Một mạng lưới thông thường sử dụng các đường dây 110..500 kilovolt để cung cấp điện cho các trạm biến áp xuống mức 6,20 kilovolt và sau đó các đường dây có điện áp thấp hơn đến được với người tiêu dùng nơi các trạm biến áp khác được đặt cuối cùng hạ 6-20 kilovolt cho người tiêu dùng điện áp (100 hoặc 230 volt hoặc bất cứ tiêu chuẩn địa phương nào).

Những dòng 110..500 kilovolt đó thường đi qua các khu vực có những người tiêu dùng đó. Người tiêu dùng có thể được kết nối với các đường dây đó thông qua các máy biến áp chấp nhận 110 kilovolt và xuất điện áp tiêu dùng. Thay vào đó, những đường dây đó chạy đến một nơi nào đó và sau đó một đường dây điện khác chạy trở lại với một số điện áp thấp hơn và một người tiêu dùng được nối với cái sau. Đó là rất nhiều hệ thống dây điện thêm.

Lý do cho thiết kế này là gì? Tại sao không móc người tiêu dùng đến đường dây điện gần nhất?

HV (66kV - 500kV) là ... khó đối phó.

Tôi sẽ nói ra những lý do mà tôi có thể nghĩ ra từ đỉnh đầu.

Tất cả các số liệu theo sau (trọng lượng, đô la) là các guesstimates theo thứ tự.

Giải phóng mặt bằng

Hãy sử dụng 220kV làm ví dụ. Tiêu chuẩn trạm biến áp HV Úc AS 2067 chỉ định các khoảng hở sau cần thiết cho thiết bị 220kV:

• Pha với trái đất - 2100mm. Đó là, không có dây dẫn 220kV nào có thể nằm trong phạm vi 2 mét so với bất kỳ dây dẫn nối đất nào (giả sử là bể biến áp hoặc cột thép.) Chỉnh sửa: Trên thực tế, tôi nên trích dẫn Khoảng cách không chớp (N) ở đây.
• Pha giải phóng mặt bằng pha - 2.415mm. Đó là, các dây dẫn trên không 220kV phải cách nhau ít nhất 2,4m mọi lúc.
• Giải phóng mặt bằng an toàn ngang - 4.125mm. Tất cả các bộ phận sống phải cao hơn ít nhất 4.125mm so với bất kỳ bề mặt nào mà một người có thể đứng.
• Khoảng hở an toàn dọc - 3,565 mm.

Điều đó có nghĩa là không có thứ gọi là trạm biến áp 220kV 'nhỏ gọn'. (Chà, có; các trạm biến áp dựa trên thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí có thể rất nhỏ gọn, nhưng bạn không muốn biết chúng có giá bao nhiêu.)

Kích thước tối thiểu cho một trạm biến áp 220kV, chứa các thiết bị cần thiết và duy trì tất cả các khoảng trống này, ít nhất là một hình vuông 20m × 20m, tức là kích thước của một khối đất ở ngoại ô.

Nó cũng sẽ phải có các cấu trúc cao ít nhất 4 mét, rất khó để hòa vào cảnh quan ngoại ô.

Ngoài các giải phóng mặt bằng cần thiết để ngăn chặn người bị điện giật trực tiếp, bạn cũng phải tranh luận với -

• Bán kính an toàn cháy trong trường hợp máy biến áp giảm 10.000 lít dầu cách điện và bắt lửa. Từ bộ nhớ, ít nhất 10 mét.
• Bán kính trong trường hợp nổ điện. Bán kính ngưỡng điển hình để nhận các vết bỏng cấp độ 'có thể sống sót' có thể vượt quá 10 mét đối với một số loại lỗi năng lượng. Chắc chắn không có nhà ở dân sự được phép trong bán kính này.

Sự bảo vệ

Một lỗi trên mạng 220kV phải được xóa nhanh chóng hoặc nó sẽ khiến toàn bộ lưới điện ở trạng thái không ổn định (tức là mất điện.) 'Thời gian xóa lỗi nghiêm trọng' để tránh mất điện thường là ít hơn 1 giây.

Đề án bảo vệ rất tốn kém (vi sai đường với phi công sợi quang, bảo vệ khoảng cách) được sử dụng để đảm bảo tốc độ bảo vệ cao này. Các sơ đồ bảo vệ này phải được cài đặt tại mọi thiết bị đầu cuối của đường dây 220kV.

Khi chúng tôi chiếm chi phí của -

• Bộ ngắt mạch 220kV - mỗi bộ khoảng 200.000 đô la, tối thiểu ba yêu cầu cho mỗi trạm biến áp - hai cho mạch đến / đi tiếp tục qua trạm, và một cho T-off = 600.000 đô la
• hai bộ máy biến dòng bảo vệ ba pha có công suất 220kV và ampe liên tục "đủ" - khoảng 50.000 đô la một bộ (sân bóng) = 100.000 đô la
• hai bộ rơle bảo vệ - mỗi bộ có một bản sao dự phòng - khoảng 20.000 đô la mỗi bộ = 80.000 đô la. (Lưu ý: bảo vệ "X" và "Y" trùng lặp là tiêu chuẩn cho các trạm biến áp HV.)

... Chúng tôi có giá lên tới khoảng 780.000 đô la, chỉ trong các thiết bị bảo vệ, trên mỗi trạm biến áp. Và chúng tôi thậm chí chưa bắt đầu mua phần cứng chấm dứt đường truyền, bộ chuyển hướng đột biến, thanh cái, cấu trúc hỗ trợ, công trình đất, hàng rào, bê tông, điều khiển PLC, túp lều điều khiển ...

(So ​​sánh bảo vệ máy biến áp phân phối 22kV, thường chỉ là một bộ cầu chì loại bỏ trục xuất ba pha, tổng chi phí có thể là 2.000 đô la.)

Máy biến áp

Máy biến áp 220kV có kích thước lớn, bằng tất cả các lớp cách điện cần thiết bên trong chúng để ngăn chặn ánh sáng. Không có thứ gọi là máy biến áp 220kV "nhỏ" - cái nhỏ nhất tôi từng thấy được đánh giá 60 MVA và nặng khoảng 10 tấn.

Tương phản máy biến áp cực đỉnh điển hình 22 / 0.415kV được đánh giá 500kVA trở xuống. Trọng lượng rất quan trọng vì có giới hạn tối đa cho những gì bạn có thể có trên đỉnh cột gỗ. Tôi không phải là kỹ sư kết cấu, nhưng bạn chắc chắn sẽ không muốn gắn kết bất cứ thứ gì nhiều hơn một tấn.

Là đủ lý do?

Một lý do chính là những đường này là để truyền đường dài và kết nối các lưới lớn.

Hãy tưởng tượng một đường cao tốc. Chủ yếu là họ có lối ra mỗi vài dặm trong khu vực xây dựng, và đôi khi thường xuyên hơn một dặm trong những trường hợp đặc biệt kỳ lạ, nhưng đối với điểm nhất mà họ đang dự định để cho phép nhanh, di chuyển nhanh chóng từ khoảng cách xa. Mặc dù rõ ràng có nhà ở và doanh nghiệp gần đường cao tốc, nhưng mỗi người đều có lối đi riêng và lối đi riêng, không chỉ tài nguyên cơ sở hạ tầng là đáng kể, mà mỗi khi bạn gặp vấn đề với một lối đi hoặc lối ra cuối cùng sẽ đóng một đoạn hoặc một làn đường của đường cao tốc trong một khoảng thời gian bạn tác động đến nhiều, nhiều người hơn nữa.

Nếu bạn bắt đầu xây dựng thêm các trạm biến áp, bạn sẽ tăng nguy cơ ngừng hoạt động cho đường truyền do sự cố của trạm biến áp.

Hơn nữa, các lưới nhỏ hơn thực sự được kết nối với một số lưới lớn hơn với các công tắc, đôi khi đôi khi được kết nối với nhiều hơn một đường truyền với các công tắc. Điều này cho phép một vấn đề trên bất kỳ đường hoặc lưới cụ thể nào được định tuyến xung quanh và dẫn đến mất điện được cục bộ hóa cho sự cố. Đường dây truyền tải khó hơn và tốn kém hơn để làm việc và sửa chữa, và là cơ sở hạ tầng xương sống quan trọng cho lưới điện quốc gia. Khi các nhà máy điện hoạt động ngoại tuyến vì bất kỳ lý do nào, các nhà máy điện ở xa hơn có thể mất đi sự chậm chạp do các đường dây này.

Cuối cùng, về mặt điện, chúng được cân bằng pha để truyền tải điện hiệu quả nhất. Các trạm biến áp và lưới riêng biệt được thiết kế sao cho hệ số công suấtcàng gần 1 càng tốt. Các yếu tố năng lượng thấp hơn dẫn đến mất năng lượng trong các đường dây và máy biến áp, đòi hỏi các dây dẫn đáng kể hơn. Những dòng này không có nghĩa là cho tải AC phù hợp kém. Các khách hàng công nghiệp kết nối với đường dây điện áp cao hơn thường phải thêm hiệu chỉnh hệ số công suất nếu nhà máy của họ không được cân bằng chính xác. Kết nối một ngôi nhà hoặc khu phố trực tiếp hơn với một đường truyền sẽ đòi hỏi một khoản đầu tư lớn hơn nữa trong trạm biến áp cần thiết để phục vụ chúng để các đường truyền không bị ảnh hưởng. Các đường dây điện cao thế khác hợp nhất rất nhiều khách hàng có hệ số công suất kém, nhưng bằng cách trộn người dùng công nghiệp nhỏ (nhiều động cơ) với người dùng gia đình (rất nhiều nguồn cung cấp năng lượng), các trạm biến áp có thể cân bằng hệ số công suất với chi phí thấp hơn và các cơ sở nhỏ hơn .

Chúng thực sự không được thiết kế cho người tiêu dùng nhỏ.

Hãy tưởng tượng nếu chúng ta thực sự làm điều này, và chúng ta có những đường dây điện chạy qua một khu phố hoặc bên cạnh, và mọi ngôi nhà được kết nối trực tiếp với những đường dây điện này chứ không phải là một trạm biến áp, nó sẽ khá ngớ ngẩn

Tôi đã vẽ một bức tranh để chứng minh nó ngớ ngẩn đến mức nào:

May mắn thay, người Thụy Điển đã xây dựng những thứ tốt hơn nhiều so với kỹ năng vẽ của tôi:

Đó là những dây điện thoại, họ có thể đến gần mà không gặp phải những điều khủng khiếp khủng khiếp xảy ra với dây điện (và những người ở gần đó).

Bây giờ hãy tưởng tượng những dây cáp đó là dây cáp điện hạng nặng. Hãy tưởng tượng bạn không thể gói chúng dày đặc và phải giải phóng mặt bằng cho từng dòng. Hãy tưởng tượng các hỗ trợ bổ sung khi các khối tháp và tòa nhà chung cư chặn đường ngắm trực tiếp, các cấu trúc bổ sung trên đường đi để hỗ trợ tất cả hệ thống cáp bổ sung và trọng lượng và sức căng cần thiết để giữ nó đúng vị trí.

Hãy tưởng tượng tác động của tất cả các dây cáp điện cao thế nặng này đối với việc thu sóng và truyền vô tuyến, và rất nhiều trạm biến áp siêu nhỏ cho mọi nhà.

Tôi đã vẽ một bức tranh khác, đó là một ngôi làng nhỏ với những đường dây điện liền kề:

Chúng ta có thể chôn vùi các đường dây điện trong suốt chặng đường, nhưng đó là rất nhiều công việc đào bới để đặt các đường dây điện khá nguy hiểm, tất cả sẽ trở nên rất tốn kém (điều này đã có sẵn).

Một giải pháp đơn giản sẽ là cho một số nhà liền kề để chia sẻ cáp và trạm biến áp. Các trạm có kích thước đủ sẽ đủ rẻ để hỗ trợ toàn bộ khu phố trong khi tiết kiệm chi phí xây dựng và giảm số lượng cáp. Đây là tất cả bắt đầu nghe quen thuộc ...

Tôi đang nghĩ nhiều hơn rằng đó là do bảo vệ hệ thống. Nếu bạn tắt thiết bị truyền tải và chuyển thành công xuống điện áp giữ nhà, sẽ rất tốn kém cho tiện ích nếu xảy ra lỗi tại vị trí của bạn.

Ngoài ra, chi phí hiệu quả là có một hệ thống trung tâm bảo vệ máy biến áp trung tâm và đường truyền chính. Hơn nữa, chi phí của máy biến áp để giảm điện áp đường dây từ khoảng 69Kv, 138Kv, v.v., đến 120V sẽ rất tốn kém để theo đuổi.

Vì vậy, nó có cả lợi ích kinh tế và kỹ thuật để có bố cục như ngày nay.

Tôi nghĩ đó là vì mục tiêu chính của đường dây cao thế là truyền tải. Điều này là do ở điện áp cao, công suất bị mất do I2R gây ra thấp hơn so với sử dụng điện áp thấp hơn (cho cùng một Công suất [W], điện áp cao hơn => dòng điện thấp hơn)

Bên cạnh đó, bạn có thể kết nối với đường dây điện áp cao bằng cách sử dụng một máy biến áp, có thể là 500 / 0,4 kV, điều đó sẽ không thể chấp nhận được.