Přenos elektrické energie - Electric power transmission - Wikipedia

500 kV Třífázová elektrická energie Přenosové linky v Přehrada Grand Coulee Dam; jsou zobrazeny čtyři obvody; dva další okruhy jsou zakryty stromy vpravo; celá kapacita výroby přehrady 7079 MW je pojata těmito šesti okruhy.

Přenos elektrické energie je hromadný pohyb elektrická energie od a generování web, například a elektrárna, do elektrická rozvodna. Propojené linky, které tento pohyb usnadňují, jsou známé jako a přenosová síť. To se liší od místního vedení mezi vysokonapěťovými rozvodnami a zákazníky, které se obvykle označuje jako rozvod elektrické energie. Kombinovaná přenosová a distribuční síť je součástí dodávka elektřiny, známý jakoelektrická síť " v Severní Amerika, nebo jen „mřížka“. V Spojené království, Indie, Tanzanie, Myanmar, Malajsie a Nový Zéland, síť je známá jako National Grid.

Efektivní přenos zahrnuje snižování proudů zvyšováním napětí před přenosem a jeho snižováním v rozvodně na vzdáleném konci. Pro přenos střídavého proudu se krokování nahoru a dolů provádí pomocí transformátorů.

A širokoplošná synchronní mřížka, známé také jako „propojení“ v Severní Americe, přímo spojuje mnoho generátorů dodávajících střídavý proud se stejným příbuzným frekvence mnoha spotřebitelům. Například v Severní Americe existují čtyři hlavní propojení (dále jen Západní propojení, Východní propojení, Propojení v Quebecu a Rada pro elektrickou spolehlivost v Texasu (ERCOT) mřížka). V Evropě jedna velká síť spojuje většinu kontinentální Evropy.

Historicky byly přenosové a distribuční linky ve vlastnictví stejné společnosti, ale od 90. let ji má mnoho zemí liberalizován regulace trh s elektřinou způsoby, které vedly k oddělení obchodu s přenosem elektřiny od obchodu s distribucí.^[1]

Systém

Většina přenosových vedení je vysokého napětí třífázový střídavý proud (AC) jednofázový AC se někdy používá v železniční elektrifikační systémy. Vysokonapěťový stejnosměrný proud Technologie (HVDC) se používá pro vyšší účinnost na velmi dlouhé vzdálenosti (obvykle stovky mil). Technologie HVDC se také používá v podmořské napájecí kabely (obvykle delší než 50 mil) a při výměně energie mezi mřížkami, které nejsou vzájemně synchronizovány. Spojení HVDC se používají ke stabilizaci velkých distribučních sítí, kde náhlé nové zátěže nebo výpadky proudu v jedné části sítě mohou vést k problémům se synchronizací a kaskádové poruchy.

Schéma elektrického systému; přenosový systém je modrý

Elektřina se přenáší v vysoké napětí (66 kV nebo vyšší) ke snížení ztráty energie, ke které dochází při přenosu na velké vzdálenosti. Síla se obvykle přenáší skrz nadzemní elektrické vedení. Podzemní přenos energie má výrazně vyšší instalační náklady a větší provozní omezení, ale snížené náklady na údržbu. Podzemní přenos se někdy používá v městských oblastech nebo na místech citlivých na životní prostředí.

Nedostatek zásobníků elektrické energie v přenosových soustavách vede k zásadnímu omezení. Elektrická energie musí být vyráběna stejnou rychlostí, jakou je spotřebována. Aby bylo zajištěno, že: výroba elektřiny velmi úzce odpovídá poptávce. Pokud poptávka po energii překročí nabídku, nerovnováha může způsobit, že se výrobní zařízení a přenosová zařízení automaticky odpojí nebo vypnou, aby nedošlo k poškození. V nejhorším případě to může vést k kaskádové sérii odstávek a významnému regionálnímu výpadek proudu. Mezi příklady patří výpadky proudu na severovýchod USA 1965, 1977, 2003 a velké výpadky proudu v jiných regionech USA v roce 2006 1996 a 2011. Elektrické přenosové sítě jsou propojeny do regionálních, národních a dokonce kontinentálních sítí, aby se snížilo riziko takové poruchy poskytnutím více redundantní, alternativní cesty pro tok energie, pokud by k takovým vypnutím došlo. Přepravní společnosti určují maximální spolehlivou kapacitu každé linky (obvykle menší než její fyzický nebo teplotní limit), aby zajistily dostupnost volné kapacity v případě poruchy v jiné části sítě.

Zpětný přenos

3fázové vedení vysokého napětí ve státě Washington, „svázané“ 3 způsoby

Čtyřkruhové dvousměrné napájecí přenosové vedení; "Balíčky" 2 způsoby

Typický ACSR. Vodič se skládá ze sedmi pramenů oceli obklopených čtyřmi vrstvami hliníku.

Nadzemní vysokonapěťové vodiče nejsou pokryty izolací. Materiál vodiče je téměř vždy hliník slitina, vyrobená do několika pramenů a případně vyztužená ocelovými prameny. Měď se někdy používala pro horní převodovku, ale hliník je lehčí, poskytuje jen nepatrně snížený výkon a stojí mnohem méně. Horní vodiče jsou komoditou dodávanou několika společnostmi po celém světě. Vylepšený materiál a tvary vodičů se pravidelně používají, aby se zvýšila kapacita a modernizovaly přenosové obvody. Velikosti vodičů se pohybují od 12 mm² (#6 Americký drátoměr ) na 750 mm² (1,590,000 kruhové mil oblast), s různým odporem a proudová zatížitelnost. U velkých vodičů (o průměru více než několik centimetrů) při napájecí frekvenci je velká část proudu koncentrována v blízkosti povrchu kvůli kožní efekt. Střední část vodiče přenáší malý proud, ale přispívá k hmotnosti a ceně vodiče. Z důvodu tohoto současného omezení několik paralelních kabelů (tzv svazky vodičů ) se používají, když je potřeba vyšší kapacita. Vodiče svazků se také používají při vysokém napětí ke snížení ztrát energie způsobených koronový výboj.

Dnes se napětí na úrovni přenosu obvykle považuje za 110 kV a vyšší. Obvykle se uvažuje s nižším napětím, jako je 66 kV a 33 kV subtransmise napětí, ale občas se používají na dlouhých tratích s lehkým zatížením. Obvykle se používá napětí nižší než 33 kV rozdělení. Uvažuje se o napětí nad 765 kV extra vysoké napětí a vyžadují odlišné konstrukce ve srovnání se zařízením používaným při nižším napětí.

Vzhledem k tomu, že nadzemní přenosové vodiče závisí na izolaci vzduchu, vyžaduje konstrukce těchto vedení minimální vzdálenosti, aby byla zachována bezpečnost. Nepříznivé povětrnostní podmínky, jako je silný vítr a nízké teploty, mohou vést k výpadkům proudu. Rychlost větru až 23 uzlů (43 km / h) může vodičům umožnit překročit provozní vzdálenosti, což má za následek flashover a ztráta nabídky.^[2]Oscilační pohyb fyzické linie lze nazvat cval nebo třepotání vodiče v závislosti na frekvenci a amplitudě kmitání.

Tři vedle sebe elektrické stožáry ve Websteru v Texasu

Podzemní přenos

Elektrickou energii lze také přenášet pomocí podzemní napájecí kabely místo nadzemního elektrického vedení. Podzemní kabely zabírají méně zprava než trolejové vedení, mají nižší viditelnost a jsou méně ovlivněny špatným počasím. Náklady na izolovaný kabel a výkop jsou však mnohem vyšší než nadzemní konstrukce. Lokalizace a oprava poruch v zakopaných přenosových vedeních trvá déle.

V některých metropolitních oblastech jsou podzemní přenosové kabely uzavřeny kovovou trubkou a izolovány dielektrickou kapalinou (obvykle olejem), která je buď statická, nebo cirkuluje prostřednictvím čerpadel. Pokud elektrická porucha poškodí potrubí a způsobí únik dielektrika do okolní půdy, mobilizují se vozíky s kapalným dusíkem, aby zmrazily části potrubí, aby se umožnilo odvodnění a oprava poškozeného místa potrubí. Tento typ podzemního přenosového kabelu může prodloužit dobu opravy a zvýšit náklady na opravu. Teplota potrubí a zeminy se obvykle průběžně sleduje po celou dobu opravy.^[3][4][5]

Podzemní vedení jsou přísně omezena svou tepelnou kapacitou, což umožňuje menší přetížení nebo přehodnocení než nadzemní vedení. Dlouhé podzemní AC kabely mají významné kapacita, což může snížit jejich schopnost poskytovat užitečnou energii nákladům nad 80 kilometrů. Kabely stejnosměrného proudu nejsou omezeny délkou svou kapacitou, ale vyžadují Převodní stanice HVDC na obou koncích linky převést ze stejnosměrného proudu na střídavý proud, než bude propojen s přenosovou sítí.

Dějiny

Ulice v New Yorku v roce 1890. Kromě telegrafních vedení bylo pro každou třídu zařízení vyžadujících různá napětí zapotřebí několik elektrických vedení

V počátcích komerční elektrické energie omezoval přenos elektrické energie při stejném napětí, jaké používá osvětlení a mechanické zatížení, vzdálenost mezi výrobnou a spotřebiteli. V roce 1882 byla generace stejnosměrný proud (DC), které nebylo možné snadno zvýšit v napětí pro dálkový přenos. Různé třídy zátěží (například osvětlení, pevné motory a trakční / železniční systémy) vyžadovaly různá napětí, a proto se používaly různé generátory a obvody.^[6][7]

Kvůli této specializaci vedení a protože přenos byl pro nízkonapěťové vysokonapěťové obvody neúčinný, musely být generátory blízko svých zátěží. V té době se zdálo, že se z tohoto odvětví vyvine to, co je nyní známé jako distribuovaná generace systém s velkým počtem malých generátorů umístěných v blízkosti jejich zátěží.^[8]

Přenos elektrické energie pomocí střídavý proud (AC) se stal možným po Lucien Gaulard a John Dixon Gibbs postavili v roce 1881 takzvaný sekundární generátor, časný transformátor s poměrem otáček 1: 1 a otevřeným magnetickým obvodem.

První dálková linka střídavého proudu byla dlouhá 34 kilometrů a byla postavena pro mezinárodní výstavu v roce 1884 Turín, Itálie. Byl napájen 2 kV, 130 Hz Siemens & Halske alternátor a představoval několik sekundárních generátorů Gaulard s jejich primárními vinutími zapojenými do série, které napájely žárovky. Systém prokázal proveditelnost přenosu elektrické energie střídavým proudem na velké vzdálenosti.^[7]

Úplně první systém střídavého proudu, který fungoval, byl v provozu v roce 1885 ve Via dei Cerchi, Řím, Itálie, pro veřejné osvětlení. Byl napájen dvěma alternátory Siemens & Halske o výkonu 30 hp (22 kW), 2 kV při 120 Hz a používal 19 km kabelů a 200 paralelně zapojených 2 kV až 20 V transformátorů opatřených uzavřeným magnetickým obvodem, jeden pro každou lampu. O několik měsíců později na ni navázal první britský střídavý systém, který byl uveden do provozu na Grosvenor Gallery, Londýn. To také představovalo alternátory Siemens a transformátory 2,4 kV až 100 V - jeden na uživatele - s primárně připojenými bočníky.^[9]

William Stanley Jr., který pracoval pro společnost Westinghouse, strávil svůj čas zotavováním se z nemoci ve Velké Barringtonu instalací takzvaného prvního praktického systému střídavých transformátorů na světě.

Práce z toho, co považoval za nepraktický Gaulard-Gibbsův design, elektrotechnik William Stanley, Jr. vyvinul v roce 1885 první praktický řadový střídavý transformátor.^[10] Práce s podporou George Westinghouse V roce 1886 předvedl ve městě systém osvětlení na střídavý proud založený na transformátoru Great Barrington, Massachusetts. Poháněno parním strojem poháněným 500 V generátorem Siemens bylo napětí sníženo na 100 voltů pomocí nového transformátoru Stanley k napájení žárovek ve 23 podnicích podél hlavní ulice s velmi malou ztrátou energie přes 4 000 stop (1 200 m).^[11] Tato praktická ukázka transformátoru a systému střídavého proudu by vedla společnost Westinghouse k tomu, aby později v tomto roce začala instalovat systémy založené na střídavém proudu.^[10]

1888 viděl návrhy pro funkční Střídavý motor, něco, co těmto systémům do té doby chybělo. Tyto byly indukční motory běží dál polyfáze proud, nezávisle vynalezený Galileo Ferraris a Nikola Tesla (s designem Tesly je licencován společností Westinghouse v USA). Tento design byl dále rozvinut do moderní praktické třífázový formulář od Michail Dolivo-Dobrovolskij a Charles Eugene Lancelot Brown.^[12] Praktické použití těchto typů motorů by bylo zpožděno o mnoho let vývojovými problémy a nedostatkem vícefázových energetických systémů potřebných k jejich napájení.^[13][14]

Na konci 80. a počátku 90. let 20. století by došlo k finanční fúzi menších elektrárenských společností do několika větších korporací, jako např Ganz a AEG v Evropě a General Electric a Westinghouse Electric ve Spojených státech. Tyto společnosti pokračovaly ve vývoji střídavých systémů, ale technický rozdíl mezi systémy s přímým a střídavým proudem by následoval po mnohem delší technické fúzi.^[15] Vzhledem k inovacím v USA a Evropě se ekonomika rozsahu střídavého proudu s velmi velkými výrobními závody spojenými se zátěží prostřednictvím přenosu na dlouhé vzdálenosti pomalu kombinovala se schopností propojit je se všemi stávajícími systémy, které bylo nutné dodávat. Jednalo se o jednofázové střídavé systémy, vícefázové střídavé systémy, nízkonapěťové žárovkové osvětlení, vysokonapěťové obloukové osvětlení a stávající stejnosměrné motory v továrnách a pouličních automobilech. V tom, co se stalo univerzální systém, tyto technologické rozdíly byly dočasně překlenuty rozvojem rotační převaděče a motorgenerátory což by umožnilo připojení velkého počtu starších systémů k AC síti.^[15][16] Tyto mezery by byly pomalu nahrazovány, protože starší systémy byly vyřazeny nebo upgradovány.

Westinghouse střídavý proud polyfáze generátory k vidění na 1893 Světová výstava v Chicagu, součást jejich „Tesla Poly-phase System“. Tyto polyfázové inovace způsobily revoluci v přenosu

První přenos jednofázového střídavého proudu pomocí vysokého napětí se uskutečnil v Oregonu v roce 1890, kdy byla dodávána energie z vodní elektrárny ve Willamette Falls do města Portland vzdáleného 23 mil (23 km) po proudu.^[17] První třífázový střídavý proud využívající vysoké napětí se uskutečnil v roce 1891 během mezinárodní výstava elektřiny v Frankfurt. Je připojeno přenosové vedení 15 kV, dlouhé přibližně 175 km Lauffen na krku a Frankfurt.^[9][18]

Napětí používaná k přenosu elektrické energie se v průběhu 20. století zvyšovala. Do roku 1914 bylo v provozu padesát pět přenosových systémů, z nichž každý pracoval při více než 70 kV. Nejvyšší použité napětí bylo 150 kV.^[19]Díky tomu, že bylo možné propojit více výroben na velké ploše, byly sníženy náklady na výrobu elektřiny. K zásobování různých zátěží během dne lze použít nejúčinnější dostupné rostliny. Zlepšila se spolehlivost a snížily se investiční náklady, protože pohotovostní výrobní kapacita mohla být sdílena s mnohem více zákazníky a širší geografickou oblastí. Vzdálené a levné zdroje energie, jako např hydroelektrický energie nebo uhelné doly lze využít ke snížení nákladů na výrobu energie.^[6][9]

Rychlá industrializace ve 20. století způsobila elektrické přenosové vedení a sítě kritická infrastruktura zboží ve většině průmyslových zemí. Propojení místních výrobních elektráren a malých distribučních sítí bylo urychleno požadavky první světová válka, s velkými elektrárenskými elektrárnami postavenými vládami, které dodávají energii muničním továrnám. Později byly tyto elektrárny připojeny k napájení civilních zátěží dálkovým přenosem.^[20]

Hromadný přenos síly

A přenosová rozvodna snižuje napětí přicházející elektřiny a umožňuje mu připojení z dálkového přenosu vysokého napětí k místní distribuci nízkého napětí. Také přesměrovává energii na další přenosová vedení, která slouží místním trhům. To je PacifiCorp Rozvodna Hale, Orem, Utah, USA

Inženýři navrhují přenosové sítě tak, aby přenášely energii co nejefektivněji a současně zohledňovaly ekonomické faktory, bezpečnost sítě a redundanci. Tyto sítě používají komponenty, jako jsou elektrické vedení, kabely, jističe, spínače a transformátory. Přenosovou síť obvykle spravuje na regionální úrovni subjekt, jako je a regionální přenosová organizace nebo provozovatel přenosové soustavy.

Účinnost přenosu výrazně zlepšují zařízení, která zvyšují napětí (a tím úměrně snižují proud) ve vodičích vedení, což umožňuje přenos energie s přijatelnými ztrátami. Snížený proud protékající vedením snižuje tepelné ztráty ve vodičích. Podle Jouleův zákon, energetické ztráty jsou přímo úměrné druhé mocnině proudu. Snížení proudu o faktor dva tedy sníží ztrátu energie na odpor vodiče o faktor čtyři pro jakoukoli danou velikost vodiče.

Optimální velikost vodiče pro dané napětí a proud lze odhadnout pomocí Kelvinův zákon pro velikost vodičů, kde se uvádí, že velikost je optimální, když se roční náklady na energii promarněnou v odporu rovnají ročním kapitálovým poplatkům za poskytnutí vodiče. V době nižších úrokových sazeb Kelvinův zákon naznačuje, že tlustší dráty jsou optimální; zatímco když jsou kovy drahé, jsou indikovány tenčí vodiče: elektrická vedení jsou však navržena pro dlouhodobé použití, proto je třeba použít Kelvinův zákon ve spojení s dlouhodobými odhady ceny mědi a hliníku a úrokových sazeb pro kapitál.

Zvýšení napětí se dosahuje v obvodech střídavého proudu pomocí a posílení transformátor. HVDC systémy vyžadují relativně nákladná konverzní zařízení, která mohou být ekonomicky oprávněná pro konkrétní projekty, jako jsou podmořské kabely a dálkový vysokokapacitní přenos z bodu do bodu. HVDC je nezbytné pro import a export energie mezi distribučními soustavami, které nejsou navzájem synchronizovány.

Přenosová síť je síť elektrárny, přenosová vedení a rozvodny. Energie se obvykle přenáší v rámci sítě s třífázový AC. Jednofázový střídavý proud se používá pouze k distribuci koncovým uživatelům, protože není použitelný pro velké polyfáze indukční motory. V 19. století byl použit dvoufázový přenos, ale vyžadoval buď čtyři vodiče, nebo tři vodiče s nerovnými proudy. Fázové systémy vyššího řádu vyžadují více než tři vodiče, ale přinášejí malou nebo žádnou výhodu.

The synchronní mřížky z Evropská unie

Cena kapacity elektrárny je vysoká a poptávka po elektřině je proměnlivá, takže je často levnější importovat část potřebné energie, než ji vyrábět lokálně. Protože zátěž často regionálně souvisí (horké počasí v jihozápadní části USA může způsobit, že mnoho lidí používá klimatizaci), elektrická energie často pochází ze vzdálených zdrojů. Z důvodu ekonomických výhod sdílení zátěže mezi regiony velkoplošné přenosové mřížky nyní zahrnuje země a dokonce i kontinenty. Síť propojení mezi výrobci energie a spotřebiteli by měla umožnit tok energie, i když některá spojení nefungují.

Neměnná (nebo pomalu se měnící po mnoho hodin) část elektrické poptávky je známá jako základní zatížení a obvykle je obsluhována velkými zařízeními (která jsou efektivnější z důvodu úspor z rozsahu) s fixními náklady na palivo a provoz. Taková zařízení jsou jaderná, uhelná nebo vodní, zatímco jiné zdroje energie, jako je koncentrovaná solární termální a geotermální energie mají potenciál poskytovat energii základního zatížení. Obnovitelné zdroje energie, jako je solární fotovoltaika, vítr, vlny a příliv a odliv, nejsou kvůli své přerušovanosti považovány za zdroje dodávající „základní zátěž“, ale stále dodávají energii do sítě. Zbývající nebo „špičkový“ požadavek na energii je dodáván z špičkové elektrárny, což jsou obvykle menší, rychlejší reakce a zdroje s vyššími náklady, jako jsou zařízení na kombinovaný cyklus nebo spalovací turbíny poháněné zemním plynem.

Přenos elektřiny na dlouhé vzdálenosti (stovky kilometrů) je levný a efektivní s náklady 0,005–0,02 USD za kWh (ve srovnání s průměrnými ročními náklady velkých producentů 0,01–0,025 USD za kWh, maloobchodní sazby vyšší než 0,10 USD za kWh, a násobky maloobchodu pro okamžité dodavatele v nepředvídaných okamžicích nejvyšší poptávky).^[21] Vzdálení dodavatelé tak mohou být levnější než místní zdroje (např. New York často nakupuje přes 1000 MW elektřiny z Kanady).^[22] Násobek místní zdroje (i když je dražší a zřídka se používá) může zvýšit odolnost přenosové sítě vůči povětrnostním vlivům a jiným katastrofám, které mohou odpojit vzdálené dodavatele.

Vysoce výkonná elektrická vysílací věž, 230 kV, dvouokruhová, také dvojitá

Přenos na dlouhé vzdálenosti umožňuje využití vzdálených obnovitelných zdrojů energie k přemístění spotřeby fosilních paliv. Vodní a větrné zdroje nelze přesunout blíže k zalidněným městům a sluneční náklady jsou nejnižší v odlehlých oblastech, kde jsou místní energetické potřeby minimální. Samotné náklady na připojení mohou určit, zda je nějaká konkrétní alternativa z obnovitelných zdrojů ekonomicky rozumná. Náklady na přenosové vedení mohou být neúnosné, ale různé návrhy na masivní investice do infrastruktury do vysoké kapacity a na velkou vzdálenost super mřížka přenosové sítě lze získat zpět se skromnými poplatky za užívání.

Vstup do mřížky

Na elektrárny, energie se vyrábí při relativně nízkém napětí mezi asi 2,3 kV a 30 kV, v závislosti na velikosti jednotky. Elektrárna poté zvýší svorkové napětí generátoru transformátor na vyšší Napětí (115 kV až 765 kV AC, liší se podle přenosové soustavy a podle země) pro přenos na velké vzdálenosti.

Ve Spojených státech je přenos energie různě 230 kV až 500 kV, přičemž místní výjimky tvoří méně než 230 kV nebo více než 500 kV.

Například západní systém má dvě primární výměnná napětí: 500 kV AC při 60 Hz a ± 500 kV (1 000 kV čisté) DC ze severu na jih (Columbia River na Jižní Kalifornie ) a severovýchod až jihozápad (Utah až jižní Kalifornie). 287,5 kV (Vysavač na Los Angeles linka, přes Victorville ) a 345 kV (APS linka), což jsou místní standardy, které byly implementovány dříve, než se 500 kV stalo praktickým, a poté standard západního systému pro přenos střídavého proudu na velké vzdálenosti.

Ztráty

Přenos elektřiny při vysokém napětí snižuje podíl ztracené energie odpor, která se liší v závislosti na konkrétních vodičích, proudu protékajícím a délce přenosového vedení. Například rozpětí 100 mil (160 km) při 765 kV s výkonem 1 000 MW může mít ztráty 1,1% až 0,5%. Vedení 345 kV nesoucí stejné zatížení na stejnou vzdálenost má ztráty 4,2%.^[23] Při daném množství energie vyšší napětí snižuje proud a tím i odporové ztráty ve vodiči. Například zvýšení napětí o faktor 10 sníží proud o odpovídající faktor 10, a tedy o ${ displaystyle I ^ {2} R}$ ztráty o faktor 100, pokud se v obou případech použijí vodiče stejné velikosti. I když se velikost vodiče (plocha průřezu) desetkrát zmenší, aby odpovídala spodnímu proudu, hodnota ${ displaystyle I ^ {2} R}$ ztráty jsou stále desetkrát sníženy. Dálkový přenos se obvykle provádí pomocí venkovního vedení při napětí 115 až 1 200 kV. Při extrémně vysokých napětích, kde mezi vodičem a zemí existuje více než 2 000 kV, koronový výboj ztráty jsou tak velké, že mohou kompenzovat nižší odporové ztráty ve vodičích vedení. Opatření ke snížení ztrát koróny zahrnují vodiče mající větší průměry; často duté pro snížení hmotnosti,^[24] nebo svazky dvou nebo více vodičů.

Faktory, které ovlivňují odpor, a tedy ztrátu, vodičů použitých v přenosových a distribučních vedeních zahrnují teplotu, spirálu a kožní efekt. Odpor vodiče se zvyšuje s jeho teplotou. Změny teploty v elektrických vedeních mohou mít významný vliv na ztráty energie v potrubí. Spirála, která se týká způsobu spirály splétaných vodičů kolem středu, také přispívá ke zvýšení odporu vodičů. Efekt kůže způsobí, že se efektivní odpor vodiče zvýší při vyšších frekvencích střídavého proudu. Koronové a odporové ztráty lze odhadnout pomocí matematického modelu.^[25]

Ztráty z přenosu a distribuce v USA byly v roce 1997 odhadovány na 6,6%,^[26] 6,5% v roce 2007^[26] a 5% od roku 2013 do roku 2019.^[27] Ztráty se obecně odhadují z rozdílu mezi vyrobenou energií (jak ji uvádějí elektrárny) a energií prodanou koncovým zákazníkům; rozdíl mezi tím, co se vyrábí a co se spotřebuje, představuje ztráty při přenosu a distribuci za předpokladu, že nedojde ke krádeži služeb.

Od roku 1980 je nejdelší nákladově efektivní vzdálenost pro stejnosměrný proud přenos byl stanoven na 7 000 kilometrů (4300 mil). Pro střídavý proud bylo to 4 000 kilometrů (2 500 mil), ačkoli všechna dnes používaná přenosová vedení jsou podstatně kratší.^[21]

V každém přenosovém vedení se střídavým proudem je indukčnost a kapacita vodičů může být významná. Proudy, které proudí pouze v „reakci“ na tyto vlastnosti obvodu (které spolu s odpor definovat impedance ) představovat reaktivní síla průtok, který na zátěž nepřenáší žádnou „skutečnou“ sílu. Tyto reaktivní proudy jsou však velmi reálné a v přenosovém obvodu způsobují další ztráty tepla. Poměr „skutečného“ výkonu (přenášeného na zátěž) k „zdánlivému“ výkonu (součin napětí a proudu obvodu bez ohledu na fázový úhel) je faktor síly. Jak se zvyšuje jalový proud, zvyšuje se jalový výkon a klesá účiník. U přenosových systémů s nízkým účinníkem jsou ztráty vyšší než u systémů s vysokým účinníkem. Utility přidávají kondenzátorové banky, reaktory a další komponenty (např transformátory fázového posuvu; statické kompenzátory VAR; a flexibilní AC přenosové systémy, FACTS) v celém systému pomáhají kompenzovat tok jalového výkonu, snižovat ztráty při přenosu energie a stabilizovat napětí systému. Tato opatření se souhrnně nazývají „reaktivní podpora“.

Transpozice

Proud protékající přenosovými vedeními indukuje magnetické pole, které obklopuje vedení každé fáze a ovlivňuje indukčnost okolních vodičů jiných fází. Vzájemná indukčnost vodičů je částečně závislá na fyzické orientaci vedení vůči sobě navzájem. Třífázová vedení pro přenos energie jsou obvykle navlečena s fázemi oddělenými na různých svislých úrovních. Vzájemná indukčnost viděná vodičem fáze uprostřed dalších dvou fází se bude lišit od indukčnosti viděné vodiči nahoře nebo dole. Nevyvážená indukčnost mezi třemi vodiči je problematická, protože může vést k tomu, že střední čára bude nést nepřiměřené množství celkového přenášeného výkonu. Podobně může dojít k nevyváženému zatížení, pokud je jedno vedení trvale nejblíže k zemi a pracuje s nižší impedancí. Kvůli tomuto jevu musí být vodiče pravidelně transponovány po délce přenosového vedení, aby každá fáze viděla stejný čas v každé relativní poloze, aby se vyrovnala vzájemná indukčnost viděná všemi třemi fázemi. K dosažení tohoto cíle je poloha čáry zaměněna na speciálně navržené transpoziční věže v pravidelných intervalech po celé délce přenosového vedení v různých transpoziční režimy.

Subtransmise

Vedení 115 kV subtransmise v Filipíny, spolu s 20 kV rozdělení linky a pouliční osvětlení, vše namontované ve dřevě subtransmisní pól

Přenosová věž s rámem H 115 kV

Subtransmise je součástí systému přenosu elektrické energie, který běží při relativně nižším napětí. Spojovat všechny je neekonomické rozvodny na vysoké hlavní vysílací napětí, protože zařízení je větší a dražší. S tímto vysokým napětím se obvykle připojují pouze větší rozvodny. Je sestoupen a odeslán do menších rozvoden ve městech a čtvrtích. Subtransmisní obvody jsou obvykle uspořádány ve smyčkách, takže porucha jedné linky nepřeruší službu pro mnoho zákazníků na více než krátkou dobu. Smyčky mohou být „normálně uzavřené“, kde by ztráta jednoho obvodu neměla vést k přerušení, nebo „normálně otevřené“, kde rozvodny mohou přepnout na záložní napájení. Zatímco subtransmisní obvody jsou obvykle prováděny trolejového vedení, v městských oblastech lze použít zakopaný kabel. Nízkonapěťové subtransmisní linky používají méně přednostní a jednodušší struktury; je mnohem proveditelnější je umístit pod zem, kde je to potřeba. Vedení vysokého napětí vyžadují více prostoru a jsou obvykle nadzemní, protože jejich umístění v podzemí je velmi drahé.

Mezi subtransmisí a přenosem nebo subtransmisí a neexistuje pevné omezení rozdělení. Rozsahy napětí se trochu překrývají. Pro subtransmisi v Severní Americe se často používá napětí 69 kV, 115 kV a 138 kV. Jak se energetické systémy vyvíjely, napětí dříve používaná k přenosu byla používána k subtransmisi a subtransmisní napětí se stávala distribučními napětími. Podobně jako přenos, tak i subtransmise přenáší relativně velké množství energie a podobně jako distribuce, tak i subtransmise pokrývá oblast místo pouhého point-to-point.^[28]

Výstup z přenosové sítě

Na rozvodny transformátory snižují napětí na nižší úroveň pro rozdělení komerčním a domácím uživatelům. Tato distribuce se provádí kombinací subpřevodu (33 až 132 kV) a distribuce (3,3 až 25 kV). Nakonec se v místě použití energie přemění na nízké napětí (liší se podle země a požadavků zákazníka - viz Síťová elektřina podle země ).

Výhoda přenosu vysokého napětí

Vysokonapěťový přenos energie umožňuje menší odporové ztráty na velké vzdálenosti v elektroinstalaci. Tato účinnost vysokonapěťového přenosu umožňuje přenos většího podílu generované energie do rozvoden a následně k zátěžím, což vede k úspoře provozních nákladů.

Elektrická síť bez transformátoru.

Elektrická síť s transformátorem.

Ve zjednodušeném modelu předpokládejme elektrická síť dodává elektřinu z generátoru (modelovaného jako ideální zdroj napětí s napětím ${ displaystyle V}$, dodávající energii ${ displaystyle P_ {V}}$) do jednoho místa spotřeby, modelovaného čistým odporem ${ displaystyle R}$, když jsou vodiče dostatečně dlouhé, aby měly značný odpor ${ displaystyle R_ {C}}$.

Pokud je odpor prostě v sériích bez transformátoru mezi nimi obvod funguje jako a dělič napětí, protože stejný proud ${ displaystyle I = { frac {V} {R + R_ {C}}}}$ prochází odporem drátu a napájeným zařízením. V důsledku toho je užitečný výkon (použitý v místě spotřeby):

${ displaystyle P_ {R} = V_ {2} krát I = V { frac {R} {R + R_ {C}}} krát { frac {V} {R + R_ {C}}} = { frac {R} {R + R_ {C}}} krát { frac {V ^ {2}} {R + R_ {C}}} = { frac {R} {R + R_ {C} }} P_ {V}}$

Předpokládejme nyní, že transformátor převádí vysokonapěťovou slaboproudou elektřinu přepravovanou vodiči na slaboproudou silnoproudou elektřinu pro použití v místě spotřeby. Pokud předpokládáme, že je ideální transformátor s poměrem napětí ${ displaystyle a}$ (tj. napětí je vyděleno ${ displaystyle a}$ a proud se vynásobí ${ displaystyle a}$ v sekundární větvi, ve srovnání s primární větví), pak je obvod opět ekvivalentní s děličem napětí, ale přenosové vodiče mají nyní zjevný odpor pouze ${ displaystyle R_ {C} / a ^ {2}}$. Užitečná síla je pak:

${ displaystyle P_ {R} = V_ {2} krát I_ {2} = { frac {a ^ {2} R krát V ^ {2}} {(a ^ {2} R + R_ {C} ) ^ {2}}} = { frac {a ^ {2} R} {a ^ {2} R + R_ {C}}} P_ {V} = { frac {R} {R + R_ {C } / a ^ {2}}} P_ {V}}$

Pro ${ displaystyle a> 1}$ (tj. přeměna vysokého napětí na nízké napětí poblíž místa spotřeby), větší část výkonu generátoru se přenáší do místa spotřeby a menší část se ztratí Joule topení.

Modelování a přenosová matice

Model „černá skříňka“ pro přenosové vedení

Často nás zajímají pouze koncové vlastnosti přenosového vedení, kterými jsou napětí a proud na vysílacích (S) a přijímacích (R) koncích. Samotné přenosové vedení je poté modelováno jako „černá skříňka“ a k modelování jeho chování se používá přenosová matice 2 ku 2, a to následovně:

${ displaystyle { begin {bmatrix} V _ { mathrm {S}} I _ { mathrm {S}} end {bmatrix}} = { begin {bmatrix} A&B C&D end {bmatrix}} { begin {bmatrix} V _ { mathrm {R}} I _ { mathrm {R}} end {bmatrix}}}$

Linka se považuje za vzájemnou symetrickou síť, což znamená, že přijímací a odesílací štítky lze přepínat bez následků. Přenosová matice T má také následující vlastnosti:

• ${ displaystyle det (T) = AD-BC = 1}$
• ${ displaystyle A = D}$

Parametry A, B, C, a D se liší v závislosti na tom, jak požadovaný model zachází s linkou odpor (R), indukčnost (L), kapacita (C) a bočník (paralelní, netěsný) vodivost G. Čtyři hlavní modely jsou aproximace krátké čáry, aproximace střední čáry, aproximace dlouhé čáry (s distribuovanými parametry) a bezztrátová čára. Ve všech popsaných modelech je velké písmeno, jako např R odkazuje na celkové množství sečtené přes řádek a malé písmeno, jako je C odkazuje na množství na jednotku délky.

Bezztrátová linka

The bezztrátová linka aproximace je nejméně přesný model; často se používá na krátkých linkách, když je indukčnost linky mnohem větší než její odpor. Pro tuto aproximaci jsou napětí a proud identické na vysílacím i přijímacím konci.

Napětí při odesílání a přijímání končí u bezztrátové linky

Charakteristická impedance je čistě reálná, což pro tuto impedanci znamená odporovou a často se jí říká rázová impedance pro bezztrátovou linku. Když je bezztrátové vedení ukončeno rázovou impedancí, nedojde k žádnému poklesu napětí. I když se fázové úhly napětí a proudu otáčejí, velikosti napětí a proudu zůstávají po celé délce vedení konstantní. U zátěže> SIL napětí od odesílacího konce poklesne a linka bude „spotřebovávat“ VAR. U zátěže

Krátká řada

The krátká čára Pro linky kratší než 80 km (50 mi) se běžně používá aproximace. Pro krátkou linku pouze sériová impedance Z je považováno, zatímco C a G jsou ignorovány. The final result is that A = D = 1 per unit, B = Z Ohms, a C = 0. The associated transition matrix for this approximation is therefore:

${displaystyle {egin{bmatrix}V_{mathrm {S} }I_{mathrm {S} }end{bmatrix}}={egin{bmatrix}1&Z�&1end{bmatrix}}{egin{bmatrix}V_{mathrm {R} }I_{mathrm {R} }end{bmatrix}}}$

Medium line

The medium line approximation is used for lines between 80-250 km (50-150 mi) long. In this model, the series impedance and the shunt (current leak) conductance are considered, with half of the shunt conductance being placed at each end of the line. This circuit is often referred to as a “nominal π (pi) ” circuit because of the shape (π) that is taken on when leak conductance is placed on both sides of the circuit diagram. The analysis of the medium line brings one to the following result:

${displaystyle {egin{aligned}A&=D=1+{frac {GZ}{2}}{ ext{ per unit}}B&=ZOmega C&=G{Big (}1+{frac {GZ}{4}}{Big )}Send{aligned}}}$

Counterintuitive behaviors of medium-length transmission lines:

• voltage rise at no load or small current (Ferrantiho efekt )
• receiving-end current can exceed sending-end current

Long line

The dlouhá čára model is used when a higher degree of accuracy is needed or when the line under consideration is more than 250 km (150 mi) long. Series resistance and shunt conductance are considered as distributed parameters, meaning each differential length of the line has a corresponding differential series impedance and shunt admittance. The following result can be applied at any point along the transmission line, where ${ displaystyle gamma}$ je konstanta šíření.

${displaystyle {egin{aligned}A&=D=cosh(gamma x){ ext{ per unit}}[3mm]B&=Z_{c}sinh(gamma x)Omega [2mm]C&={frac {1}{Z_{c}}}sinh(gamma x)Send{aligned}}}$

To find the voltage and current at the end of the long line, ${ displaystyle x}$ should be replaced with ${ displaystyle l}$ (the line length) in all parameters of the transmission matrix.

(For the full development of this model, see the Telegrafní rovnice.)

High-voltage direct current

High-voltage direct current (HVDC) is used to transmit large amounts of power over long distances or for interconnections between asynchronous grids. When electrical energy is to be transmitted over very long distances, the power lost in AC transmission becomes appreciable and it is less expensive to use direct current namísto alternating current. For a very long transmission line, these lower losses (and reduced construction cost of a DC line) can offset the additional cost of the required converter stations at each end.

HVDC is also used for long podmořské kabely where AC cannot be used because of the cable capacitance.^[29] In these cases special vysokonapěťové kabely for DC are used. Submarine HVDC systems are often used to connect the electricity grids of islands, for example, between Velká Británie a continental Europe, between Great Britain and Irsko mezi Tasmánie a Australan mainland, between the North and South Islands of Nový Zéland mezi New Jersey a New York City, and between New Jersey and Dlouhý ostrov. Submarine connections up to 600 kilometres (370 mi) in length are presently in use.^[30]

HVDC links can be used to control problems in the grid with AC electricity flow. The power transmitted by an AC line increases as the fázový úhel between source end voltage and destination ends increases, but too large a phase angle will allow the systems at either end of the line to fall out of step. Since the power flow in a DC link is controlled independently of the phases of the AC networks at either end of the link, this phase angle limit does not exist, and a DC link is always able to transfer its full rated power. A DC link therefore stabilizes the AC grid at either end, since power flow and phase angle can then be controlled independently.

As an example, to adjust the flow of AC power on a hypothetical line between Seattle a Boston would require adjustment of the relative phase of the two regional electrical grids. This is an everyday occurrence in AC systems, but one that can become disrupted when AC system components fail and place unexpected loads on the remaining working grid system. With an HVDC line instead, such an interconnection would:

1. Convert AC in Seattle into HVDC;
2. Use HVDC for the 3,000 miles (4,800 km) of cross-country transmission; a
3. Convert the HVDC to locally synchronized AC in Boston,

(and possibly in other cooperating cities along the transmission route). Such a system could be less prone to failure if parts of it were suddenly shut down. One example of a long DC transmission line is the Pacific DC Intertie nachází se na západě Spojené státy.

Kapacita

The amount of power that can be sent over a transmission line is limited. The origins of the limits vary depending on the length of the line. For a short line, the heating of conductors due to line losses sets a thermal limit. If too much current is drawn, conductors may sag too close to the ground, or conductors and equipment may be damaged by overheating. For intermediate-length lines on the order of 100 kilometres (62 miles), the limit is set by the pokles napětí in the line. For longer AC lines, system stability sets the limit to the power that can be transferred. Approximately, the power flowing over an AC line is proportional to the cosine of the phase angle of the voltage and current at the receiving and transmitting ends. This angle varies depending on system loading and generation. It is undesirable for the angle to approach 90 degrees, as the power flowing decreases but the resistive losses remain. Very approximately, the allowable product of line length and maximum load is proportional to the square of the system voltage. Series capacitors or phase-shifting transformers are used on long lines to improve stability. High-voltage direct current lines are restricted only by thermal and voltage drop limits, since the phase angle is not material to their operation.

Up to now, it has been almost impossible to foresee the temperature distribution along the cable route, so that the maximum applicable current load was usually set as a compromise between understanding of operation conditions and risk minimization. The availability of industrial distribuované snímání teploty (DTS) systems that measure in real time temperatures all along the cable is a first step in monitoring the transmission system capacity. This monitoring solution is based on using passive optical fibers as temperature sensors, either integrated directly inside a high voltage cable or mounted externally on the cable insulation. A solution for overhead lines is also available. In this case the optical fiber is integrated into the core of a phase wire of overhead transmission lines (OPPC). The integrated Dynamic Cable Rating (DCR) or also called Real Time Thermal Rating (RTTR) solution enables not only to continuously monitor the temperature of a high voltage cable circuit in real time, but to safely utilize the existing network capacity to its maximum. Furthermore, it provides the ability to the operator to predict the behavior of the transmission system upon major changes made to its initial operating conditions.

Řízení

To ensure safe and predictable operation, the components of the transmission system are controlled with generators, switches, circuit breakers and loads. The voltage, power, frequency, load factor, and reliability capabilities of the transmission system are designed to provide cost effective performance for the customers.

Vyrovnávání zatížení

The transmission system provides for base load and peak load capability, with safety and fault tolerance margins. The peak load times vary by region largely due to the industry mix. In very hot and very cold climates home air conditioning and heating loads have an effect on the overall load. They are typically highest in the late afternoon in the hottest part of the year and in mid-mornings and mid-evenings in the coldest part of the year. This makes the power requirements vary by the season and the time of day. Distribution system designs always take the base load and the peak load into consideration.

The transmission system usually does not have a large buffering capability to match the loads with the generation. Thus generation has to be kept matched to the load, to prevent overloading failures of the generation equipment.

Multiple sources and loads can be connected to the transmission system and they must be controlled to provide orderly transfer of power. In centralized power generation, only local control of generation is necessary, and it involves synchronization of the generation units, to prevent large transients and overload conditions.

v distributed power generation the generators are geographically distributed and the process to bring them online and offline must be carefully controlled. The load control signals can either be sent on separate lines or on the power lines themselves. Voltage and frequency can be used as signalling mechanisms to balance the loads.

In voltage signaling, the variation of voltage is used to increase generation. The power added by any system increases as the line voltage decreases. This arrangement is stable in principle. Voltage-based regulation is complex to use in mesh networks, since the individual components and setpoints would need to be reconfigured every time a new generator is added to the mesh.

In frequency signaling, the generating units match the frequency of the power transmission system. v ovládání rychlosti klesání, if the frequency decreases, the power is increased. (The drop in line frequency is an indication that the increased load is causing the generators to slow down.)

Větrné turbíny, vozidlo k síti and other locally distributed storage and generation systems can be connected to the power grid, and interact with it to improve system operation. Internationally, the trend has been a slow move from a heavily centralized power system to a decentralized power system. The main draw of locally distributed generation systems which involve a number of new and innovative solutions is that they reduce transmission losses by leading to consumption of electricity closer to where it was produced.^[31]

Failure protection

Under excess load conditions, the system can be designed to fail gracefully rather than all at once. Brownouts occur when the supply power drops below the demand. Výpadky occur when the supply fails completely.

Rolling blackouts (also called load shedding) are intentionally engineered electrical power outages, used to distribute insufficient power when the demand for electricity exceeds the supply.

komunikace

Operators of long transmission lines require reliable communications for řízení of the power grid and, often, associated generation and distribution facilities. Fault-sensing ochranná relé at each end of the line must communicate to monitor the flow of power into and out of the protected line section so that faulted conductors or equipment can be quickly de-energized and the balance of the system restored. Protection of the transmission line from zkraty and other faults is usually so critical that společný dopravce telecommunications are insufficiently reliable, and in remote areas a common carrier may not be available. Communication systems associated with a transmission project may use:

• Microwaves
• Komunikace po elektrické síti
• Optical fibers

Rarely, and for short distances, a utility will use pilot-wires strung along the transmission line path. Leased circuits from common carriers are not preferred since availability is not under control of the electric power transmission organization.

Transmission lines can also be used to carry data: this is called power-line carrier, or PLC. PLC signals can be easily received with a radio for the long wave range.

High Voltage Pylons carrying additional optical fibre cable in Kenya

Optical fibers can be included in the stranded conductors of a transmission line, in the overhead shield wires. These cables are known as optical ground wire (OPGW). Sometimes a standalone cable is used, all-dielectric self-supporting (ADSS) cable, attached to the transmission line cross arms.

Některé jurisdikce, jako např Minnesota, prohibit energy transmission companies from selling surplus communication bandwidth or acting as a telecommunications společný dopravce. Where the regulatory structure permits, the utility can sell capacity in extra tmavá vlákna to a common carrier, providing another revenue stream.

Electricity market reform

Some regulators regard electric transmission to be a přirozený monopol^[32][33] and there are moves in many countries to separately regulate transmission (see trh s elektřinou ).

Španělsko was the first country to establish a regionální přenosová organizace. In that country, transmission operations and market operations are controlled by separate companies. The transmission system operator is Red Eléctrica de España (REE) and the wholesale electricity market operator is Operador del Mercado Ibérico de Energía – Polo Español, S.A. (OMEL) OMEL Holding | Omel Holding. Spain's transmission system is interconnected with those of France, Portugal, and Morocco.

The establishment of RTOs in the United States was spurred by the FERC 's Order 888, Promoting Wholesale Competition Through Open Access Non-discriminatory Transmission Services by Public Utilities; Recovery of Stranded Costs by Public Utilities and Transmitting Utilities, issued in 1996.^[34]In the United States and parts of Canada, several electric transmission companies operate independently of generation companies, but there are still regions - the Southern United States - where vertical integration of the electric system is intact. In regions of separation, transmission owners and generation owners continue to interact with each other as market participants with voting rights within their RTO. RTOs in the United States are regulated by the Federální komise pro regulaci energie.

Cost of electric power transmission

The cost of high voltage electricity transmission (as opposed to the costs of rozvod elektrické energie ) is comparatively low, compared to all other costs arising in a consumer's electricity bill. In the UK, transmission costs are about 0.2 p per kWh compared to a delivered domestic price of around 10 p per kWh.^[35]

Research evaluates the level of capital expenditure in the electric power T&D equipment market will be worth $128.9 bn in 2011.^[36]

Merchant transmission

Merchant transmission is an arrangement where a third party constructs and operates electric transmission lines through the franchise area of an unrelated incumbent utility.

Operating merchant transmission projects in the Spojené státy patří Cross Sound Cable z Shoreham, New York na New Haven, Connecticut, Neptune RTS Transmission Line from Sayreville, New Jersey na New Bridge, New York, a Cesta 15 v Kalifornii. Additional projects are in development or have been proposed throughout the United States, including the Lake Erie Connector, an underwater transmission line proposed by ITC Holdings Corp., connecting Ontario to load serving entities in the PJM Interconnection region.^[37]

There is only one unregulated or market interconnector in Austrálie: Basslink mezi Tasmánie a Victoria. Two DC links originally implemented as market interconnectors, Přímý odkaz a Murraylink, have been converted to regulated interconnectors. NEMMCO

A major barrier to wider adoption of merchant transmission is the difficulty in identifying who benefits from the facility so that the beneficiaries will pay the toll. Also, it is difficult for a merchant transmission line to compete when the alternative transmission lines are subsidized by incumbent utility businesses with a monopolized and regulated rate base.^[38] Ve Spojených státech FERC 's Order 1000, issued in 2010, attempts to reduce barriers to third party investment and creation of merchant transmission lines where a public policy need is found.^[39]

Obavy o zdraví

Some large studies, including a large study in the United States, have failed to find any link between living near power lines and developing any sickness or diseases, such as cancer. A 1997 study found that it did not matter how close one was to a power line or a sub-station, there was no increased risk of cancer or illness.^[40]

The mainstream scientific evidence suggests that low-power, low-frequency, electromagnetic radiation associated with household currents and high transmission power lines does not constitute a short or long-term health hazard. Some studies, however, have found statistical correlations between various diseases and living or working near power lines. No adverse health effects have been substantiated for people not living close to powerlines.^[41]

The Státní komise pro veřejnou službu v New Yorku conducted a study, documented in Opinion No. 78-13 (issued June 19, 1978), to evaluate potential health effects of electric fields. The study's case number is too old to be listed as a case number in the commission's online database, DMM, and so the original study can be difficult to find. The study chose to utilize the electric field strength that was measured at the edge of an existing (but newly built) right-of-way on a 765 kV transmission line from New York to Canada, 1.6 kV/m, as the interim standard maximum electric field at the edge of any new transmission line right-of-way built in New York State after issuance of the order. The opinion also limited the voltage of all new transmission lines built in New York to 345 kV. On September 11, 1990, after a similar study of magnetic field strengths, the NYSPSC issued their Interim Policy Statement on Magnetic Fields. This study established a magnetic field interim standard of 200 mG at the edge of the right-of-way using the winter-normal conductor rating. This later document can also be difficult to find on the NYSPSC's online database, since it predates the online database system. As a comparison with everyday items, a hair dryer or electric blanket produces a 100 mG - 500 mG magnetic field. An electric razor can produce 2.6 kV/m. Whereas electric fields can be shielded, magnetic fields cannot be shielded, but are usually minimized by optimizing the location of each phase of a circuit in cross-section.^[42][43]

When a new transmission line is proposed, within the application to the applicable regulatory body (usually a public utility commission), there is often an analysis of electric and magnetic field levels at the edge of rights-of-way. These analyses are performed by a utility or by an electrical engineering consultant using modelling software. At least one state public utility commission has access to software developed by an engineer or engineers at the Bonneville Power Administration to analyze electric and magnetic fields at edge of rights-of-way for proposed transmission lines. Often, public utility commissions will not comment on any health impacts due to electric and magnetic fields and will refer information seekers to the state's affiliated department of health.

There are established biological effects for akutní vysoký level exposure to magnetic fields well above 100 µT (1 G ) (1,000 mG). In a residential setting, there is "limited evidence of karcinogenita in humans and less than sufficient evidence for carcinogenicity in experimental animals", in particular, childhood leukemia, spojený s average exposure to residential power-frequency magnetic field above 0.3 µT (3 mG) to 0.4 µT (4 mG). These levels exceed average residential power-frequency magnetic fields in homes, which are about 0.07 µT (0.7 mG) in Europe and 0.11 µT (1.1 mG) in North America.^[44][45]

The Earth's natural geomagnetic field strength varies over the surface of the planet between 0.035 mT and 0.07 mT (35 µT - 70 µT or 350 mG - 700 mG) while the International Standard for the continuous exposure limit is set at 40 mT (400,000 mG or 400 G) for the general public.^[44]

Tree Growth Regulator and Herbicide Control Methods may be used in transmission line right of ways^[46] which may have zdravé efekty.

Policy by country

Spojené státy

The Federální komise pro regulaci energie (FERC) is the primary regulatory agency of electric power transmission and wholesale electricity sales within the United States. It was originally established by Congress in 1920 as the Federal Power Commission and has since undergone multiple name and responsibility modifications. That which is not regulated by FERC, primarily electric power distribution and the retail sale of power, is under the jurisdiction of state authority.

Two of the more notable U.S. energy policies impacting electricity transmission are Order No. 888 a Zákon o energetické politice z roku 2005.

Order No. 888 adopted by FERC on 24 April 1996, was “designed to remove impediments to competition in the wholesale bulk power marketplace and to bring more efficient, lower cost power to the Nation’s electricity consumers. The legal and policy cornerstone of these rules is to remedy undue discrimination in access to the monopoly owned transmission wires that control whether and to whom electricity can be transported in interstate commerce.”^[47] Order No. 888 required all public utilities that own, control, or operate facilities used for transmitting electric energy in interstate commerce, to have open access non-discriminatory transmission tariffs. These tariffs allow any electricity generator to utilize the already existing power lines for the transmission of the power that they generate. Order No. 888 also permits public utilities to recover the costs associated with providing their power lines as an open access service.^[47][48]

The Energy Policy Act of 2005 (EPAct) signed into law by congress on 8 August 2005, further expanded the federal authority of regulating power transmission. EPAct gave FERC significant new responsibilities including but not limited to the enforcement of electric transmission reliability standards and the establishment of rate incentives to encourage investment in electric transmission.^[49]

Historically, local governments have exercised authority over the grid and have significant disincentives to encourage actions that would benefit states other than their own. Localities with cheap electricity have a disincentive to encourage making mezistátní obchod in electricity trading easier, since other regions will be able to compete for local energy and drive up rates. For example, some regulators in Maine do not wish to address congestion problems because the congestion serves to keep Maine rates low.^[50] Further, vocal local constituencies can block or slow permitting by pointing to visual impact, environmental, and perceived health concerns. In the US, generation is growing four times faster than transmission, but big transmission upgrades require the coordination of multiple states, a multitude of interlocking permits, and cooperation between a significant portion of the 500 companies that own the grid. From a policy perspective, the control of the grid is balkanizoval, and even former energy secretary Bill Richardson refers to it as a third world grid. There have been efforts in the EU and US to confront the problem. The US national security interest in significantly growing transmission capacity drove passage of the 2005 energy act giving the Department of Energy the authority to approve transmission if states refuse to act. However, soon after the Department of Energy used its power to designate two National Interest Electric Transmission Corridors, 14 senators signed a letter stating the DOE was being too aggressive.^[51]

Special transmission

Grids for railways

V některých zemích, kde elektrické lokomotivy nebo elektrické jednotky run on low frequency AC power, there are separate single phase sítě trakční energie operated by the railways. Prime examples are countries in Europe (including Rakousko, Německo a Švýcarsko ) which utilize the older AC technology based on 16 ²/₃ Hz (Norway and Sweden also use this frequency but use conversion from the 50 Hz public supply; Sweden has a 16 ²/₃ Hz traction grid but only for part of the system).

Superconducting cables

Bylo navrženo, aby tato část byla rozdělit do dalšího článku s názvem Superconducting transmission line. (Diskutujte) (Březen 2020)

Vysokoteplotní supravodiče (HTS) promise to revolutionize power distribution by providing lossless transmission of electrical power. The development of superconductors with transition temperatures higher than the boiling point of tekutý dusík has made the concept of superconducting power lines commercially feasible, at least for high-load applications.^[52] It has been estimated that the waste would be halved using this method, since the necessary refrigeration equipment would consume about half the power saved by the elimination of the majority of resistive losses. Some companies such as Konsolidovaný Edison a Americký supravodič have already begun commercial production of such systems.^[53] In one hypothetical future system called a SuperGrid, the cost of cooling would be eliminated by coupling the transmission line with a liquid hydrogen pipeline.

Superconducting cables are particularly suited to high load density areas such as the business district of large cities, where purchase of an ulehčení for cables would be very costly.^[54]

Jednovodičové uzemnění

Single-wire earth return (SWER) or single wire ground return is a single-wire transmission line for supplying single-phase electrical power for an electrical grid to remote areas at low cost. It is principally used for rural electrification, but also finds use for larger isolated loads such as water pumps. Single wire earth return is also used for HVDC over submarine power cables.

Bezdrátový přenos energie

Oba Nikola Tesla a Hidetsugu Yagi attempted to devise systems for large scale wireless power transmission in the late 1800s and early 1900s, with no commercial success.

In November 2009, LaserMotive won the NASA 2009 Power Beaming Challenge by powering a cable climber 1 km vertically using a ground-based laser transmitter. The system produced up to 1 kW of power at the receiver end. In August 2010, NASA contracted with private companies to pursue the design of laser power beaming systems to power low earth orbit satellites and to launch rockets using laser power beams.

Wireless power transmission has been studied for transmission of power from solární satelity to the earth. A high power array of mikrovlnná trouba or laser transmitters would beam power to a rectenna. Major engineering and economic challenges face any solar power satellite project.

Security of control systems

Příklady a perspektiva v tomto článku nemusí představovat a celosvětový pohled subjektu. Můžeš vylepšit tento článek, diskutovat o problému na diskusní stránkanebo vytvořit nový článek, podle potřeby. (Březen 2013) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony)

The Federální vláda Spojených států admits that the power grid is susceptible to cyber-warfare.^[60][61] The Ministerstvo vnitřní bezpečnosti USA works with industry to identify vulnerabilities and to help industry enhance the security of control system networks, the federal government is also working to ensure that security is built in as the U.S. develops the next generation of 'smart grid' networks.^[62]

V červnu 2019 Rusko připustil, že je „možné“ jeho electrical grid je pod kybernetickým útokem ze strany Spojených států.^[63] The New York Times hlásili, že američtí hackeři z United States Cyber Command zasadil malware, který by mohl narušit ruskou elektrickou síť.^[64]

Evidence

• Highest capacity system: 12 GW Zhundong–Wannan（准东-皖南）±1100 kV HVDC.^[65][66]
• Highest transmission voltage (AC):
  • planned: 1.20 MV (Ultra High Voltage) on Wardha-Aurangabad line (Indie ) - under construction. Initially will operate at 400 kV.^[67]
  • worldwide: 1.15 MV (Ultra High Voltage) on Ekibastuz-Kokshetau line (Kazachstán )
• Largest double-circuit transmission, Kita-Iwaki Powerline (Japonsko ).
• Nejvyšší towers: Přechod řeky Yangtze (Čína ) (height: 345 m or 1,132 ft)
• Longest power line: Inga-Shaba (Demokratická republika Kongo ) (length: 1,700 kilometres or 1,056 miles)
• Longest span of power line: 5,376 m (17,638 ft) at Ameralik Span (Grónsko, Dánsko )
• Longest submarine cables:
  • NorNed, Severní moře (Norsko /Holandsko ) – (length of submarine cable: 580 kilometres or 360 miles)
  • Basslink, Bass Strait, (Austrálie ) – (length of submarine cable: 290 kilometres or 180 miles, total length: 370.1 kilometres or 230 miles)
  • Baltský kabel, Baltské moře (Německo /Švédsko ) – (length of submarine cable: 238 kilometres or 148 miles, HVDC length: 250 kilometres or 155 miles, total length: 262 kilometres or 163 miles)
• Longest underground cables:
  • Murraylink, Riverland /Sluneční paprsky (Australia) – (length of underground cable: 170 kilometres or 106 miles)

Viz také

Reference

Další čtení

• Grigsby, L. L. a kol. Příručka pro energetiku. USA: CRC Press. (2001). ISBN  0-8493-8578-4
• Hughes, Thomas P., Networks of Power: Electrification in Western Society 1880–1930„The Johns Hopkins University Press, Baltimore 1983 ISBN  0-8018-2873-2, vynikající přehled vývoje během prvních 50 let komerční elektrické energie
• Reilly, Helen (2008). Propojení země - novozélandská národní síť 1886–2007. Wellington: Steele Roberts. 376 stran. ISBN  978-1-877448-40-9.
• Pansini, Anthony J, E.E., P.E. podzemní elektrické vedení. USA Hayden Book Co, 1978. ISBN  0-8104-0827-9
• Westinghouse Electric Corporation, “Patenty na přenos elektrické energie; Polyfázový systém Tesla". (Přenos energie; vícefázový systém; Patla Tesla )
• Fyzika každodenních věcí - přenosové linky