Tipik bir şebekede elektrik, 6,20 kilovolt'a düşüren trafo merkezlerine elektrik sağlamak için 110,500 kilovolt hat kullanır ve daha sonra bu düşük voltajlı hatlar tüketicilere, ancak bu 6-20 kilovolt'u tüketiciye indiren diğer trafo merkezlerinin bulunduğu yere ulaşır. voltaj (100 veya 230 volt veya yerel standart ne olursa olsun).

Bu 110.500 kilovolt hattı genellikle bu tüketicilerin bulunduğu alanlardan geçer. Tüketiciler, 110 kilovolt kabul eden ve tüketici voltajı çıkaran transformatörler aracılığıyla bu hatlara bağlanabilir. Bunun yerine, bu hatlar bir yerden uzaklaşıyor ve daha sonra başka bir güç hattı biraz daha düşük voltajla geri dönüyor ve bir tüketici bu sonuca bağlanıyor. Bu çok fazla kablolama.

Bu tasarımın sebebi nedir? Neden tüketicileri en yakın elektrik hattına bağlamıyorsunuz?

HV (66kV - 500kV) ile uğraşmak zor.

Kafamın üstünden düşünebildiğim sebeplerle uğraşmayacağım.

İzleyen tüm rakamlar (ağırlıklar, dolarlar) büyüklük sırası tahminleridir.

Açıklıklar

Örnek olarak 220kV kullanalım. Avustralya HV trafo merkezi AS 2067, 220kV ekipmanı için gereken aşağıdaki boşlukları belirler:

• Dünyaya faz - 2100mm. Yani, hiçbir 220kV iletken topraklanmış herhangi bir iletkenin 2 metre içerisinde olamaz (örneğin bir transformatör tankı veya çelik bir direk.) Düzenleme: Aslında, burada Flashover Mesafesi (N) 'den alıntı yapmalıydım.
• Faz boşluğu - 2,415 mm. Yani, 220kV anten iletkenleri her zaman en az 2,4 m olmalıdır.
• Yatay güvenlik mesafesi - 4.125 mm. Tüm canlı parçalar, bir kişinin dayanabileceği herhangi bir yüzeyden en az 4,125 mm yukarıda olmalıdır.
• Dikey güvenlik mesafesi - 3,565 mm.

Yani 'kompakt' 220kV trafo merkezi diye bir şey yoktur. (Pekala, var; gaz yalıtımlı şalt sistemine dayalı trafo istasyonları çok kompakt olabilir, ancak ne kadara mal olduklarını bilmek istemezsiniz.)

Gerekli ekipmanı içeren ve tüm bu açıklıkları koruyan bir 220kV trafo için minimum boyut en az 20m x 20m kare, yani bir banliyö blok bloğunun büyüklüğüdür.

Ayrıca, banliyö manzarasına karışması zor olan en az 4 metre yüksekliğinde yapılara sahip olması gerekecektir.

İnsanların doğrudan elektrik çarpmalarını önlemek için gereken yukarıdaki boşluklara ek olarak,

• Bir transformatörün 10.000 litre yalıtım yağı düşürmesi ve yangın alması durumunda yangın güvenliği yarıçapı. Bellekten en az 10 metre.
• Elektrik patlaması durumunda yarıçap. 'Yaşanabilir' ikinci derece yanıkları almak için tipik eşik yarıçapı, bazı enerjik arıza tipleri için 10 metreyi geçebilir. Kesinlikle bu yarıçapta hiçbir sivil eve izin verilmiyor.

Koruma

220kV ağındaki bir hata hızlı bir şekilde giderilmelidir, aksi takdirde bütün şebekeyi dengesiz bir duruma getirecektir (örneğin karartma.) Karartmayı önlemek için 'kritik hata giderme süresi' genellikle 1 saniyeden daha azdır.

Bu yüksek koruma hızını sağlamak için çok pahalı koruma şemaları (optik fiber pilotlu hat farkı, mesafe koruması) kullanılmaktadır. Bu koruma şemaları 220kV hattının her terminaline kurulmalıdır.

Bir keresinde maliyetini hesaba katarsak -

• 220kV devre kesiciler - her biri yaklaşık 200.000 dolar, trafo merkezi için minimum üç gerekli - trafo merkezini geçen devam eden / giden devre için iki ve T-off için bir adet = 600.000
• 220kV dereceli iki fazlı üç fazlı koruma akımı transformatörü ve "yeterli" sürekli amper - yaklaşık 50.000 dolar (set) = 100.000 dolar
• iki koruma rölesi seti - her biri yedek kopya olan - her biri yaklaşık 20.000 dolar = 80.000 dolar. (Not: yinelenen "X" ve "Y" koruması HV trafo merkezlerinde standarttır.)

... trafo merkezi başına sadece 780.000 $ 'a kadar tasarruf ediyoruz. Ve hatta iletim hattı sonlandırma donanımı, dalgalanma saptırıcıları, bara, destek yapıları, toprak işleri, çit, beton, PLC kontrolleri, kontrol kulübe ...

(Genellikle sadece üç fazlı bir çıkarma sigortaları seti olan 22kV dağıtım trafo korumasını karşılaştırın, toplam maliyeti 2.000 ABD dolarıdır.)

Transformers

220kV transformatörler, alevlenmeyi önlemek için içlerinde gerekli tüm yalıtım malzemelerinin rengini alarak büyüktür. "Küçük" bir 220kV transformatör diye bir şey yoktur - gördüğüm en küçüğü 60 MVA ve yaklaşık 10 ton ağırlığında.

Kontrast tipik kutup üstü transformatörler 22 / 0.415kV, 500kVA veya daha düşük olarak derecelendirilmiştir. Ağırlık önemlidir çünkü bir ahşap direğin tepesinde olabilecekler için maksimum bir sınır vardır. Ben yapısal mühendis değilim, ama kesinlikle bir tondan daha fazlasını bir direğe monte etmek istemezsiniz.

Bu yeterli sebepler mi?

Bunun başlıca nedeni, bu hatların uzun mesafeli iletim ve büyük ızgaraları birbirine bağlamak içindir.

Bir otoyol düşünün. Çoğunlukla, inşa edilmiş alanlarda her birkaç milden bir çıkış yaparlar ve bazen çok garip durumlarda bazen bir kilometreden daha sık çıkarlar, fakat çoğu nokta için uzak mesafelerden hızlı ve verimli bir seyahate izin vermeyi amaçlarlar. Karayollarının yakınında açıkça evler ve işler olsa da, her birinin kendine ait bir inzası ve inzası varsa, yalnızca altyapı kaynakları önemli olmayacak, her seferinde bir bölümü veya şeridi kapatarak sona eren bir onrampa veya inziva ile ilgili bir sorununuz olduğunda Bir süre boyunca otoyolun çok, çok daha fazla insan etkiliyor.

Daha fazla trafo merkezi oluşturmaya başlarsanız, trafo merkezi sorunları nedeniyle iletim hattının çalışma süresini kısaltırsınız.

Ayrıca, daha küçük ızgaralar aslında anahtarlarla birkaç büyük ızgaraya bağlanır; bunlar daha sonra bazen anahtarlarla birden fazla iletim hattına bağlanır. Bu, herhangi bir hat veya ızgarada bir sorunun etrafa yönlendirilmesine izin verir ve soruna lokalize olan güç kaybına neden olur. İletim hatları üzerinde çalışmak ve tamir etmek daha zor ve daha maliyetlidir ve ulusal elektrik şebekeleri için kritik omurga altyapısıdır. Enerji santralleri herhangi bir nedenden dolayı çevrimdışına alındığında, enerji santralleri çok daha uzaktaysa, bu hatlar nedeniyle durgunluğu alabilir.

Son olarak, elektriksel olarak en verimli elektrik iletimi için faz dengelidir. Bireysel trafo merkezleri ve şebekeler, güç faktörü sağlayacak şekilde tasarlanmıştırmümkün olduğunca 1'e yakın. Düşük güç faktörleri, hatlarda ve transformatörlerde daha fazla iletken gerektiren enerji kaybına neden olur. Bu çizgiler, uygun olmayan AC yükleri için tasarlanmamıştır. Yüksek gerilim hatlarına bağlanan endüstriyel müşteriler, tesislerinin uygun şekilde dengelenmemiş olması durumunda, genellikle güç faktörü düzeltmesi eklemek zorunda kalırlar. Bir evi veya mahalleyi doğrudan bir iletim hattına bağlamak, iletim hattının etkilenmemesi için onlara hizmet vermek için gerekli olan trafo merkezinde daha büyük bir yatırım yapılmasını gerektirir. Diğer yüksek gerilim hatları düşük güç faktörüne sahip birçok müşteriyi bir araya getirir, ancak küçük endüstriyel kullanıcıları (çok sayıda motor) ev kullanıcıları ile (çok sayıda anahtarlama güç kaynağı) karıştırarak trafo merkezleri güç faktörünü çok daha düşük maliyet ve daha küçük tesisler için dengeleyebilir .

Gerçekten küçük tüketiciler için tasarlanmamıştır.

Bunu gerçekten yapıp yapmadığımızı ve elektrik hatlarının bir mahallenin içinden ya da yanından geçip geçmediğini ve bir elektrik trafo merkezi yerine doğrudan bu elektrik hatlarına bağlı her evin oldukça saçma olacağını düşünün.

Ne kadar saçma olabileceğini göstermek için bir resim çizdim:

Neyse ki, İsveçliler çizim becerilerimden çok daha iyi şeyler yaptılar:

Bu arada bunlar telefon kabloları, kablolara (ve yakınlardaki insanlara) korkunç şeyler olmadan çok yakınlaşabiliyorlar.

Şimdi bu kabloların ağır hizmet tipi elektrik hattı kabloları olduğunu hayal edin. Onları çok yoğun bir şekilde paketleyemediğinizi ve her bir satıra ayrı ayrı izin vermek zorunda kaldığınızı hayal edin. Kule blokları ve apartman binaları doğrudan görüş hattını bloke ettiğinde, tüm ek kabloları desteklemek için yol boyunca ek yapılar ve yerinde tutmak için gereken ağırlık ve gerginliği engellediğinde ek destekleri düşünün.

Tüm bu ağır hizmet tipi yüksek voltaj kablolarının alım ve radyo yayınları üzerindeki etkisini ve her ev için sayısız mikro trafo merkezini hayal edin.

Başka bir resim çizdim, burası elektrik hatları bitişiğindeki küçük bir köy:

Elektrik hatlarının çoğunu gömebiliriz, ama bu oldukça tehlikeli elektrik hatlarının döşenmesi için çok fazla kazma, hepsi çok pahalı olacak (zaten olduğu gibi).

Birkaç bitişik evin kablo ve trafoyu paylaşması için basit bir çözüm olacaktır. Yeterli boyuttaki istasyonlar, inşaat maliyetlerinden tasarruf sağlarken ve kablo sayısını azaltırken tüm mahalleleri destekleyecek kadar ucuz olacaktır. Bunların hepsi tanıdık gelmeye başladı ...

Bunun sistem korumasından kaynaklandığını düşünüyorum. Şanzımanı devreden çıkarır ve başarıyla ev voltajınıza düşürürseniz, bulunduğunuz yerde bir hata meydana gelmesi elektrik şebekesi için çok pahalı olacaktır.

Ayrıca, merkezi trafoyu ve ana iletim hattını koruyan merkezi bir sisteme sahip olmak düşük maliyetlidir. Ayrıca, transformatörün iletim hattı voltajını yaklaşık 69Kv, 138Kv ve bu sayede 120V'a düşürmesi, takip etmesi pahalıya mal olacaktır.

Bu nedenle, düzenin bugün olduğu gibi teknik ve ekonomik faydaları vardır.

Bunun sebebi yüksek gerilim hattının asıl amacının iletim olmasıdır. Bunun nedeni, yüksek voltajlarda I2R'nin neden olduğu güç kaybının düşük voltaj kullanmaktan daha düşük olmasıdır (aynı Güç için [W], daha yüksek voltaj => daha düşük akım)

Bunun yanı sıra, kabul edilemez derecede pahalı olabilecek, belki 500 / 0.4 kV'lık bir transformatör kullanarak yüksek gerilim hattına bağlanabilirsiniz.