Передача электроэнергии - Википедия - Electric power transmission

500 кВ Трехфазная электрическая мощность Линии передачи на Плотина Гранд-Кули; показаны четыре схемы; две дополнительные цепи закрыты деревьями справа; вся генерирующая мощность плотины 7079 МВт приходится на эти шесть цепей.

Передача электроэнергии это массовое движение электроэнергия из создание сайт, например электростанция, для электрическая подстанция. Взаимосвязанные линии, облегчающие это движение, известны как сеть передачи. Это отличается от местной проводки между высоковольтными подстанциями и потребителями, которую обычно называют распределение электроэнергии. Комбинированная сеть передачи и распределения является частью доставка электричества, известный как "Энергосистема " в Северная Америка, или просто «сетка». в объединенное Королевство, Индия, Танзания, Мьянма, Малайзия и Новая Зеландия, 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 выполняется с помощью трансформаторов.

А синхронная сетка большой площади, также известное как «межсоединение» в Северной Америке, напрямую соединяет многие генераторы, вырабатывающие переменный ток, с одним и тем же родственником. частота многим потребителям. Например, в Северной Америке есть четыре основных межсетевых соединения ( Западное соединение, то Восточное соединение, то Квебекское соединение и Совет по надежности электроснабжения Техаса (ERCOT) сетка). 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 либерализованный регулирование рынок электроэнергии способами, которые привели к отделению бизнеса по передаче электроэнергии от бизнеса по распределению.^[1]

Система

Большинство линий электропередачи являются высоковольтными. трехфазный переменный ток (AC), хотя один этап AC иногда используется в системы электрификации железных дорог. Постоянного тока высокого напряжения (HVDC) технология используется для большей эффективности на очень больших расстояниях (обычно сотни миль). Технология HVDC также используется в подводные силовые кабели (обычно более 30 миль (50 км)), а также 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 каскадные отказы.

Схема электроэнергетической системы; система трансмиссии синего цвета

Электроэнергия передается в высокое напряжение (66 кВ или выше), чтобы уменьшить потери энергии, возникающие при передаче на большие расстояния. Мощность обычно передается через воздушные линии электропередачи. Подземная передача электроэнергии имеет значительно более высокую стоимость установки и большие эксплуатационные ограничения, но снижает затраты на обслуживание. Подземные передачи иногда используются 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 энергии очень точно соответствует спросу. Если потребность в электроэнергии 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 остановок и крупному региональному затемнение. Примеры включают отключение электроэнергии на северо-востоке США. 1965, 1977, 2003, и крупные отключения электроэнергии в других регионах США в 1996 и 2011. Сети электропередачи объединены в региональные, национальные и даже континентальные сети, чтобы снизить риск такого отказа за счет обеспечения нескольких избыточный, альтернативные маршруты подачи электроэнергии в случае таких отключений. Передающие компании определяют максимальную надежную пропускную способность каждой линии (обычно меньше, чем ее физический или тепловой предел), чтобы обеспечить наличие резервной мощности в случае отказа в другой части сети.

Надземная передача

3-х фазные высоковольтные линии в штате Вашингтон, 3-х проводные «в комплекте»

Четырехцепная двухполюсная линия электропередачи; «Связанные» 2-ходовые

Типичный ACSR. Проводник состоит из семи стальных жил, окруженных четырьмя слоями алюминия.

Воздушные провода высокого напряжения не покрываются изоляцией. Материал проводника почти всегда алюминий сплав, состоящий из нескольких нитей и, возможно, усиленный 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 от 12 мм.² (#6 Американский калибр проволоки ) до 750 мм² (1,590,000 круговые милы площадь), с переменным сопротивлением и допустимая нагрузка. Для больших проводников (более нескольких сантиметров в диаметре) на промышленной частоте большая часть тока концентрируется вблизи поверхности из-за скин эффект. Центральная часть проводника пропускает небольшой ток, но увеличивает вес и стоимость проводника. Из-за этого ограничения тока несколько параллельных кабелей (называемых пучок проводников ) используются, когда требуется более высокая емкость. Связанные проводники также используются при высоких напряжениях, чтобы уменьшить потери энергии, вызванные коронный разряд.

Сегодня обычно считается, что напряжение на уровне передачи составляет 110 кВ и выше. Обычно рассматриваются более низкие напряжения, такие как 66 кВ и 33 кВ. субпередача напряжения, но иногда используются на длинных линиях с небольшими нагрузками. Напряжения менее 33 кВ обычно используются для распределение. Учитываются напряжения выше 765 кВ. сверхвысокое напряжение и требуют другой конструкции по сравнению с оборудованием, используемым при более низком напряжении.

Поскольку воздушные провода 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 выходить на рабочие расстояния, что приводит к перекрытие и потеря предложения.^[2]Колебательное движение физической линии можно назвать галоп или флаттер кондуктора в зависимости от частоты и амплитуды колебаний.

Три в ряд электрические опоры в Вебстере, штат Техас

Подземная передача

Электроэнергия также может передаваться подземные силовые кабели 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 через насосы. Если электрическая неисправность повреждает трубу и вызывает утечку диэлектрика в окружающую почву, грузовики с жидким азотом мобилизуются, чтобы заморозить участки трубы, чтобы обеспечить дренаж и ремонт места повреждения трубы. Этот тип кабеля подземной передачи может продлить период ремонта и увеличить затраты на ремонт. Температура трубы и почвы обычно контролируется постоянно на протяжении всего периода ремонта.^[3][4][5]

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

История

Улицы Нью-Йорка в 1890 году. Помимо телеграфных линий, для каждого класса устройств требовалось несколько линий электропередач, требующих разного напряжения.

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 поколение было с постоянный ток (DC), напряжение которого не может быть легко увеличено для передачи на большие расстояния. Различные классы нагрузок (например, освещение, стационарные двигатели и тяговые / железнодорожные системы) требовали разных напряжений, и 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 в то, что сейчас известно как распределенная генерация система с большим количеством малых генераторов, расположенных рядом с их нагрузками.^[8]

Передача электроэнергии с переменный ток (AC) стало возможным после Люсьен Голар и Джон Диксон Гиббс построили то, что они назвали вторичным генератором, ранний трансформатор с передаточным числом 1: 1 и открытой магнитной цепью, в 1881 году.

Первая линия переменного тока протяженностью 34 километра (21 миля) была построена для Международной выставки 1884 года. Турин, Италия. Питался от сети 2 кВ, 130 Гц. Сименс и Гальске Генератор переменного тока и имел несколько вторичных генераторов Голара с последовательно соединенными первичными обмотками, которые питали лампы накаливания. Система доказала возможность передачи электроэнергии переменного тока на большие расстояния.^[7]

Самая первая система кондиционирования воздуха была в эксплуатации в 1885 году на улице Виа дей Черки, Рим, Италия, для уличного освещения. 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 принята на вооружение на Галерея Гросвенор, Лондон. 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 в Westinghouse, Уильям Стэнли-младший провел свое время, выздоравливая в Грейт-Баррингтоне, устанавливая то, что считается первой в мире практичной системой трансформатора переменного тока.

Работая над тем, что он считал непрактичной конструкцией Голлара-Гиббса, инженер-электрик Уильям Стэнли младший в 1885 году разработал то, что считается первым серийным трансформатором переменного тока.^[10] Работаем при поддержке Джордж Вестингауз, в 1886 году он продемонстрировал трансформаторную систему освещения переменного тока в Грейт-Баррингтон, 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]

1888 г. увидел дизайн функционального Двигатель переменного тока, чего этим системам не хватало до того момента. Это были асинхронные двигатели работает на многофазный ток, независимо изобретенный Галилео Феррарис и Никола Тесла (с лицензией на разработку Теслы Westinghouse в США). Этот дизайн получил дальнейшее развитие в современном практичном трехфазный форма Михаил Доливо-Добровольский и Чарльз Юджин Ланселот Браун.^[12] Практическое использование этих типов двигателей будет отложено на много лет из-за проблем развития 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 Ганц 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, медленно сочеталась 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 автомобилях. В том, что становилось универсальная система, эти технологические различия были временно преодолены за счет развития роторные преобразователи и мотор-генераторы это позволит подключить к сети переменного тока большое количество устаревших систем.^[15][16] Эти временные промежутки будут постепенно заменяться по мере вывода из эксплуатации или модернизации старых систем.

Переменный ток Westinghouse многофазный генераторы на выставке 1893 г. Всемирная выставка в Чикаго, часть их «Многофазной системы Тесла». Такие многофазные инновации произвели революцию в трансмиссии.

Первая передача однофазного переменного тока с использованием высокого напряжения произошла в Орегоне в 1890 году, когда энергия 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 произошел в 1891 году во время международная выставка электроэнергии в Франкфурт. Линия электропередачи 15 кВ протяженностью около 175 км, подключена 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 резервная генерирующая мощность может быть распределена между большим количеством клиентов и более широкой географической зоной. Удаленные и недорогие источники энергии, такие как гидроэлектростанция энергетический или шахтный уголь можно было бы использовать для снижения затрат на производство энергии.^[6][9]

Быстрая индустриализация в 20 веке сделала линии электропередач и сети критическая инфраструктура предметы в большинстве промышленно развитых стран. Объединение местных генерирующих станций и малых распределительных сетей было вызвано требованиями Первая Мировая Война с крупными электростанциями, построенными правительствами для обеспечения энергией заводов по производству боеприпасов. Позже эти электростанции были подключены к электроснабжению гражданских нагрузок по дальней связи.^[20]

Массовая передача энергии

А передающая подстанция снижает напряжение поступающей электроэнергии, позволяя ей подключаться от дальних линий электропередач высокого напряжения к местным распределителям низкого напряжения. Он также перенаправляет мощность на другие линии электропередач, обслуживающие местные рынки. Это PacifiCorp Подстанция Хейла, Орем, Юта, СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ

Инженеры проектируют сети передачи для максимально эффективной транспортировки энергии, в то же время принимая во внимание экономические факторы, безопасность сети и резервирование. В этих сетях используются такие компоненты, как линии электропередач, кабели, Автоматические выключатели, переключатели и трансформаторы. Сеть передачи обычно управляется на региональной основе такой организацией, как региональная передающая организация или же 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. Уменьшение тока, протекающего по линии, снижает потери тепла в проводниках. В соответствии с Закон 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 данного размера.

Оптимальный размер проводника для данного напряжения и тока можно оценить следующим образом: Закон Кельвина для размера проводника, в котором указано, что размер является оптимальным, когда годовая стоимость энергии, потраченной впустую в сопротивлении, равна годовым капитальным затратам на обеспечение проводника. 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 электропередачи 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.

Увеличение напряжения достигается в цепях переменного тока за счет использования повышение трансформатор. HVDC Для систем требуется относительно дорогое оборудование 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 энергостанции, линии передачи и подстанции. Энергия обычно передается в сети с трехфазный AC. Однофазный переменный ток используется только для распределения конечным пользователям, так как он не подходит для больших многофазных асинхронные двигатели. 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.

В синхронные сети из Евросоюз

Цена на мощность 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 экономической выгоде распределения нагрузки между регионами, сети передачи большой площади 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 потребности в электроэнергии 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 энергия и геотермальная энергия имеют потенциал для обеспечения мощности 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 равно будут добавлять мощность в сеть. Оставшаяся или «пиковая» потребляемая мощность обеспечивается пиковые электростанции, которые, как правило, представляют собой меньшие по размеру, более быстрые и более дорогостоящие источники, такие как парогазовые установки 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 наибольшего спроса).^[21] Таким образом, удаленные поставщики могут быть дешевле, чем местные источники (например, Нью-Йорк часто покупает более 1000 МВт электроэнергии в Канаде).^[22] Несколько местные источники (даже если они более дорогие и используются нечасто) могут сделать сеть передачи более устойчивой к погодным условиям и другим стихийным бедствиям, которые могут отключать удаленных поставщиков.

Опора ЛЭП большой мощности 230 кВ, двухцепная, также двухсвязная

Передача на большие расстояния позволяет использовать удаленные возобновляемые источники энергии для замещения ископаемого топлива. Гидроэнергетические и ветровые источники 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. Стоимость линий электропередачи может быть непомерно высокой, но различные предложения по крупным инвестициям в инфраструктуру с высокой пропускной способностью на очень большие расстояния супер сетка сети передачи могут быть восстановлены при умеренной плате за использование.

Входная сетка

На энергостанции, мощность вырабатывается при относительно низком напряжении от примерно 2,3 кВ до 30 кВ, в зависимости от размера устройства. Затем напряжение на клеммах генератора повышается электростанцией. трансформатор к более высокому Напряжение (115–765 кВ переменного тока, в зависимости от системы передачи и страны) для передачи на большие расстояния.

В Соединенных Штатах мощность передачи варьируется от 230 кВ до 500 кВ, за исключением местных исключений менее 230 кВ или более 500 кВ.

Например, в Западной системе есть два первичных обменных напряжения: 500 кВ переменного тока при 60 Гц и ± 500 кВ (1000 кВ нетто) постоянного тока с севера на юг (Река Колумбия к Южная Калифорния ) и с северо-востока на юго-запад (от Юты до Южной Калифорнии). 287,5 кВ (Пылесос к Лос-Анджелес линия, через Victorville ) и 345 кВ (APS line) являются местными стандартами, которые были внедрены до того, как 500 кВ стали практичными, а затем - стандартом Western System для передачи электроэнергии переменного тока на большие расстояния.

Убытки

Передача электроэнергии при высоком напряжении снижает долю энергии, теряемой в сопротивление, который 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] Для заданного количества мощности более высокое напряжение снижает ток и, следовательно, резистивные потери в дирижере. Например, повышение напряжения в 10 раз снижает ток в 10 раз, и, следовательно, ${ displaystyle I ^ {2} R}$ потери в 100 раз при использовании проводов одинакового сечения в обоих случаях. Даже если размер проводника (площадь поперечного сечения) уменьшится в десять раз для соответствия меньшему току, ${ displaystyle I ^ {2} R}$ убытки по-прежнему сокращаются в десять раз. Передача на большие расстояния обычно осуществляется по воздушным линиям с напряжением от 115 до 1200 кВ. При очень высоких напряжениях, когда между проводником и землей существует более 2000 кВ, коронный разряд потери 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 пучки из двух или более проводов.

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 его температурой. Изменения температуры в линиях электропередач могут существенно повлиять на потери мощности в линии. Спиральность, которая относится к тому, как многожильные проводники закручиваются по спирали вокруг центра, также способствует увеличению сопротивления проводника. Скин-эффект приводит к увеличению 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 в 1997 г. оценивались в 6,6%,^[26] 6,5% в 2007 г.^[26] и 5% с 2013 по 2019 год.^[27] Как правило, потери оцениваются по несоответствию между произведенной мощностью (по данным электростанций) и мощностью, 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 экономичное расстояние для постоянный ток трансмиссия была определена на 7000 километров (4300 миль). За переменный ток это было 4000 километров (2500 миль), хотя все используемые сегодня линии электропередачи значительно короче этой.^[21]

В любой линии передачи переменного тока индуктивность и емкость проводников может быть значительной. Токи, протекающие исключительно в «реакции» на эти свойства цепи (которые вместе с сопротивление определить сопротивление ) составляют Реактивная сила поток, 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) - это фактор силы. 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) во всей системе помогают компенсировать поток реактивной мощности, уменьшать потери при передаче энергии и стабилизировать напряжения в системе. Эти меры в совокупности называются «реактивной поддержкой».

Транспозиция

Ток, протекающий по линиям передачи, создает магнитное поле, которое окружает линии каждой фазы и влияет на индуктивность окружающих проводников 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 сверху или снизу. 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 явления проводники должны периодически перемещаться по длине линии передачи, чтобы каждая фаза находилась в одинаковом времени в каждом относительном положении, чтобы уравновесить взаимную индуктивность, наблюдаемую всеми тремя фазами. Для этого положение строки меняется на специально разработанные транспозиционные башни через равные промежутки времени по длине линии передачи в различных схемы транспонирования.

Передача

ЛЭП 115 кВ в г. Филиппины, вместе с 20 кВ распределение линии и уличный фонарь, все установлено в дереве полюс субпередачи

Н-образная опора передачи 115 кВ

Передача является частью системы передачи электроэнергии, работающей при относительно более низких напряжениях. Подключать все неэкономично. распределительные подстанции к высокому напряжению главной передачи, потому что оборудование больше и дороже. Обычно к этому высокому напряжению подключаются только более крупные подстанции. Его понижают и отправляют 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 схемы субпередачи обычно выполняются воздушные линии, в городских условиях можно использовать подземный кабель. Линии субпередачи более низкого напряжения используют менее полосу отвода и более простые конструкции; гораздо более целесообразно поместить их под землю там, где это необходимо. Линии более высокого напряжения требуют больше места и обычно проходят над землей, поскольку прокладка их под землей очень дорога.

Нет фиксированной отсечки между субпередачей и передачей или субпередачей и распределение. Диапазоны напряжений несколько перекрываются. Напряжения 69 кВ, 115 кВ и 138 кВ часто используются для субтрансляции в Северной Америке. По мере развития энергосистем, 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 сети передачи

На подстанции, трансформаторы снижают напряжение до более низкого уровня на распределение коммерческим и частным пользователям. 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. Электроэнергия по странам ).

Преимущество высоковольтной передачи энергии

Передача энергии высокого напряжения позволяет снизить резистивные потери в проводке на большие расстояния. 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.

Электрическая сеть без трансформатора.

Электрическая сеть с трансформатором.

В упрощенной модели предположим, что электрическая сеть поставляет электроэнергию от генератора (смоделированного как идеальный источник напряжения с напряжением ${ displaystyle V}$, доставляя силу ${ displaystyle P_ {V}}$) к единой точке потребления, моделируемой чистым сопротивлением ${ displaystyle R}$, когда провода достаточно длинные, чтобы иметь значительное сопротивление ${ displaystyle R_ {C}}$.

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

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

Теперь предположим, что трансформатор преобразует высоковольтную слаботочную электроэнергию, передаваемую по проводам, в низковольтную сильноточную электроэнергию для использования в точке потребления. Если предположить, что это идеальный трансформатор с коэффициентом напряжения ${ displaystyle a}$ (т.е. напряжение делится на ${ displaystyle a}$ и ток умножается на ${ displaystyle a}$ во вторичной ветви по сравнению с первичной ветвью), тогда схема снова эквивалентна делителю напряжения, но провода передачи теперь имеют кажущееся сопротивление только ${ Displaystyle R_ {C} / а ^ {2}}$. Тогда полезная мощность равна:

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

За ${ displaystyle a> 1}$ (то есть преобразование высокого напряжения в низкое около точки потребления), большая часть мощности генератора передается в точку потребления, а меньшая часть теряется на Джоулевое нагревание.

Моделирование и матрица передачи

Модель «черный ящик» для ЛЭП

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, что означает, что метки приема и отправки могут переключаться без каких-либо последствий. Матрица передачи Т также имеет следующие свойства:

• ${ Displaystyle Det (T) = AD-BC = 1}$
• ${ displaystyle A = D}$

Параметры А, B, C, и D различаются в зависимости от того, как желаемая модель справляется с сопротивление (р), индуктивность (L), емкость (C) и шунтирующий (параллельный, утечка) проводимость грамм. 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 р относится к общему количеству, суммированному по строке и строчной букве, например c относится к количеству на единицу длины.

Линия без потерь

В линия без потерь аппроксимация - наименее точная модель; 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.

Напряжение на передающем и приемном концах для линии без потерь

Характеристический импеданс чисто реальный, что означает резистивный для этого импеданса, и его часто называют импульсное сопротивление 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. Для нагрузки> SIL напряжение будет падать на передающем конце, и линия будет «потреблять» VAR. Для нагрузки

Короткая линия

В короткая линия приближение обычно используется для линий длиной менее 80 км (50 миль). Для короткой линии только последовательное сопротивление Z считается, в то время как C и грамм игнорируются. Конечный результат: A = D = 1 на единицу, B = Z Ом, и C = 0. Соответствующая матрица перехода для этого приближения поэтому:

${ displaystyle { begin {bmatrix} V _ { mathrm {S}} I _ { mathrm {S}} end {bmatrix}} = { begin {bmatrix} 1 & Z 0 & 1 конец {bmatrix}} { begin {bmatrix} V _ { mathrm {R}} I _ { mathrm {R}} end {bmatrix}}}$

Средняя линия

В средняя линия аппроксимация используется для линий длиной 80–250 км (50–150 миль). 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 «номинальной. π (число Пи) Цепь из-за формы (π), которое принимается, когда проводимость утечки помещается с обеих сторон принципиальной схемы. Анализ средней линии приводит к следующему результату:

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

Противоинтуитивное поведение линий передачи средней длины:

• повышение напряжения без нагрузки или при небольшом токе (Эффект Ферранти )
• ток принимающей стороны может превышать ток передающей стороны

Длинная линия

В длинная линия Модель 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 ${ displaystyle gamma}$ это постоянная распространения.

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

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

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

Постоянный ток высокого напряжения

Постоянный ток высокого напряжения (HVDC) используется для передачи большого количества энергии на большие расстояния или для межсоединений между асинхронными сетями. Когда электрическая энергия должна передаваться на очень большие расстояния, потери мощности при передаче переменного тока становятся заметными, и ее использование дешевле. постоянный ток вместо переменный ток. 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 долго подводные кабели где нельзя использовать переменный ток из-за емкости кабеля.^[29] В этих случаях особые высоковольтные кабели для DC используются. Подводные системы HVDC часто используются для подключения электрических сетей островов, например, между Великобритания и Континентальная Европа, между Великобританией и Ирландия, между Тасмания и Австралийский материк, между Северным и Южным островами Новая Зеландия, между Нью-Джерси и Нью-Йорк, и между Нью-Джерси и Лонг-Айленд. В настоящее время используются подводные лодки длиной до 600 километров (370 миль).^[30]

Соединения HVDC могут использоваться для решения проблем в сети с потоком электроэнергии переменного тока. Мощность, передаваемая по линии переменного тока, увеличивается по мере увеличения угол фазы Напряжение между концом источника и концом назначения увеличивается, но слишком большой фазовый угол позволит системам на любом конце линии выйти из строя. Поскольку поток мощности в звене постоянного тока регулируется 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, чтобы отрегулировать поток переменного тока на гипотетической линии между Сиэтл и Бостон потребует корректировки 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 вдоль маршрута передачи). Такая система могла бы быть менее подвержена сбоям, если бы ее части были внезапно отключены. Одним из примеров длинной линии передачи постоянного тока является Pacific DC Intertie расположен в западной Соединенные Штаты.

Емкость

Количество энергии, которое может передаваться по линии передачи, ограничено. Истоки ограничений варьируются в зависимости от длины линии. Для короткой линии нагрев проводов 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) ограничение устанавливается падение напряжения в соответствии. Для более длинных линий переменного тока стабильность системы устанавливает предел мощности, которую можно передать. 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. Постоянный ток высокого напряжения линии ограничены только пределами теплового режима и падения напряжения, поскольку фазовый угол не имеет значения для их работы.

До сих пор было почти невозможно предвидеть распределение температуры по трассе кабеля, поэтому максимально допустимая токовая нагрузка обычно устанавливалась как компромисс между пониманием условий эксплуатации и минимизацией риска. Наличие промышленных распределенное измерение температуры (DTS) системы, которые измеряют температуру в реальном времени 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 решением Real Time Thermal Rating (RTTR) позволяет не только непрерывно контролировать температуру цепи высоковольтного кабеля в режиме реального времени, но и безопасно использовать существующую пропускную способность сети до максимума. Кроме того, он дает возможность оператору прогнозировать поведение системы передачи после значительных изменений, внесенных в ее начальные условия эксплуатации.

Контроль

Чтобы гарантировать безопасную и предсказуемую работу, компоненты системы передачи управляются генераторами, переключателями, автоматическими выключателями и нагрузками. Параметры напряжения, мощности, частоты, коэффициента нагрузки и надежности системы передачи предназначены для обеспечения рентабельной работы для потребителей.

Балансировка нагрузки

Система трансмиссии обеспечивает базовую нагрузку и пиковая нагрузка, с запасом прочности и отказоустойчивости. Время пиковой нагрузки зависит от региона в основном из-за структуры отрасли. В очень жарком и очень холодном климате домашнее кондиционирование воздуха 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 самое холодное время года. Это заставляет требования к питанию варьироваться в зависимости от сезона и времени суток. При проектировании распределительных систем всегда учитывается 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 производством, и это включает синхронизация энергоблоков, чтобы предотвратить большие переходные процессы и условия перегрузки.

В распределенное производство электроэнергии генераторы географически распределены, и процесс их включения и выключения должен тщательно контролироваться. 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 нужно будет перенастраивать каждый раз, когда к сети добавляется новый генератор.

При передаче сигналов по частоте генерирующие блоки соответствуют частоте системы передачи энергии. В контроль скорости падения, если частота уменьшается, мощность увеличивается. (Падение частоты сети указывает на то, что повышенная нагрузка вызывает замедление работы генераторов.)

Ветряные турбины, от транспортного средства к сети 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 системы энергоснабжения к децентрализованной энергосистеме. Основным преимуществом локально распределенных систем генерации, включающих ряд новых и инновационных решений, является то, что они сокращают потери при передаче, приводя к потреблению электроэнергии ближе к месту ее производства.^[31]

Защита от сбоев

В условиях избыточной нагрузки система может быть спроектирована так, чтобы отказывать изящно, а не сразу. Отключение возникают, когда мощность питания падает ниже требуемой. Затемнения возникают при полном отключении питания.

Постоянные отключения электроэнергии (также называемое сбросом нагрузки) - это специально спланированные отключения электроэнергии, используемые для распределения недостаточной мощности, когда потребность в электроэнергии превышает предложение.

Связь

Операторам протяженных линий электропередачи требуется надежная связь для контроль энергосистемы и, часто, связанных объектов генерации и распределения. Обнаружение неисправностей защитные реле на каждом конце линии должны связываться, чтобы контролировать поток энергии в защищенную секцию линии и из нее, чтобы можно было быстро обесточить неисправные проводники или оборудование и восстановить баланс системы. Защита ЛЭП от короткие замыкания и другие неисправности обычно настолько критичны, что общий носитель телекоммуникации недостаточно надежны, а в отдаленных районах общий оператор связи может быть недоступен. Системы связи, связанные с проектом передачи, могут использовать:

• Микроволны
• Связь по ЛЭП
• 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 линии электропередачи или ПЛК. Сигналы ПЛК могут быть легко приняты с помощью радио в длинноволновом диапазоне.

Пилоны высокого напряжения с дополнительным оптоволоконным кабелем в Кении

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) кабель, прикрепленный к поперечине ЛЭП.

Некоторые юрисдикции, такие как Миннесота, запретить компаниям по передаче энергии продавать излишки пропускной способности связи или действовать в качестве телекоммуникационных общий носитель. Если это разрешено структурой регулирования, коммунальное предприятие может продавать мощность дополнительно. темные волокна к общему оператору связи, обеспечивая другой поток доходов.

Реформа рынка электроэнергии

Некоторые регулирующие органы считают электрическую передачу естественная монополия^[32][33] и во многих странах предпринимаются шаги по отдельному регулированию передачи (см. рынок электроэнергии ).

Испания была первой страной, создавшей региональная передающая организация. 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 является Operador del Mercado Ibérico de Energía - Polo Español, S.A. (OMEL) ОМЕЛ Холдинг | Омель Холдинг. Передающая система Испании взаимосвязана с системами Франции, Португалии и Марокко.

Создание RTO в США было стимулировано FERC Приказ 888, Содействие оптовой конкуренции посредством недискриминационных услуг открытого доступа коммунальных предприятий; Возмещение неокупаемых затрат коммунальными предприятиями и передающими коммунальными предприятиями, выпущенный 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 вертикальная 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 рамках своих RTO. RTO в США регулируются Федеральная комиссия по регулированию энергетики.

Стоимость передачи электроэнергии

Стоимость передачи электроэнергии высокого напряжения (в отличие от затрат на распределение электроэнергии ) сравнительно низка 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]

По оценке исследований, уровень капитальных вложений на рынке оборудования для контроля и передачи электроэнергии в 2011 году составит 128,9 млрд долларов.^[36]

Торговая передача

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 Соединенные Штаты включить Перекрестный звуковой кабель из Шорхэм, Нью-Йорк к Нью-Хейвен, Коннектикут, ЛЭП Neptune RTS от Сейревилл, Нью-Джерси к Нью-Бридж, Нью-Йорк, и Путь 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]

Есть только один нерегулируемый или рыночный интерконнектор в Австралия: Basslink между Тасмания и Виктория. Два звена постоянного тока, изначально реализованные как рыночные межсоединители, Прямая ссылка и Мюррейлинк, были преобразованы в регулируемые межсоединители. 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 базой тарифов.^[38] В Соединенных Штатах FERC Приказ 1000, изданный в 2010 году, пытается снизить барьеры для инвестиций третьих сторон и создания торговых линий электропередач там, где есть необходимость в государственной политике.^[39]

Проблемы со здоровьем

Некоторые крупные исследования, в том числе крупное исследование в Соединенных Штатах, не смогли найти никакой связи между проживанием 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 показали, что статистические корреляции между различными заболеваниями и проживанием или работой вблизи линий электропередач. Не было доказано никаких неблагоприятных последствий для здоровья людей, не проживающих вблизи линий электропередач.^[41]

В Комиссия государственной службы штата Нью-Йорк провели исследование, задокументированное в Мнение № 78-13 (выпущен 19 июня 1978 г.), чтобы оценить потенциальное воздействие электрических полей на здоровье. Номер дела в исследовании слишком стар, чтобы его можно было перечислить в качестве номера дела в онлайн-базе данных комиссии, DMM, поэтому найти оригинальное исследование может быть сложно. В исследовании было решено использовать напряженность 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 выпустил Промежуточное заявление о политике в отношении магнитных полей. В этом исследовании установлен промежуточный стандарт магнитного поля 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 коммунальная комиссия имеет доступ к программному обеспечению, разработанному инженером или инженерами Bonneville Power Administration анализировать электрические и магнитные поля на границе полосы отвода для предлагаемых линий электропередачи. Часто комиссии по коммунальному хозяйству не комментируют какое-либо воздействие на здоровье электрических и магнитных полей и направляют соискателей информации в аффилированный с государством департамент здравоохранения.

Установлены биологические эффекты для острый высоко уровень воздействия магнитных полей значительно выше 100мкТл (1 грамм ) (1000 мГ). В жилых помещениях есть «ограниченные свидетельства того, что канцерогенность у людей и недостаточно доказательств канцерогенности у экспериментальных животных », в частности лейкемии у детей, связана с среднее воздействие магнитного поля промышленной частоты в жилых помещениях от 0,3 мкТл (3 мГс) 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]

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

Политика по странам

Соединенные Штаты

В Федеральная комиссия по регулированию энергетики (FERC) является основным регулирующим органом в сфере передачи электроэнергии и оптовых продаж электроэнергии в США. 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.

Две наиболее заметные энергетические политики США, влияющие на передачу электроэнергии: № для заказа 888 и Закон об энергетической политике 2005 г..

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 передачи, принадлежащим монополистам, которые определяют, 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 рамках межгосударственной торговли, 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. В населенных пунктах с дешевой электроэнергией нет стимулов для поощрения производства межгосударственная торговля легче торговать 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 точки зрения политики, контроль над сетью балканизированный, и даже бывшие министр энергетики Билл Ричардсон называет это сетка третьего мира. В ЕС и США были попытки решить эту проблему. Заинтересованность национальной безопасности США в значительном росте пропускной способности способствовала прохождению Закон об энергетике 2005 г. предоставление Министерству энергетики полномочий утверждать передачу, если государства отказываются действовать. Однако вскоре после того, как Министерство энергетики использовало свои полномочия, чтобы назначить двух Коридоры передачи электроэнергии национального интереса 14 сенаторов подписали письмо, в котором говорилось, что Министерство энергетики ведет себя слишком агрессивно.^[51]

Специальная трансмиссия

Сетки для железных дорог

В некоторых странах, где электровозы или же электрические несколько единиц работают от сети переменного тока низкой частоты, есть отдельные однофазные тяговые электрические сети эксплуатируется железными дорогами. Яркие примеры - страны Европы (включая Австрия, Германия и Швейцария ), которые используют старую технологию переменного тока на основе 16²/₃ Гц (Норвегия и Швеция также используют эту частоту, но используют преобразование от сети общего пользования 50 Гц; Швеция имеет 16²/₃ Тяговая сеть Hz, но только для части системы).

Сверхпроводящие кабели

Было предложено, чтобы этот раздел был расколоть в другую статью под названием Сверхпроводящая линия передачи. (Обсуждать) (Март 2020 г.)

Высокотемпературные сверхпроводники (HTS) обещают произвести революцию в распределении энергии, обеспечивая передачу электроэнергии без потерь. Создание сверхпроводников с температурами перехода выше точки кипения жидкий азот сделал 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 Консолидированный Эдисон и Американский сверхпроводник уже начали промышленное 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 крупных городов, где необходимо приобрести сервитут для кабелей было бы очень дорого.^[54]

Однопроводное заземление

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 сельской местности, 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

Обе Никола Тесла и Хидэцугу 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 победила в конкурсе 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 лазерных лучей.

Беспроводная передача энергии была изучена для передачи энергии от спутники на солнечной энергии на землю. Массив мощных микроволновая печь или лазерные передатчики будут передавать мощность на ректенна. Любой проект спутника солнечной энергии стоит перед серьезными инженерными и экономическими проблемами.

Безопасность систем управления

Примеры и перспективы в этой статье может не представлять мировое мнение предмета. Ты можешь улучшить эту статью, обсудите вопрос на страница обсуждения, или же создать новую статью, в зависимости от обстоятельств. (Март 2013 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

В Федеральное правительство США признает, что электросеть восприимчива к кибервойна.^[60][61] В Министерство внутренней безопасности США работает с отраслью для выявления уязвимостей и помощи отрасли в повышении безопасности сетей систем управления, федеральное правительство также работает над обеспечением встроенной безопасности по мере того, как в США разрабатываются сети «умных сетей» следующего поколения.^[62]

В июне 2019 г. Россия признал, что это «возможно» электрическая сеть находится под кибератакой со стороны США.^[63] Нью-Йорк Таймс сообщил, что американские хакеры из Киберкомандование США установили вредоносное ПО, потенциально способное нарушить работу российской электросети.^[64]

Записи

• 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 Варда-Аурангабад (Индия ) - в разработке. Первоначально будет работать на 400 кВ.^[67]
  • во всем мире: 1,15 МВ (сверхвысокое напряжение) на Линия Экибастуз-Кокшетау (Казахстан )
• Самая большая двухконтурная трансмиссия, Линии электропередачи Кита-Иваки (Япония ).
• Наибольший башни: Переход через реку Янцзы (Китай ) (высота: 345 м или 1132 футов)
• 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) на Амералик Спан (Гренландия, Дания )
• Самые длинные подводные кабели:
  • NorNed, Северное море (Норвегия /Нидерланды ) - (длина подводного кабеля: 580 километров или 360 миль)
  • Basslink, Бассов пролив, (Австралия ) - (длина подводного кабеля: 290 км или 180 миль, общая длина: 370,1 км или 230 миль)
  • Балтийский кабель, Балтийское море (Германия /Швеция ) - (длина подводного кабеля: 238 километров или 148 миль, HVDC длина: 250 километров или 155 миль, общая длина: 262 километра или 163 мили)
• Самые длинные подземные кабели:
  • Мюррейлинк, Riverland /Sunraysia (Австралия) - (длина подземного кабеля: 170 километров или 106 миль)

Смотрите также

Рекомендации

дальнейшее чтение

• Григсби, Л. Л. и др. Справочник по электроэнергетике. США: CRC Press. (2001). ISBN  0-8493-8578-4
• Хьюз, Томас П., Сети власти: электрификация в западном обществе 1880–1930 гг., Издательство Университета Джона Хопкинса, Балтимор, 1983 г. 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.
• Пансини, Энтони Дж., E.E., P.E. подземные электрические линии. США, компания Hayden Book Co, 1978. ISBN  0-8104-0827-9
• Westinghouse Electric Corporation, "Патенты на передачу электроэнергии; Многофазная система Тесла». (Передача мощности; многофазная система; Патенты Tesla )
• Физика повседневных вещей - Линии передачи