העברת חשמל מתחנת הכוח לצרכן

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

ממקורות הייצור הישירים לצרכן, אנרגיה חשמלית עוברת דרך נקודות טכנולוגיות רבות. יחד עם זאת, הנשאים שלו עצמם בצורת קווים עם מוליכים חיוניים בתשתית זו. במובנים רבים הם יוצרים מערכת רב-מפלסית ומורכבת של העברת חשמל, שבה הצרכן הוא החוליה הסופית.

מאיפה מגיע החשמל?

בשלב הראשון של התהליך הכולל של אספקת האנרגיה, מתרחש ייצור, כלומר ייצור חשמל. לשם כך נעשה שימוש בתחנות מיוחדות המפיקות אנרגיה ממקורותיה האחרים. חום, מים, אור שמש, רוח ואפילו אדמה יכולים לשמש כאחרונים. בכל אחד מהמקרים נעשה שימוש בתחנות גנרטורים הממירות אנרגיה טבעית או מלאכותית לחשמל. אלה יכולות להיות תחנות כוח גרעיניות או תרמיות מסורתיות, וטחנות רוח עם שמשסוללות. להולכת החשמל לרוב הצרכנים משתמשים בשלושה סוגי תחנות בלבד: תחנות כוח גרעיניות, תחנות כוח תרמיות ותחנות כוח הידרואלקטריות. בהתאם, מתקנים גרעיניים, תרמיים והידרולוגיים. הם מייצרים כ-75-85% מהאנרגיה בעולם, אם כי בשל גורמים כלכליים ובעיקר סביבתיים, ישנה מגמה גוברת של הפחתה במדד זה. כך או אחרת, תחנות הכוח העיקריות הללו הן שמייצרות אנרגיה להעברה נוספת לצרכן.

רשתות להעברת אנרגיה חשמלית

שינוע האנרגיה המופקת מתבצע על ידי תשתית הרשת, שהיא שילוב של מתקני חשמל שונים. המבנה הבסיסי להולכת החשמל לצרכנים כולל שנאים, ממירים ותחנות משנה. אבל את המקום המוביל בו תופסים קווי חשמל המחברים ישירות בין תחנות כוח, מתקני ביניים וצרכנים. יחד עם זאת, רשתות עשויות להיות שונות זו מזו - במיוחד, לפי מטרה:

• רשתות ציבוריות. אספקת מתקני בית, תעשייה, חקלאות ותחבורה.
• תקשורת רשת לאספקת חשמל אוטונומית. ספק כוח לאובייקטים אוטונומיים וניידים, הכוללים מטוסים, ספינות, תחנות לא נדיפות וכו'.
• רשתות לאספקת חשמל של מתקנים המבצעים פעולות טכנולוגיות בודדות. באותו מתקן ייצור, בנוסף לאספקת החשמל העיקרית, ניתן לספק קו לשמירה על יכולת הפעולה של מכשיר מסוים.ציוד, מסוע, מפעל הנדסה וכו'.
• צור קשר עם קווי אספקת החשמל. רשתות המיועדות לספק חשמל ישירות לכלי רכב נעים. זה חל על חשמליות, קטרים, טרוליבוסים וכו'.

סיווג רשתות שידור לפי גודל

הגדולות הן רשתות השדרה המקשרות בין מקורות ייצור אנרגיה למרכזי צריכה במדינות ואזורים. תקשורת כזו מאופיינת בהספק גבוה (בכמות ג'יגה וואט) ובמתח. ברמה הבאה, ישנן רשתות אזוריות, שהן שלוחות מקווים ראשיים, ובתמורה, יש להן שלוחות קטנות יותר בעצמן. באמצעות ערוצים כאלה, החשמל מועבר ומופץ לערים, אזורים, מוקדי תחבורה גדולים ושדות מרוחקים. למרות שרשתות בקליבר זה יכולות להתהדר בביצועי הספק גבוהים, היתרון העיקרי שלהן אינו טמון באספקת הנפח של משאבי האנרגיה, אלא במרחק התחבורה.

בשלב הבא יש רשתות אזוריות ופנימיות. לרוב, הם גם מבצעים את הפונקציות של חלוקת אנרגיה בין צרכנים ספציפיים. הערוצים המחוזיים מוזנים ישירות מהאזוריים, ומשרתים את אזורי הבלוק העירוני ורשתות הכפרים. באשר לרשתות פנימיות, הם מפיצים אנרגיה בתוך הרובע, הכפר, המפעל וחפצים קטנים יותר.

תחנות משנה ברשתות אספקת חשמל

בין מקטעים נפרדים של קווי תמסורת חשמל, מותקנים שנאים במתכונת של תחנות משנה. המשימה העיקרית שלהם היא להגביר את המתח על רקע ירידה בזרם. ויש גם הגדרות ירידה המפחיתות את מחוון מתח המוצא בתנאים של עלייה בעוצמת הזרם. הצורך בוויסות כזה של פרמטרי חשמל בדרך לצרכן נקבע על ידי הצורך לפצות על הפסדים בהתנגדות אקטיבית. העובדה היא שהעברת החשמל מתבצעת באמצעות חוטים בעלי שטח חתך אופטימלי, אשר נקבע אך ורק על ידי היעדר פריקת קורונה וחוזק הזרם. חוסר האפשרות לשלוט בפרמטרים אחרים מוביל לצורך בציוד בקרה נוסף בצורה של אותו שנאי. אבל יש סיבה נוספת לכך שהמתח צריך לעלות על חשבון תחנת המשנה. ככל שמדד זה גבוה יותר, כך מרחק העברת האנרגיה יהיה גדול יותר, תוך שמירה על פוטנציאל הספק גבוה.

תכונות של שנאים דיגיטליים

תחנת משנה מסוג מודרני, מאפשרת שליטה דיגיטלית. לכן, שנאי סטנדרטי מסוג זה מספק את הכללת הרכיבים הבאים:

• חדר בקרה תפעולי. אנשי ההפעלה, באמצעות מסוף מיוחד המחובר באמצעות חיבור מרוחק (לעיתים אלחוטי), שולט על פעולת התחנה במצבים כבדים ורגילים. עשוי לחולהתקני עזר של אוטומציה, ומהירות העברת הפקודות משתנה ממספר דקות לשעות.
• יחידת בקרה נגד חירום. מודול זה מופעל במקרה של הפרעות חזקות בקו. למשל, אם העברת החשמל מתחנת כוח לצרכן מתבצעת בתנאים של תהליכים אלקטרו-מכניים חולפים (עם השבתה פתאומית של הכוח שלו, גנרטור, ירידת עומס משמעותית וכו').
• הגנת ממסר. ככלל, מודול אוטומטי עם ספק כוח עצמאי, שרשימת המשימות שלו כוללת שליטה מקומית על מערכת החשמל על ידי זיהוי מהיר ובידוד חלקים פגומים ברשת.

התקנות חשמל עזר בקווי חשמל

תחנת המשנה, בנוסף לבלוק השנאי, מספקת נוכחות של מנתקים, מפרידים, מדידה והתקנים משלימים אחרים. הם אינם קשורים ישירות למכלול הבקרה ופועלים כברירת מחדל. כל אחת מההתקנות הללו נועדה לבצע משימות ספציפיות:

• הנתק פותח/סוגר את מעגל החשמל אם אין עומס על חוטי החשמל.
• המפריד מנתק אוטומטית את השנאי מהרשת למשך הזמן הנדרש להפעלת חירום של תחנת המשנה. בניגוד למודול הבקרה, במקרה זה, המעבר לשלב החירום של הפעולה מתבצע באופן מכני.
• מכשירי מדידה קובעים את וקטורי המתח והזרם שבהם מועבר החשמל מהמקור לצרכן בנקודת זמן ספציפית. אלו הם גם כלים אוטומטיים התומכים בחשבונאות של שגיאות מטרולוגיות.

בעיות בהעברת אנרגיה חשמלית

בעת ארגון והפעלה של רשתות אספקת חשמל, ישנם קשיים רבים בעלי אופי טכני וכלכלי. לדוגמה, הפסדי הכוח הנוכחיים שהוזכרו כבר כתוצאה מהתנגדות במוליכים נחשבים לבעיה החשובה ביותר מסוג זה. גורם זה מפצה על ידי ציוד שנאי, אך הוא, בתורו, זקוק לתחזוקה. תחזוקה טכנית של תשתית הרשת, באמצעותה מועבר חשמל למרחקים, היא, עקרונית, יקרה. זה דורש הן עלויות חומר והן על משאבים ארגוניים, מה שבסופו של דבר משפיע על העלאת התעריפים לצרכני האנרגיה. מצד שני, הציוד העדכני ביותר, חומרים למנצחים ואופטימיזציה של תהליכי בקרה עדיין מאפשרים להפחית חלק מעלויות התפעול.

מי צרכן החשמל?

במידה רבה, הדרישות לאספקת אנרגיה נקבעות על ידי הצרכן. ובתפקיד זה יכולים לפעול מפעלי ייצור, שירותים ציבוריים, חברות תחבורה, בעלים של קוטג'ים כפריים, תושבי בניינים עירוניים מרובים וכו'. ההבדל העיקרי בין קבוצות צרכנים שונות יכול להיקרא כוח קו האספקה שלו. על פי קריטריון זה, כל ערוצי העברת החשמל לצרכנים מקבוצות שונות יכולים להיותמחולק לשלושה סוגים:

• עד 5 MW.
• מ-5 ל-75 MW.
• מ-75 ל-1,000 MW.

מסקנה

כמובן, תשתית אספקת האנרגיה הנ ל לא תהיה שלמה ללא מארגן ישיר של תהליכי חלוקת משאבי האנרגיה. משתתפי שוק האנרגיה הסיטונאי בעלי רישיון הספק המתאים פועלים כחברת אספקה. הסכם לשירותי הולכת חשמל נכרת עם ארגון מכירת אנרגיה או ספק אחר המבטיח אספקה בתוך תקופת החיוב הנקובת. יחד עם זאת, משימות התחזוקה והתפעול של תשתית הרשת, המספקת חפץ צרכני ספציפי במסגרת החוזה, עשויות להיות במחלקה של ארגון צד שלישי שונה לחלוטין. כך גם לגבי מקור ייצור האנרגיה.