Ряды напряжений высоковольтных сетей в мире
Россия
В России получили развитие два ряда номинальных напряжений, в которые входят как линии сверхвысокого, так и линии ультра высокого напряжения. Первая шкала 110—150—330—750 кВ, вторая 110—220—500—1150 кВ.
Каждая из последующих ступеней в этих шкалах превышает предыдущую примерно в 2 раза, что позволяет поднять пропускную способность электропередачи примерно в 4 раза.
Эти шкалы напряжения имеют свои зоны применения. Первая шкала получила распространение в Северо-Западных областях России, Карелии, на Кольском полуострове и Северном Кавказе. Связи объединенной системы Северо-Запада с Кольской энергосистемой выполнены на напряжении 330 кВ, ОЭС Северо-Запада с ОЭС Центра — на напряжении 750 кВ.
Вторая шкала напряжений применяется в Центре России и регионах, расположенных к востоку от Москвы. В Центральной зоне упомянутые две шкалы иногда накладываются (линии 500 и 750 кВ). В то же время к востоку от Москвы, включая Сибирь и Дальний Восток, используется только вторая шкала напряжений. Такое разделение двух шкал по различным территориям имеет свои преимущества с точки зрения эксплуатации сетевого хозяйства.
Первые электропередачи напряжением 110 кВ были построены в США еще в 1910 г., 220 кВ — в 1922 г. 3aтем появился ряд других номинальных напряжений, что обусловлено большим количеством фирм, производивших электротехническое оборудование. В 50-е годы были освоены линии 345 кВ, в 1965 г. была включена первая линия 500 кВ, в 1969 г. — линия 765 кВ, а в 1970 г. вошла в работу линия электропередачи постоянного тока ±400 кВ длиной 1400 км (Тихоокеанская передача), проходящая вдоль западного побережья США. Несмотря на пестроту номинальных напряжений в этой стране, можно выделить две шкалы, которые имеют свои зоны применения. Первая шкала включает напряжения 138—345—765 кВ и используется на Юго-Западе, в Центре и на Севере страны, вторая — напряжения 115—230—500 кВ и используется преимущественно на Западе и Юго-Востоке США.
В США существует ряд объединенных энергосистем, куда входят отдельные энергокомпании, которых насчитывается более грех тысяч. Некоторые из этих объединений управляются из единого диспетчерского пункта, другие просто осуществляют параллельную работу при координации распределения нагрузки и регулирования частоты. Роль межсистемных связей и системообразующих линий выполняют линии 345—765 кВ. Ведутся работы по созданию оборудования для линий электропередачи 1600 кВ.
На севере энергосистемы США имеют мощные связи с Канадой, включая несколько линий 765 кВ в восточной части границы, несколько линий 500 кВ в западной ее части, три вставки постоянного тока.
В 90-х годах прошлого столетия была сооружена многоподстанционная электропередача постоянного тока Канада—США (1486 км, ±400 кВ, 2000 МВт) от ГЭС Ла Гранд в провинции Квебек (Канада) до г. Бостон (США). Эта передача имеет пять преобразовательных подстанций, три из которых расположены на территории Канады и две на территории США. Кроме этой линии электропередачи в США имеются еще три линии электропередачи и восемь вставок постоянного тока.
На юге энергосистемы США связаны линиями 230—345 кВ с энергосистемой Мексики. Энергосистемы Канады, США и Мексики работают параллельно.
Западная Европа
В Западной Европе существует энергообъединение UCPTE, включающее 12 стран, к которому теперь подключены и страны Восточной Европы. Страны Северной Европы создали энергообъединение Nordel System, включающее Швецию, Норвегию, Финляндию и Данию. Энергосистема Англин работает параллельно с UCPTE через подводную линию электропередачи постоянного тока. Подобные линии электропередачи связывают также энергосистемы Швеции, Дании и Германии с энергосистемами Швеции и Финляндии. Россия связана с Nordel System через вставку постоянного тока в г. Выборг с мощностью 1420 МВт. Предполагается сооружение подводной линии постоянного тока Великобритания — Норвегия протяженностью 724 км с пропускной способностью 800 МВт.
Основными системообразующими линиями переменного тока в странах Западной Европы, входящих в UCPTE, являются линии напряжением 380-420 кВ. Линии 230 кВ и линии 110—150 кВ выполняют функции распределительных сетей. Напряжения 500 и 750 кВ в Западной Европе не используются, однако во Франции в связи с ростом нагрузок разработан проект сооружения линий напряжением 750 кВ. При этом предполагается использовать вновь сооруженные линии 380 кВ с двумя проводами в фазе на двухцепных опорах для подвески одной цепи 750 кВ с теми же проводами.
Канада
В восточной части страны достаточно широко развита сеть напряжением 735 кВ, в западной — 500 кВ. Развитие сети 735 кВ вызвано необходимостью выдачи мощности одной из крупнейших в мире ГЭС на р. Черчилл мощностью 5,2 ГВт, а также каскада ГЭС на р. Св. Лаврентия. Для выдачи мощности ГЭС на р. Нельсон сооружена линия электропередачи постоянного тока Нельсон Ривер — Виннипег — двухцепная передача длиной 800 км: первая цепь на ртутных вентилях (±450 кВ, 1620 МВт), вторая цепь на высоковольтных тиристорных вентилях (±500 кВ, 2000 МВт). Кроме того, имеется вставка постоянного тока Ил Ривер 320 МВт, предназначенная для связи энергосистем Канады и США. На западном побережье
Канады проложена подводная передача от материка до о. Ванкувер, имеющая два кабеля переменного тока (138 кВ, 120 МВт) и два кабеля постоянного тока (+260+280 кВ, 370 МВт). Имеется также вставка постоянного тока Шатегей (1000 МВт), связывающая сеть 735 кВ в Канаде и сеть 765 кВ в США.
Развитые сети 500 кВ в западной части Канады объединяют крупные электростанции и узлы нагрузки в промышленных районах западных провинций. Непосредственной связи энергосистемы восточной и западной частей Канады не имеют, поскольку они разделены горными хребтами. Связь осуществляется через энергосистемы США. Существуют межсистемные связи 500 кВ между энергосистемами Канады и США в западной части этих стран.
Таким образом, на севере США и юге Канады существуют два крупных энергообъединения: энергосистемы северо-восточной части США н юго-восточной части Канады и энергосистемы северо-западной части США и юго-западной части Канады.
Мексика, Центральная и Южная Америка
Энергосистема Мексики имеет несоизмеримо меньшую мощность, чем энергосистема США. Основная сеть в Мексике формируется на напряжениях 220 и 400 кВ.
Страны Центральной Америки (Панама, Коста-Рика, Гондурас, Никарагуа) образуют энергетически обособленный район с небольшой суммарной мощностью электростанций (3—4 ГВт). Имеются межгосударственные связи 230 кВ. В настоящее время создается Центрально-Американское энергетическое объединение на базе сооружения линий 230—500 кВ.
Среди стран Южной Америки наиболее мощным энергетическим потенциалом обладают Бразилия (54 %), Аргентина (20 %) и Венесуэла (10 %). Остальное приходится на другие страны континента. В то же время крупнейшей в Южной Америке является энергосистема Аргентины. Наивысшее напряжение сетей в Аргентине 500 кВ, суммарная протяженность линий этого класса напряжений составляет около 10 тыс. км.
Наивысшее напряжение электрических сетей в Бразилии 765 кВ. Имеются также сеть линий 500 кВ, отдельные линии 400 кВ и сеть 345 кВ. В Бразилии эксплуатируется линия электропередачи постоянного тока от крупнейшей в мире ГЭС Итайпу в район г. Сан-Паулу. Эта электропередача имеет две цени напряжением ±600 кВ, ее протяженность свыше 800 км, суммарная передаваемая мощность 6300 МВт.
Наивысшее напряжение сетей в Венесуэле — 400 кВ. В остальных странах этого континента — 220 кВ. Существует ряд межсистемных связей 220 кВ.
Широкому объединению электроэнергетических систем Южной Америки препятствуют различные номинальные частоты отдельных стран: 50 и 60 Гц. Имеются две вставки постоянного тока. Одна из них мощностью 50 МВт между сетями Парагвая и Бразилии, другая мощностью 2000 МВт между сетями Бразилии и Аргентины.
Африка
При большой площади континента суммарная мощность электростанций относительно невелика. Из них примерно половина сосредоточена в ЮАР и свыше 10 % в Египте, остальные в других странах континента. При относительно скромных энергетических мощностях в энергосистемах Африки применяются достаточно высокие напряжения, что объясняется удаленностью источников энергии от центров потребления. В Египте применяется напряжение 500 кВ, в ЮАР — 400 кВ, Нигерии, Замбии и Зимбабве — 330 кВ, в других странах 220—230 кВ. На континенте сооружены две мощные линии электропередачи постоянного тока ГЭС: Инга — Шаба, связывающая два наиболее развитых, но обособленных района Заира, и ГЭС Кабора Басса (Мозамбик) — Аполо (ЮАР).
Азия (исключая СНГ)
По этому региону из-за отсутствия достаточно полной информации могут быть приведены только самые общие сведения. Наивысшее напряжение системообразующих линий в Индии, Турции, Ираке, Иране — 400 кВ, в Китае, Пакистане, Японии — 500 кВ. В Индии и Китае большое внимание уделяется электропередачам и вставкам постоянного тока. В этих странах уже сооружено несколько линий электропередачи н вставок постоянного тока и предполагается увеличение их количества и выполнение всех межсистемных связей на постоянном токе.
Среди энергосистем Азии передовые позиции занимают электроэнергетические системы Японии и Южной Корен. Основой системообразующей сети Японии являются линии напряжением 275 и 500 кВ. Практически все линии 500 кВ имеют двухцепное исполнение. Для передачи электроэнергии в район Токио от крупной АЭС построена линия электропередачи напряжением 1100 кВ длиной 250 км. Эта линия сооружена на двухцепных опорах высотой до 120 м, что определяется требованиями экологии. В настоящее время ведется сооружение кольцевой линии 1100 кВ на о. Хонсю.
Сложность в создании единой энергосистемы этой страны представляет наличие разных номинальных частот (50 и 60 Гц) в северной и южной частях Японии. Граница между этими частями проходит по о. Хонсю. Для связи между ними сооружены две вставки постоянного тока по 300 МВт. Кроме того, два острова — Хоккайдо и Хонсю — связывает воздушно-кабельная электропередача постоянного тока (600 МВт, ±250 кВ).
Системообразующая сеть Южной Кореи имеет напряжение 345 кВ. В связи с небольшими размерами территории этого государства линии электропередачи имеют небольшую длину. Общая длина линий 345 кВ, проходящих в меридиональном направлении, составляет немногим более 300 км. Примерно такова же суммарная длина линий, проходящих в широтном направлении. Трассы этих линий, как правило, проходят по территориям, не затронутым хозяйственной деятельностью, что в условиях Южной Кореи представляет большую сложность. В связи е ростом нагрузки сооружается линия 765 кВ, что также требует преодоления трудностей с прокладкой трассы.
Источник
Отличия энергосистемы Европы от Северной Америки
Для обеих систем основное оборудование аналогично: проводники, кабели, изоляция, разрядники, регуляторы и трансформаторы. Обе системы радиальные, уровни напряжения и мощность схожи.
Основные различия заключаются в структурах систем.
Рис. 1. Распределительные сети в Северной Америке и Европе
На рисунке 1 изображены две системы. По сравнению с моделью сети Северной Америки, в Европейской распределительной сети используются более мощные трансформаторы, и количество потребителей на 1 трансформатор также больше. В Европе используются трехфазные трансформаторы с номинальной мощностью порядка 300 – 1000 кВА, гораздо большей, чем для типовых однофазных трансформаторов в Северной Америке с номинальной мощностью 25 или 50 кВА.
В Северной Америке стандартизованное напряжение во вторичной сети составляет 120/240 В. В результате, падение напряжения определяет протяженность вторичной сети для бытовых нужд и не превышает 250 футов (76,2 м). В Европе вторичная сеть прокладывается на расстояние до 1 мили (1609,34 м).
Уровень вторичного напряжения в Европе значительно выше и во многих странах достигает уровня 220, 230 или 240 В.
Благодаря тому, что напряжение в 2 раза выше, потребляемую нагрузку можно увеличить в 4 раза при той же протяженности сети. Так как трехфазная система позволяет в 2 раза увеличить протяженность распределительной сети по сравнению с однофазной системой, в итоге получается, что в Европе можно прокладывать распределительные сети в 8 раз более протяжённые по сравнению с Америкой, при этом соблюдая требования по перегрузке и падению напряжения.
В европейских системах иногда встречаются случаи использования однофазных систем для питания сельских потребителей, причем такие системы выполнены на базе двухобмоточных однофазных трансформаторов, соединенных пофазно.
В проектах Северной Америки питающие линии вторичной сети используются как основные ветви системы. В европейских проектах такой подход используется не часто, более того, не очень активно используются и реклоузеры.
Некоторые отличия в энергосистемах сводятся к различиям в величине нагрузки и инфраструктуре. В Европе автомобильные дороги, здания и сооружения строились в зонах с развитой электрической системой, поэтому проекты приходилось «подгонять» под существующую схему. Вторичная сеть обычно привязана к постройкам.
В Северной Америке большинство дорог и электрических схем проектировалось одновременно. Кроме того в Европе жилые дома расположены плотнее друг другу, и сами по себе они меньше, чем дома в Северной Америке. Каждая система имеет свои преимущества.
Перечислим несколько положительных различий между распределительными сетями.
Стоимость
Энергосистема Европы, как правило, дороже чем Североамериканская, но нужно учитывать большое количество переменных. В результате сравнить их по конкретным параметрам очень сложно.
Первичное оборудование в Европе в основном дорогое, особенно для зон, в которых можно применять однофазные системы.
Гибкость
Североамериканская система более гибкая, если анализировать уровень высокого напряжения, а Европейская – во вторичной части распределительных сетей. Городским сетям Европейская система даёт преимущества как раз в гибкости вторичных сетей. Например, трансформаторы могут установлены быть в более оптимальных местах. Для сельских сетей и территорий с рассредоточенной нагрузкой схема первичной сети Северной Америки оказывается более оптимальной.
Распределительные сети Северной Америки немного лучше подходят для развития в части увеличения количества потребителей, усовершенствования и расширения.
Безопасность
Многократно заземленная нейтраль в Североамериканской первичной распределительной сети дает много преимуществ с точки зрения безопасности. РЗА становится более чувствительной к КЗ, а нейтраль действует как физический барьер, так же предотвращая возникновение опасного напряжения прикосновения во время КЗ.
Преимущество Европейских систем заключается в том, что в них легче обнаружить короткие замыкания через высокое переходное сопротивление.
Устойчивость
Как правило, аварии в Североамериканской системе реже приводят к перебоям электроснабжения. В результате моделирования в Nguyen et al. (2000) двух энергосистем выяснилось, что перебои электроснабжения в Европе происходят на 35 % чаще.
Хотя Европейские системы имеют меньше первичных распределительных сетей, почти все они представляют собой одну питающую магистраль. Потеря основного фидера приводит к отключению всех потребителей. Европейской системе требуется большее количество коммутационных аппаратов и других механизмов для поддержания такого же уровня надежности.
Качество электроэнергии
Как правило, в Европейской системе снижение напряжения и кратковременных отключений меньше. В Европейской системе меньше воздействий, происходящих в первичной системе, которые могут привести к меньшему количеству кратковременных перебоев электроснабжения по сравнению с Североамериканской системой, использующей предохранители.
Трехпроводная система, используемая в Европе, помогает избежать падения напряжения при однофазных КЗ на землю.
Петля короткого замыкания через высокое переходное сопротивление, возникающая по вине белок, не приводит к такому падению напряжения как металлические КЗ в системе с заземленной нейтралью. Даже при КЗ фазного провода на нулевой, схема соединения обмоток трансформатора треугольник-звезда обеспечивает более высокую устойчивость к падению напряжения, особенно, если силовой трансформатор заземлен через активное сопротивление или реактор.
Эстетика
Европейские системы имеют меньше первичных распределительных сетей, что даёт им эстетическое преимущество: вторичные сети проще проложить под землёй или вписать в окружающую обстановку. За счет меньших площадей для размещения трансформаторов и большей протяжённости вторичных сетей, размещение кабельных сетей становится проще.
Воровство электроэнергии
Учитывая структуру вторичной части системы электроснабжения Европы, можно сделать вывод, что электроэнергию похитить очень легко. Развитые страны острее остальных испытывают эту проблему. ЛЭП вторичных сетей часто подвешиваются на опоры или прокладываются на крышах зданий, поэтому не требуется больших навыков для подключения к сети.
За пределами Европы и Северной Америки применяются аналогичные подходы к возведению распределительных сетей. Применение таких же подходов к созданию таких систем можно найти и в бывших колониях. В некоторых регионах мира используется что-то среднее между двумя принципами построения распределительных сетей.
Самое ужасное решение – применение европейского подхода в части проектирования вторичной системы и использование уровня напряжения 120 В. Вторичные распределительные сети имеют ограничения по протяжённости наряду с более высокой стоимостью монтажа Европейских первичных сетей. Вторичные сети более высокого напряжения исследовались в Северной Америки для достижения большей гибкости, но не применялись. Такие вторичные сети позволяют расширить использование вторичных сетей, что упрощает прокладку кабелей и уменьшает стоимость.
Свежее решение для распределительной системы – до конечного потребителя передается энергия с напряжением 600 В, а в каждом доме электронный трансформатор понижает напряжение до 120/240 В. [EEP – Electrical engineering portal]
Источник
