​​некоторых частях Канады несколько компаний по передаче электроэнергии работают независимо от генерирующих компаний, но все же есть регионы - юг Соединенных Штатов - где вертикаль вертикальна. интеграция электрической системы не нарушена. В регионах разделения владельцы передачи и владельцы генерации продолжают взаимодействовать друг с другом как участники рынка с правом голоса в пределах своих RTO. RTO в США регулируютсяФедеральная комиссия по регулированию энергетики .

Стоимость передачи электроэнергии [ править ]

Стоимость передачи электроэнергии высокого напряжения (в отличие от затрат на распределение электроэнергии ) сравнительно невысока по сравнению со всеми другими затратами, возникающими в счетах потребителя за электроэнергию. В Великобритании затраты на передачу составляют около 0,2 пенсов за кВтч по сравнению с внутренней ценой около 10 пенсов за кВтч. ^[35]

Согласно исследованиям, уровень капитальных вложений на рынке оборудования для контроля и передачи электроэнергии в 2011 г. составит 128,9 млрд долларов ^[36].

Торговая передача [ править ]

Торговая передача - это договоренность, при которой третья сторона строит и эксплуатирует линии электропередачи через зону франшизы несвязанного действующего коммунального предприятия.

Действующие коммерческие проекты передачи в США включают в себя кабель Cross Sound из Шорхэма, Нью-Йорк, в Нью-Хейвен, Коннектикут , линию передачи Neptune RTS из Сейревилля, Нью-Джерси, в Нью-Бридж, Нью-Йорк , и тракт 15 в Калифорнии. Дополнительные проекты находятся в разработке или были предложены на всей территории Соединенных Штатов, включая Лейк-Эри Коннектор, подводную линию электропередачи, предложенную ITC Holdings Corp., соединяющую Онтарио с объектами обслуживания нагрузки в регионе PJM Interconnection. ^[37]

В Австралии есть только один нерегулируемый или рыночный соединительный узел : Basslink между Тасманией и Викторией . Два DC ссылка изначально реализован как на рынке межсистемные, Directlink и Murraylink , были преобразована в регулируемые межсистемных. НЕММКО

Основным препятствием для более широкого внедрения коммерческой передачи данных является сложность определения того, кто извлекает выгоду из объекта, чтобы бенефициары платили за проезд. Кроме того, коммерческой линии передачи трудно конкурировать, когда альтернативные линии передачи субсидируются существующими коммунальными предприятиями с монополизированной и регулируемой тарифной базой. ^[38] В Соединенных Штатах Приказ 1000 FERC , изданный в 2010 году, пытается снизить барьеры для инвестиций третьих сторон и создания торговых линий электропередачи там, где есть необходимость государственной политики. ^[39]

Проблемы со здоровьем [ править ]

Некоторые крупные исследования, в том числе крупное исследование в Соединенных Штатах, не смогли найти никакой связи между жизнью рядом с линиями электропередач и развитием каких-либо болезней или заболеваний, таких как рак. Исследование 1997 года показало, что неважно, насколько близко вы находитесь к линии электропередачи или подстанции, не было повышенного риска рака или болезни. ^[40]

Основные научные данные свидетельствуют о том, что маломощное низкочастотное электромагнитное излучение, связанное с домашними токами и линиями электропередачи с высокой мощностью, не представляет краткосрочной или долгосрочной опасности для здоровья. Однако некоторые исследования обнаружили статистическую корреляцию между различными заболеваниями и жизнью или работой вблизи линий электропередач. Нет доказательств неблагоприятного воздействия на здоровье людей, не проживающих вблизи линий электропередач. ^[41]

Комиссия по государственной службе штата Нью-Йорк провела исследование, зафиксированное в Заключении № 78-13.(выпущено 19 июня 1978 г.) для оценки потенциального воздействия электрических полей на здоровье. Номер дела в исследовании слишком стар, чтобы его можно было указать в качестве номера дела в онлайн-базе данных комиссии, DMM, поэтому найти исходное исследование может быть сложно. В исследовании было выбрано использование напряженности электрического поля, которая была измерена на краю существующей (но недавно построенной) полосы отчуждения на линии электропередачи 765 кВ из Нью-Йорка в Канаду, 1,6 кВ / м, в качестве промежуточного стандартного максимума. электрическое поле на краю любой новой полосы отвода линии электропередачи, построенной в штате Нью-Йорк после выдачи приказа. Мнение также ограничило напряжение всех новых линий электропередачи, построенных в Нью-Йорке, до 345 кВ. 11 сентября 1990 г., после аналогичного исследования напряженности магнитного поля, NYSPSC опубликовал свое временное заявление о политике в отношении магнитных полей.. Это исследование установило временный стандарт магнитного поля в 200 мГс на краю полосы отвода с использованием нормальных для зимы номиналов проводников. Этот более поздний документ также может быть трудно найти в онлайн-базе данных NYSPSC, поскольку он предшествует онлайн-системе баз данных. По сравнению с повседневными предметами, фен или электрическое одеяло создают магнитное поле от 100 до 500 мГс. Электробритва может выдавать 2,6 кВ / м. В то время как электрические поля могут быть экранированы, магнитные поля не могут быть экранированы, но обычно сводятся к минимуму путем оптимизации расположения каждой фазы цепи в поперечном сечении. ^{[42] [43]}

Когда предлагается новая линия электропередачи, в заявке в соответствующий регулирующий орган (обычно комиссию по коммунальным предприятиям) часто проводится анализ уровней электрического и магнитного поля на границе полосы отвода. Эти анализы выполняются коммунальным предприятием или консультантом по электротехнике с использованием программного обеспечения для моделирования. По крайней мере, одна государственная комиссия по коммунальным предприятиям имеет доступ к программному обеспечению, разработанному инженером или инженерами Бонневильского энергетического управления, для анализа электрических и магнитных полей на краю полосы отвода для предлагаемых линий электропередачи. Часто комиссии по коммунальному хозяйству не комментируют какие-либо воздействия на здоровье электрических и магнитных полей и направляют соискателей информации в аффилированный с государством департамент здравоохранения.

Установлены биологические эффекты острого воздействия высоких уровней магнитных полей, значительно превышающих 100  мкТл (1  Гс ) (1000 мГс). В жилых помещениях имеются «ограниченные доказательства канцерогенности для людей и менее чем достаточные доказательства канцерогенности у экспериментальных животных», в частности лейкоз у детей, связанный со средним воздействием магнитного поля промышленной частоты выше 0,3 мкТл (3 мГ) в жилых помещениях. до 0,4 мкТл (4 мГс). Эти уровни превышают средние значения магнитных полей промышленной частоты в жилых домах, которые составляют около 0,07 мкТл (0,7 мГс) в Европе и 0,11 мкТл (1,1 мГс) в Северной Америке. ^{[44] [45]}

Напряженность естественного геомагнитного поля Земли колеблется на поверхности планеты от 0,035 мТл до 0,07 мТл (от 35 мкТл до 70 мкТл или от 350 до 700 мГл), в то время как Международный стандарт для предела непрерывного воздействия установлен на уровне 40 мТл (400000 мГл или 400 G) для широкой публики. ^[44]

Регуляторы роста деревьев и методы борьбы с гербицидами могут использоваться на полосах отвода линий электропередачи ^[46], что может иметь последствия для здоровья .

Политика по странам [ править ]

Соединенные Штаты [ править ]

Федеральная комиссия по регулированию энергетики (FERC) является основным регулирующим органом по передаче электрической энергии и оптовых продаж электроэнергии в Соединенных Штатах. Первоначально она была учреждена Конгрессом в 1920 году как Федеральная энергетическая комиссия и с тех пор претерпела множество изменений в названии и ответственности. То, что не регулируется FERC, в первую очередь распределение электроэнергии и розничная продажа электроэнергии, находится в ведении государственной власти.

Двумя наиболее заметными политиками США в области энергетики, влияющими на передачу электроэнергии, являются Приказ № 888 и Закон об энергетической политике 2005 года .

Приказ № 888, принятый FERC 24 апреля 1996 года, был «разработан для устранения препятствий для конкуренции на оптовом рынке электроэнергии и обеспечения более эффективной и недорогой электроэнергии для потребителей электроэнергии в стране». Правовой и политический краеугольный камень этих правил заключается в устранении неоправданной дискриминации в доступе к проводам электропередачи, принадлежащим монополистам, которые контролируют, можно ли и кому транспортировать электроэнергию в рамках межгосударственной торговли ». ^[47]Приказ № 888 требует, чтобы все коммунальные предприятия, которые владеют, контролируют или эксплуатируют объекты, используемые для передачи электроэнергии в межгосударственной торговле, имели недискриминационные тарифы на передачу открытого доступа. Эти тарифы позволяют любому производителю электроэнергии использовать уже существующие линии электропередач для передачи вырабатываемой электроэнергии. Приказ № 888 также разрешает коммунальным предприятиям возмещать расходы, связанные с предоставлением их линий электропередач в качестве услуги открытого доступа. ^{[47] [48]}

Закон об энергетической политике 2005 г. (EPAct), подписанный конгрессом 8 августа 2005 г., еще больше расширил федеральные полномочия по регулированию передачи электроэнергии. EPAct возложило на FERC новые важные обязанности, включая, помимо прочего, обеспечение соблюдения стандартов надежности передачи электроэнергии и установление тарифных стимулов для поощрения инвестиций в передачу электроэнергии. ^[49]

Исторически сложилось так, что органы местного самоуправления осуществляли власть над энергосистемой и имели значительные препятствия для поощрения действий, которые могли бы принести пользу другим государствам, кроме их собственного. У населенных пунктов с дешевой электроэнергией нет стимулов для облегчения межгосударственной торговли электроэнергией, поскольку другие регионы смогут конкурировать за местную энергию и повышать тарифы. Например, некоторые регулирующие органы в штате Мэн не желают решать проблемы перегрузки, потому что перегрузка служит для поддержания низких ставок в штате Мэн. ^[50]Кроме того, громкие местные жители могут блокировать или замедлять выдачу разрешений, указывая на визуальное воздействие, окружающую среду и предполагаемые проблемы со здоровьем. В США генерация растет в четыре раза быстрее, чем передача, но большие модернизации передачи требуют координации нескольких штатов, множества разрешений на блокировку и сотрудничества между значительной частью из 500 компаний, владеющих сетью. С политической точки зрения, контроль над сетью балканизирован , и даже бывший министр энергетики Билл Ричардсон называет ее энергосистемой третьего мира . В ЕС и США были попытки решить эту проблему. Заинтересованность национальной безопасности США в значительном увеличении пропускной способности электропередачи привела к принятию Закона об энергетике 2005 г.предоставление Министерству энергетики полномочий утверждать передачу, если государства отказываются действовать. Однако вскоре после того, как Министерство энергетики использовало свои полномочия для определения двух коридоров электропередачи, представляющих национальный интерес , 14 сенаторов подписали письмо, в котором говорилось, что Министерство энергетики ведет себя слишком агрессивно. ^[51]

Специальная передача [ править ]

Сетки для железных дорог [ править ]

В некоторых странах, где электровозы или электровозы работают от низкочастотного переменного тока, существуют отдельные однофазные тяговые электрические сети, эксплуатируемые железными дорогами. Яркие примерами являются странами Европы ( в том числе Австрии , Германии и Швейцарии ) , которые используют старую технологию переменного тока на основе 16  ² / ₃  Гц (Норвегия и Швеция также используют эту частоту , но использовать преобразование от сети общего пользования 50 Гц, Швеция имеет 16  ^- / ₃  Гц тяговая сеть, но только для части системы).

Сверхпроводящие кабели [ править ]

Было предложено разделить этот раздел на другую статью под названием « Сверхпроводящая линия передачи» . ( Обсудить ) (март 2020)

Высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП) обещают произвести революцию в распределении энергии, обеспечивая передачу электроэнергии без потерь. Разработка сверхпроводников с температурами перехода выше точки кипения жидкого азота сделала концепцию сверхпроводящих линий электропередач коммерчески осуществимой, по крайней мере, для приложений с высокими нагрузками. ^[52] Было подсчитано, что с помощью этого метода количество отходов будет уменьшено вдвое, поскольку необходимое холодильное оборудование потребляло бы примерно половину энергии, сэкономленной за счет устранения большинства резистивных потерь. Некоторые компании, такие как Consolidated Edison и American Superconductor , уже начали коммерческое производство таких систем. ^[53]В одной гипотетической системе будущего, называемой SuperGrid , затраты на охлаждение будут устранены за счет соединения линии передачи с трубопроводом жидкого водорода.

Сверхпроводящие кабели особенно подходят для районов с высокой плотностью нагрузки, таких как деловой район больших городов, где покупка сервитутов для кабелей будет очень дорогостоящей. ^[54]

Однопроводное заземление [ править ]

Однопроводной возврат на землю (SWER) или однопроводной возврат на землю - это однопроводная линия передачи для подачи однофазной электроэнергии для электросети в удаленные районы по низкой цене. Он в основном используется для электрификации сельских районов, но также находит применение для больших изолированных нагрузок, таких как водяные насосы. Однопроводное заземление также используется для высоковольтного постоянного тока над подводными силовыми кабелями.

Беспроводная передача энергии [ править ]

И Никола Тесла, и Хидецугу Яги пытались разработать системы для крупномасштабной беспроводной передачи энергии в конце 1800-х - начале 1900-х годов, но без коммерческого успеха.

В ноябре 2009 года LaserMotive выиграла конкурс NASA 2009 Power Beaming Challenge, направив кабельного альпиниста на 1 км вертикально с помощью наземного лазерного передатчика. Система вырабатывала до 1 кВт мощности на приемной стороне. В августе 2010 года НАСА заключило контракт с частными компаниями на разработку систем лазерного излучения для питания спутников на низкой околоземной орбите и для запуска ракет с использованием мощных лазерных лучей.

Беспроводная передача энергии изучалась для передачи энергии от солнечных энергетических спутников к Земле. Массив микроволновых или лазерных передатчиков высокой мощности будет направлять энергию на ректенну . Любой проект спутника солнечной энергии сталкивается с серьезными инженерными и экономическими проблемами.

Безопасность систем управления [ править ]

Примеры и перспективы в этой статье могут не отражать общий взгляд на предмет . Вы можете улучшить эту статью , обсудить проблему на странице обсуждения или, при необходимости, создать новую статью . ( Март 2013 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Федеральное правительство Соединенных Штатов признает , что энергосистема восприимчива к кибер-войне . ^{[60] [61]} Департамент США по национальной безопасности работает с промышленностью в целях выявления уязвимостей и помочь отраслям повысить безопасность системы управления сетями, федеральное правительство также работает , чтобы обеспечить безопасность построена как США разрабатывают следующие создание сетей «умных сетей». ^[62]

В июне 2019 года Россия признала, что ее электросеть «возможно» подвергается кибератаке со стороны Соединенных Штатов. ^[63] New York Times сообщила, что американские хакеры из Киберкомандования США внедрили вредоносное ПО, потенциально способное нарушить работу российской электросети. ^[64]

Записи [ править ]

• Система наивысшей мощности: 12 ГВт Чжундун – Ваннань （准 东 - 皖南） ± 1100 кВ постоянного тока постоянного тока. ^{[65] [66]}
• Наивысшее напряжение передачи (AC):
  • запланировано: 1,20 МВ (сверхвысокое напряжение) на линии Вардха-Аурангабад ( Индия ) - в стадии строительства. Первоначально будет работать на 400 кВ. ^[67]
  • в мире: 1,15 МВ (сверхвысокое напряжение) на линии Экибастуз-Кокшетау ( Казахстан )
• Самая большая двухконтурная трансмиссия Kita-Iwaki Powerline ( Япония ).
• Самые высокие башни : переход через реку Янцзы ( Китай ) (высота: 345 м или 1132 фута)
• Самая длинная линия электропередачи: Инга-Шаба ( Демократическая Республика Конго ) (длина: 1700 километров или 1056 миль)
• Самый длинный пролет линии электропередачи: 5 376 м (17 638 футов) в районе Амералик Спан ( Гренландия , Дания )
• Самые длинные подводные кабели:
  • НорНед , Северное море ( Норвегия / Нидерланды ) - (длина подводного кабеля: 580 километров или 360 миль)
  • Басслинк , Бассов пролив , ( Австралия ) - (длина подводного кабеля: 290 километров или 180 миль, общая длина: 370,1 километра или 230 миль)
  • Балтийский кабель , Балтийское море ( Германия / Швеция ) - (длина подводного кабеля: 238 километров или 148 миль, длина HVDC : 250 километров или 155 миль, общая длина: 262 километра или 163 мили)
• Самые длинные подземные кабели:
  • Мюррейлинк , Риверленд / Санрайсия (Австралия) - (длина подземного кабеля: 170 километров или 106 миль)

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Дальнейшее чтение [ править ]

• Григсби, Л.Л., и др. Справочник по электроэнергетике . США: CRC Press. (2001). ISBN 0-8493-8578-4 
• Хьюз, Томас П. , Энергетические сети: электрификация в западном обществе 1880–1930 , издательство Университета Джона Хопкинса, Балтимор, 1983 ISBN 0-8018-2873-2 , отличный обзор развития в течение первых 50 лет коммерческой электроэнергетики. 
• Рейли, Хелен (2008). Соединяя страну - Национальная сеть Новой Зеландии 1886–2007 гг . Веллингтон: Стил Робертс. С. 376 стр. ISBN 978-1-877448-40-9.
• Pansini, Anthony J, EE, подземные электрические линии PE . США, компания Hayden Book Co, 1978. ISBN 0-8104-0827-9 
• Westinghouse Electric Corporation, " Патенты на передачу электроэнергии; многофазная система Тесла ". (Передача энергии; многофазная система; патенты Tesla )
• Физика повседневных вещей - Линии передачи

Викискладе есть медиафайлы по теме передачи электроэнергии .

Поищите информацию о электросетях в Викисловаре, бесплатном словаре.