Типова електромережа використовує лінії 110..500 кіловольт для доставки електроенергії до підстанцій, які нижчі до 6..20 кіловольт, а потім лінії з такою меншою напругою потрапляють до споживачів, де розташовані інші підстанції, які остаточно знижують споживачів на 6-20 кіловольт. напруга (100 або 230 вольт або все, що є місцевим стандартом).

Ці лінії 110..500 кіловольт часто проходять через райони, де знаходяться ці споживачі. Споживачі можуть бути підключені до цих ліній через трансформатори, які приймають, мовляв, 110 кіловольт і виводять споживчу напругу. Натомість ці лінії бігають кудись далі, а потім інша лінія електропередачі відступає з меншою напругою, і споживач підключається до останнього. Це багато додаткової проводки.

У чому причина такого дизайну? Чому б не підключити споживачів до найближчої лінії електропередач?

ВН (66кВ - 500кВ) важко впоратися.

Я відірвуся від причин, про які я можу подумати з верхівки голови.

Усі цифри, які випливають (ваги, долари), є орієнтовними показниками порядку.

Прозори

Давайте використаємо 220 кВ як приклад. Австралійський стандарт підстанції високої напруги AS 2067 визначає такі зазори, необхідні для обладнання 220 кВ:

• Фаза до землі - 2100мм. Тобто, жоден провідник 220 кВ не може знаходитися на відстані 2 метрів від будь-якого заземленого провідника (скажімо, резервуара трансформатора або сталевого стовпа.) Редагувати: Насправді, я мав би тут цитувати «Незміцнювальну відстань» (N).
• Фаза до фазового зазору - 2,415 мм. Тобто повітряні провідники напругою 220 кВ повинні бути не менше 2,4 м один від одного.
• Горизонтальний зазор безпеки - 4,125мм. Усі живі частини повинні бути не менше 4,125 мм над будь-якою поверхнею, на якій людина може стояти.
• Вертикальний запобіжний зазор - 3,565 мм.

Що означає, що немає такої речі, як «компактна» 220кВ підстанція. (Ну, є; підстанції на базі газоізольованих розподільних пристроїв можуть бути дуже компактними, але ви не хочете знати, скільки вони коштують.)

Мінімальний розмір для підстанції 220 кВ, що містить необхідне обладнання та підтримує всі ці кліренси, становить щонайменше 20 м × 20 м квадратних, тобто розмір приміського земельного загону.

Слід також мати конструкції висотою не менше 4 метрів, які важко вписати в заміський ландшафт.

На додаток до вищезазначених дозволів, необхідних для запобігання потрапляння людей у ​​електричний струм, вам також доведеться боротися з -

• Радіус пожежної безпеки у випадку, якщо трансформатор опустить 10 000 літрів теплоізоляційного масла і запалює вогонь. Від пам’яті не менше 10 метрів.
• Радіус у разі електричного вибуху. Типовий пороговий радіус отримання одержуваних опіків другого ступеня може перевищувати 10 метрів для деяких енергетичних несправностей. Однозначно жодне цивільне житло не допускається до цього радіусу.

Захист

Помилка в мережі 220 кВ повинна бути усунена швидко, інакше вона призведе всю мережу до нестабільного стану (тобто затемнення.) "Критичний час усунення несправностей", щоб уникнути затемнення, зазвичай набагато менше 1 секунди.

Для забезпечення такої високої швидкості захисту застосовуються дуже дорогі схеми захисту (різниця ліній з пілотами з оптичних волокон, захист на відстані). Ці схеми захисту повинні бути встановлені на кожному терміналі лінії 220 кВ.

Після того, як ми враховуємо вартість -

• Вимикачі 220 кВ - приблизно 200 000 доларів кожна, мінімум три необхідні на підстанції - два для вхідного / вихідного ланцюга, що триває повз підстанції, і один для Т-відключення = 600 000 доларів США
• два комплекти трифазних захисних трансформаторів струму номінальним рівнем 220 кВ, і "достатньо" безперервних підсилювачів - близько 50 000 доларів США набір (кульовий парк) = 100 000 доларів
• два набори реле захисту - кожен з надлишковим дублікатом - близько 20 000 доларів кожен = 80 000 доларів. (Примітка: дублікат захисту "X" та "Y" є стандартним для підстанцій НВ.)

... ми коштуємо приблизно 780 000 доларів, лише на захисному обладнанні, на підстанції. І ми навіть не почали купувати обладнання для припинення лінії електропередач, перенапруги, шини, опорні конструкції, земляні роботи, огородження, бетон, керування PLC, контрольну хату ...

(Порівняйте захисний розподільний трансформатор 22 кВ, який зазвичай є лише набором запобіжників трифазного викиду, загальною вартістю може бути 2000 доларів.)

Трансформатори

Трансформатори 220 кВ великі, за допомогою мастила всієї ізоляції, необхідної всередині них, щоб запобігти перемиканню. Немає такого поняття, як «маленький» трансформатор 220 кВ - найменший, який я бачив, оцінюється в 60 МВА і важить близько 10 тонн.

Контрастні типові полюсні трансформатори 22 / 0,415 кВ, які мають номінальну потужність 500 кВА або менше. Вага важлива, оскільки є максимальна межа того, що ви можете мати на дерев’яному стовпі. Я не інженер-конструктор, але ви, звичайно, не хотіли б встановлювати на полюсі щось більше, ніж тонну.

Чи достатньо причин?

Основною причиною є те, що ці лінії призначені для передачі на великі відстані та з'єднання великих мереж.

Уявіть шосе. Переважно вони виїжджають через кожні кілька миль на забудовані ділянки, а іноді частіше, ніж милі в особливо дивних випадках, але для більшості пунктів вони призначені для швидкої та ефективної подорожі з далеких відстаней. Незважаючи на те, що поблизу автомобільних доріг чітко стоять будинки та підприємства, якби кожна з них мала свою натягу та відключення, не тільки ресурси ресурсів інфраструктури були б істотними, але і кожного разу, коли у вас виникли проблеми з натяжкою або відключенням, що закінчується закриттям ділянки чи смуги руху на автостраді за певний проміжок часу ти впливаєш на багато-багато інших людей.

Якщо ви почнете будувати більше підстанцій, ви збільшуєте ризик простою для лінії електропередачі через проблеми підстанції.

Крім того, менші сітки фактично з'єднані з декількома більшими сітками з вимикачами, які потім іноді підключаються до декількох ліній електропередачі за допомогою комутаторів. Це дозволяє вирішити проблему в будь-якій заданій лінії або сітці навколо і призведе до втрати електроенергії, яка локалізується на проблемі. Лінії електропередачі важче і затратніше працювати та ремонтувати, і є критичною базовою інфраструктурою для національних електричних мереж. Коли електростанції з будь-якої причини відключаються, електростанції набагато далі можуть зайняти слабкість завдяки цим лініям.

Нарешті, електрично вони збалансовані по фазі для найбільш ефективної передачі електроенергії. Окремі підстанції та сітки розроблені так, що визначають коефіцієнт потужностіє максимально близьким до 1. Більш низькі коефіцієнти потужності призводять до втрати енергії в лініях і трансформаторах, що вимагає більш значних провідників. Ці лінії не призначені для погано узгоджених навантажень змінного струму. Промисловим споживачам, які підключаються до ліній високої напруги, часто доводиться додавати корекцію коефіцієнта потужності, якщо їх установки не мають належного балансу. Підключення будинку чи мікрорайону до лінії електропередачі вимагатиме ще більших інвестицій у підстанцію, необхідну для їх обслуговування, щоб лінії електропередач не впливали. Інші лінії високої напруги об'єднують багато клієнтів із поганим коефіцієнтом живлення, але, змішуючи невеликих промислових споживачів (безліч двигунів) з домашніми користувачами (багато комутаційних джерел живлення), підстанції можуть врівноважувати коефіцієнт потужності за значно менші витрати та менші об'єкти .

Вони справді не розроблені для маленьких споживачів.

Уявіть собі, якби ми насправді це робили, і в нас були лінії електропередач через мікрорайони чи поруч, і кожен будинок, підключений безпосередньо до цих ліній електропередач, а не підстанції, було б досить нерозумно

Я намалював фотографію, щоб продемонструвати, наскільки це нерозумно:

На щастя, шведи будували речі набагато краще, ніж мої навички малювання:

Це, до речі, телефонні дроти, вони можуть зблизитись без страшних страшних речей, що трапляються з проводами (та людьми, які знаходяться поблизу).

А тепер уявіть, що ці кабелі - це високоміцні кабелі електропередач. Уявіть, що ви не змогли їх упакувати так щільно і довелося надавати кожному рядку індивідуальний зазор. Уявіть собі додаткові опори, коли баштові будинки та багатоквартирні будинки блокують пряму зору, додаткові споруди, які підтримують усі додаткові кабелі та вагу та напругу, необхідні для утримання його на місці.

Уявіть, який вплив мають усі ці високоміцні кабелі високої напруги на прийом та радіопередачу, а також численні мікропідстанції кожного будинку.

Я намалював ще одну картину, це крихітне село з прилеглими лініями електропередач:

Ми могли поховати лінії електропередач більшу частину шляху, але це дуже багато копання, щоб прокласти досить небезпечні лінії електропередач, все це вийде дуже дорогим (що це вже є).

Простим рішенням було б декілька сусідніх будинків поділити кабель та підстанцію. Станції достатнього розміру будуть досить дешевими, щоб підтримувати цілі мікрорайони, заощаджуючи при цьому витрати на будівництво та зменшуючи кількість кабелів. Це все починає здаватися знайомим ...

Я більше думаю, що це пов'язано із захистом системи. Якщо ви відключите передачу і успішно відключите її до напруги, що утримується в будинку, це буде дуже дорого для утиліти, якщо в вашому місці станеться несправність.

Крім того, економічно ефективно мати центральну систему, що захищає центральний трансформатор і магістральну лінію електропередачі. Крім того, вартість трансформатора знизити напругу лінії електропередачі приблизно від 69 КВ, 138 КВ тощо, до 120 В було б шалено дорого переслідувати.

Тож має як технічні, так і економічні переваги мати компонування, як це є сьогодні.

Я думаю, це тому, що головна мета лінії високої напруги - передача. Це тому, що при високих напругах втрачається потужність, викликана I2R, менша, ніж при використанні нижчої напруги (для тієї ж потужності [Вт], більша напруга => менший струм)

Крім того, ви можете підключити до лінії високої напруги за допомогою трансформаторів, можливо 500 / 0,4 кВ, що було б неприпустимо дорого.