Типичная сеть использует линии 110,500 кВ для подачи электроэнергии на подстанции, которые понижают ее до 6,20 кВ, а затем линии с этим более низким напряжением попадают к потребителям, где расположены другие подстанции, которые в итоге снижают эти 6-20 кВ для потребителя напряжение (100 или 230 вольт или любой другой местный стандарт).

Эти 110,500 киловольтные линии часто проходят через районы, где находятся эти потребители. Потребители могут быть подключены к этим линиям через трансформаторы, принимающие, скажем, 110 кВ и выводящие напряжение потребителя. Вместо этого эти линии уходят куда-то далеко, а затем другая линия электропередачи возвращается с некоторым более низким напряжением, и потребитель подключается к последнему. Это много дополнительной проводки.

В чем причина этого дизайна? Почему бы не подключить потребителей к ближайшей линии электропередач?

HV (66 кВ - 500 кВ) ... трудно иметь дело.

Я расскажу причины, которые я могу придумать, из головы.

Все последующие цифры (веса, доллары) являются предположениями порядка величины.

Зазоры

Давайте использовать 220 кВ в качестве примера. Австралийский стандарт высоковольтных подстанций AS 2067 предусматривает следующие зазоры, необходимые для оборудования 220 кВ:

• Фаза на землю - 2100мм. То есть ни один из проводников 220 кВ не может находиться в пределах 2 метров от любого заземленного проводника (скажем, бака трансформатора или стального полюса). Правка: На самом деле, я должен был указать здесь расстояние без пробоя (N).
• Межфазный зазор - 2415 мм. То есть антенные проводники 220 кВ должны всегда находиться на расстоянии не менее 2,4 м друг от друга.
• Горизонтальное безопасное расстояние - 4 125 мм. Все токоведущие части должны быть как минимум на 4125 мм выше любой поверхности, на которой может стоять человек.
• Вертикальное безопасное расстояние - 3565 мм.

То есть, нет такой вещи, как «компактная» подстанция 220 кВ. (Ну, есть; подстанции на основе распределительного устройства с газовой изоляцией могут быть очень компактными, но вы не хотите знать, сколько они стоят.)

Минимальный размер подстанции 220 кВ, содержащей необходимое оборудование и обеспечивающей все эти зазоры, составляет не менее 20 х 20 м площади, то есть размер пригородного участка земли.

Также должны быть сооружения высотой не менее 4 метров, которые трудно вписать в пригородный ландшафт.

В дополнение к вышеуказанным требованиям, необходимым для предотвращения поражения людей электрическим током, вы также должны бороться с:

• Радиус пожарной безопасности на случай, если трансформатор уронит 10 000 литров изоляционного масла и загорится. По памяти минимум 10 метров.
• Радиус при электрическом взрыве. Типичный пороговый радиус для получения «выживаемых» ожогов второй степени может превышать 10 метров для некоторых энергетических видов неисправностей. Определенно, внутри этого радиуса не разрешено гражданское жилье.

защита

Неисправность в сети 220 кВ должна быть быстро устранена, иначе она переведет всю энергосистему в нестабильное состояние (т. Е. Затемнение). «Время устранения критических неисправностей», чтобы избежать отключения, обычно намного меньше 1 секунды.

Для обеспечения такой высокой скорости защиты используются очень дорогие схемы защиты (разность линий с оптоволоконными пилот-сигналами, дистанционная защита). Эти схемы защиты должны быть установлены на каждом терминале линии 220 кВ.

После того, как мы учтем стоимость -

• Автоматические выключатели 220 кВ - около 200 000 долл. США каждый, минимум три для каждой подстанции - два для входящей / исходящей цепи, продолжающейся после подстанции, и один для T-off = 600 000 долл. США
• два комплекта трехфазных защитных трансформаторов тока с номинальным напряжением 220 кВ и «достаточно» непрерывных усилителей - около 50 000 долл. США за комплект (приблизительная оценка) = 100 000 долл. США
• два набора защитных реле - каждый с дублированным дубликатом - около 20 000 долларов США = 80 000 долларов США. (Примечание: двойная защита «X» и «Y» является стандартной для ВН подстанций.)

... мы получаем около 780 000 долларов США только на защитное оборудование на одну подстанцию. И мы даже не начали закупать оконечное оборудование линии электропередачи, отводы от перенапряжения, шинопровод, опорные конструкции, земляные работы, ограждения, бетон, управляющие ПЛК, управляющую хижину ...

(Сравните защиту распределительного трансформатора 22 кВ, которая обычно представляет собой всего лишь набор трехфазных предохранителей, исключающих выброс, общая стоимость может составлять 2000 долларов США.)

трансформеры

Трансформаторы 220 кВ большие, благодаря всей изоляции, необходимой внутри них для предотвращения пробоя. Не существует такого понятия, как «маленький» трансформатор 220 кВ - самый маленький, который я видел, имеет номинальную мощность 60 МВА и весит около 10 тонн.

Противопоставьте типичным трансформаторам с верхним полюсом 22 / 0,415 кВ, которые рассчитаны на 500 кВА или менее. Вес важен, потому что есть максимальный предел того, что вы можете иметь на вершине деревянного столба. Я не являюсь инженером-строителем, но вы, конечно, не захотите подняться на штангу больше, чем на тонну.

Достаточно ли причин?

Основная причина заключается в том, что эти линии предназначены для передачи на большие расстояния и соединяют большие сети.

Представьте себе шоссе. В основном они имеют выходы каждые несколько миль в застроенных районах, а иногда и чаще, чем в миле, в особенно странных случаях, но в большинстве случаев они предназначены для быстрого и эффективного путешествия на большие расстояния. Несмотря на то, что рядом с автомагистралями есть дома и предприятия, если бы у каждого был свой собственный откат и отстой, ресурсы инфраструктуры были бы не только значительными, но каждый раз, когда у вас возникали проблемы с уклоном или отрывом, который заканчивался закрытием участка или полосы движения. автострады в течение определенного периода времени вы влияете на очень много людей.

Если вы начнете строить больше подстанций, вы увеличите риск простоя линии электропередачи из-за проблем с подстанцией.

Кроме того, более мелкие сетки фактически соединены с несколькими более крупными сетками с помощью переключателей, которые затем иногда подключаются к более чем одной линии передачи с помощью переключателей. Это позволяет маршрутизировать проблему на любой заданной линии или сетке и приводит к потере мощности, локализованной для проблемы. Линии электропередачи сложнее и дороже в работе и ремонте и являются критически важной магистральной инфраструктурой для национальных электрических сетей. Когда электростанции по какой-либо причине выходят из строя, электростанции, расположенные намного дальше, могут ослабить работу этих линий.

Наконец, электрически они сбалансированы по фазе для наиболее эффективной передачи электроэнергии. Отдельные подстанции и сети спроектированы таким образом, чтобы коэффициент мощностикак можно ближе к 1, насколько это возможно. Более низкие коэффициенты мощности приводят к потере энергии в линиях и трансформаторах, что требует более существенных проводников. Эти линии не предназначены для плохо согласованных нагрузок переменного тока. Промышленным потребителям, которые подключаются к линиям высокого напряжения, часто приходится добавлять поправку на коэффициент мощности, если их установки не сбалансированы должным образом. Соединение дома или района более непосредственно с линией передачи потребовало бы еще больших инвестиций в подстанцию, необходимую для их обслуживания, чтобы линии передачи не пострадали. Другие высоковольтные линии объединяют множество потребителей с низким коэффициентом мощности, но, смешивая мелких промышленных пользователей (много двигателей) с домашними пользователями (много коммутируемых источников питания), подстанции могут уравновешивать коэффициент мощности для гораздо более низкой стоимости и меньших мощностей. ,

Они действительно не предназначены для мелких потребителей.

Представьте, что если бы мы на самом деле сделали это, и у нас были линии электропередачи, проходящие через окрестности или рядом, и каждый дом, соединенный напрямую с этими линиями электропередачи, а не подстанцией, это было бы довольно глупо.

Я нарисовал картинку, чтобы продемонстрировать, насколько это может быть глупо:

К счастью, шведы создали вещи намного лучше, чем мои навыки рисования:

Между прочим, это телефонные провода, они могут быть как-то близко без ужасных ужасных вещей, происходящих с проводами (и людьми поблизости).

Теперь представьте, что эти кабели представляют собой сверхмощные кабели линии электропередачи. Представьте, что вы не можете упаковать их так плотно, и вам нужно было дать каждой линии индивидуальный зазор. Представьте себе дополнительные опоры для случаев, когда многоквартирные дома и многоквартирные дома блокируют прямую видимость, дополнительные конструкции на этом пути, чтобы поддерживать все дополнительные кабели, а также вес и напряжение, необходимые для его удержания на месте.

Представьте себе влияние всех этих сверхмощных высоковольтных кабелей на прием и радиопередачу, а также на многочисленные микроподстанции для каждого дома.

Я нарисовал другую картину, это крошечная деревня с соседними линиями электропередач:

Мы могли бы похоронить линии электропередачи большую часть пути, но это очень много, чтобы проложить довольно опасные линии электропередачи, все это станет очень дорогим (что уже есть).

Простым решением для нескольких соседних домов будет совместное использование кабеля и подстанции. Станции достаточного размера будут достаточно дешевыми, чтобы обслуживать целые кварталы, экономя при этом расходы на строительство и уменьшая количество кабелей. Все это начинает звучать знакомо ...

Я больше думаю о том, что это связано с защитой системы. Если вы отключите передачу и успешно переключите ее на напряжение вашего дома, это будет очень дорого для коммунального предприятия, если в вашем месте произойдет сбой.

Также экономически выгодно иметь центральную систему защиты центрального трансформатора и главную линию электропередачи. Кроме того, стоимость трансформатора для понижения напряжения линии электропередачи примерно с 69 кВ, 138 кВ и т. Д. До 120 В будет безумно дорогой.

Таким образом, это имеет как технические, так и экономические преимущества, чтобы иметь макет, как сегодня.

Я думаю, это потому, что основной целью высоковольтной линии является передача. Это происходит потому, что при высоких напряжениях потеря мощности, вызванная I2R, ниже, чем при использовании более низкого напряжения (для той же мощности [Вт], более высокое напряжение => более низкий ток)

Кроме того, вы можете подключиться к линии высокого напряжения с помощью трансформаторов, может быть, 500 / 0,4 кВ, которые были бы недопустимо дорогими.