✖


Jump to content

Система электроэнергии

(Перенаправлено из сети электроэнергии )
Часть серии на
Энергетическая инженерия
Электроэнергетическое преобразование
Электроэнергетическая инфраструктура
Компоненты электроэнергии электроэнергии

Паровая турбина, используемая для обеспечения электроэнергии

Электроэнергетическая система - это сеть электрических компонентов, развернутых для подачи, передачи и использования электроэнергии. Примером электроэнергии является электрическая сетка , которая обеспечивает электроэнергию для домов и отраслей в рамках расширенной области. Электрическая сетка может быть широко разделена на генераторы , которые обеспечивают питание, систему передачи , которая несет питание от генерирующих центров в центры нагрузки , и систему распределения , которая питает мощность в близлежащие дома и отрасли промышленности.

Меньшие энергетические системы также встречаются в промышленности, больницах, коммерческих зданиях и домах. Один линейная диаграмма помогает представить всю эту систему. Большинство этих систем полагаются на трехфазной мощности переменного тока -стандарт крупномасштабной передачи и распределения энергии в современном мире. Специализированные энергосистемы, которые не всегда полагаются на трехфазную питание переменного тока, обнаружены в самолетах, электрических рельсах, океанских лайнерах, подводных лодках и автомобилях.

История

[ редактировать ]
Эскиз станции Перл -стрит

В 1881 году два электрика построили первую в мире силовую систему в Годалминге в Англии. Он питался двумя водяными колесами и давал переменный ток, который, в свою очередь, поставлял семь дуговых ламп Siemens при 250 вольт и 34 ламп накаливания при 40 вольт. [ 1 ] Тем не менее, поставки в лампы были прерывистыми, и в 1882 году Томас Эдисон и его компания Edison Electric Light Company разработали первую электростанцию ​​с паровой электростанцией на Перл-стрит в Нью-Йорке. Станция Перл -стрит изначально работала около 3000 ламп для 59 клиентов. [ 2 ] [ 3 ] Электростанция сгенерировала постоянный ток и работала при одном напряжении. Мощность постоянного тока не может быть легко или эффективно преобразовать в более высокие напряжения, необходимые для минимизации потери мощности во время передачи на большие расстояния, поэтому максимальное экономическое расстояние между генераторами и нагрузкой ограничивалось около полумили (800 м). [ 4 ]

В том же году в Лондоне Люсиен Голард и Джон Диксон Гиббс продемонстрировали «вторичный генератор» - первый трансформатор, подходящий для использования в реальной энергосистеме. [ 5 ] Практическая ценность трансформатора Gaulard и Gibbs была продемонстрирована в 1884 году в Турине , где трансформатор использовался для освещения 40 километров (25 миль) железной дороги от одного генератора переменного тока . [ 6 ] Несмотря на успех системы, пара допустила некоторые фундаментальные ошибки. Возможно, наиболее серьезным было соединение первичных трансформаторов последовательно , чтобы активные лампы повлияли на яркость других ламп дальше вниз по линии.

В 1885 году Ottó Titusz Bláthy, работая с Кароли Зипернвски и Микса Дери, усовершенствовал вторичный генератор Gaularard и Gibbs, предоставив ему закрытое железное ядро ​​и его нынешнее название: « трансформатор ». [ 7 ] Три инженера продолжили представить энергетическую систему на Национальной общей выставке Будапешта, которая внедрила параллельную систему распределения переменного тока, предложенную британским ученым [ А ] в котором несколько силовых трансформаторов имеют свои первичные обмотки, питающиеся параллельно от высоковольтной линии распределения. Система зажгла более 1000 ламп углеродных филаментов и успешно работала с мая до ноября того же года. [ 8 ]

Также в 1885 году Джордж Уэсттингоус , американский предприниматель, получил патентные права на трансформатор Gaulard-Gibbs и импортировал несколько из них вместе с генератором Siemens и заставил своих инженеров экспериментировать с ними в надежде на улучшение их для использования в коммерческом Система питания. В 1886 году один из инженеров Westinghouse, Уильям Стэнли , независимо признал проблему с соединениями трансформаторов последовательно, в отличие от параллельной , а также понял, что сделало железное ядро ​​трансформатора полностью закрытым петлей улучшит регулирование напряжения вторичного обмотки. [ 9 ] Используя эти знания, он создал многокачественную трансформаторную энергетическую систему, обслуживающую несколько домов и предприятий в Грейт-Баррингтоне, штат Массачусетс, в 1886 году. [ 10 ] Система была ненадежной и недолговечной, однако, в основном из-за проблем генерации. [ 11 ] Однако, основываясь на этой системе, Westinghouse начнет устанавливать системы трансформаторов AC в конкуренции с компанией Edison в конце того же года. В 1888 году лицензировал патенты Nikola Tesla лицензии Nikola Tesla полифазного переменного тока для индукционного двигателя и конструкций трансформаторов. Тесла проконсультировалась в течение года в компании Westinghouse Electric & Manufacturing's Company, но для инженеров Westinghouse потребовалось еще четыре года, чтобы разработать рабочую систему полифазного двигателя и передачи. [ 12 ] [ 13 ]

К 1889 году была процветала электростанция, а энергетические компании построили тысячи энергетических систем (как прямого и переменного тока) в Соединенных Штатах и ​​Европе. Эти сети были эффективно посвящены обеспечению электрического освещения. В течение этого времени соперничество между компаниями Томаса Эдисона и Джорджа Вестингауса превратилось в пропагандистскую кампанию, в рамках которой форма передачи (прямое или чередование) была превосходной, серией событий, известных как « война токов ». [ 14 ] В 1891 году Westinghouse установил первую крупную энергосистему, которая была разработана для управления синхронным электродвигателем 100 лошадиных сил (75 кВт), а не только обеспечивает электрическое освещение в Теллуриде, штат Колорадо . [ 15 ] На другой стороне Атлантики Михаил Доливо-Добровольский и Чарльз Юджин Ланселот Браун первую длинную дистанцию ​​(175 километров (109 миль)) высокого напряжения (15 кВ, затем рекорд). построил Am Neckar to Frankfurt Am Main для выставки электротехники во Франкфурте, где мощность использовалась для освещения ламп и запуска водяного насоса. [ 16 ] [ 9 ] В Соединенных Штатах конкурс AC/DC подошел к концу, когда Edison General Electric был захвачен их главным конкурентом AC, Thomson-Houston Electric Company , формирующей General Electric . В 1895 году, после затяжного процесса принятия решений, чередовый ток в качестве стандарта передачи был выбран , строящий в Westinghouse, генерирующую станцию ​​№ 1 в Ниагарском водопаде и здание General Electric Трехфазная энергетическая система для поставки Буффало при 11 кВ. Полем [ 9 ]

Развития в энергетических системах продолжались за пределами девятнадцатого века. В 1936 году была построена первая экспериментальная линия высокого напряжения (HVDC) с использованием ртутных дуговых клапанов между Schenectady и Mechanicville, Нью -Йорк . [ 17 ] HVDC ранее был достигнут с помощью серии, подключенных к серии, генераторам и двигателям ( система Tury ), хотя это пострадало от серьезных проблем с надежностью. [ 18 ] [ 17 ] Первый твердотельный металлический диод, подходящий для общего использования мощности, был разработан Ernst Presser в Tekade в 1928 году. Он состоял из слоя селена, нанесенного на алюминиевую пластину. [ 19 ] В 1957 году группа General Electric Research разработала первый тиристор, подходящий для использования в силовых приложениях, начав революцию в электронике. В том же году Siemens продемонстрировал твердотельный выпрямитель , но только в начале 1970-х годов твердотельные устройства стали стандартом в HVDC, когда GE стал одним из ведущих поставщиков HVDC на основе тиристора. [ 20 ] В 1979 году европейский консорциум, в том числе Siemens, Brown Boveri & Cie и AEG, реализовал запись HVDC от Cabora Bassa в Йоханнесбург , простирая более 1420 километров (880 миль), которые несут 1,9 ГВт при 533 кВ. [ 17 ]

В последнее время многие важные разработки были связаны с расширением инноваций в области информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) на область энергетической инженерии. Например, разработка компьютеров означала, что исследования потока нагрузки могут работать более эффективно, что позволяет гораздо лучше планировать энергосистемы. Достижения в области информационных технологий и телекоммуникации также позволили эффективному дистанционному управлению распределительным устройством и генераторами энергосистемы.

Основы электроэнергии

[ редактировать ]
Анимация трехфазного переменного тока

Электрическая энергия является продуктом двух величин: тока и напряжения . Эти две величины могут варьироваться в зависимости от времени ( мощность переменного тока ) или можно сохранить на постоянных уровнях ( мощность постоянного тока ).

Большинство холодильников, кондиционеров воздуха, насосов и промышленных механизмов используют мощность переменного тока, тогда как большинство компьютеров и цифрового оборудования используют мощность постоянного тока (цифровые устройства, подключенные к сети, обычно имеют внутренний или внешний адаптер питания для преобразования от переменного тока в мощность постоянного тока). Мощность переменного тока имеет то преимущество в том, что их легко трансформировать между напряжениями и может генерироваться и использовать бесщеточным механизмом. DC Power остается единственным практическим выбором в цифровых системах и может быть более экономичным для передачи на большие расстояния на очень высоких напряжениях (см. HVDC ). [ 21 ] [ 22 ]

Способность легко трансформировать напряжение мощности переменного тока важна по двум причинам: во -первых, мощность может передаваться на большие расстояния с меньшими потери при более высоких напряжениях. Таким образом, в системах питания, где генерация отдалена от нагрузки, желательно увеличить (увеличить) напряжение мощности в точке генерации, а затем уйти (уменьшить) напряжение вблизи нагрузки. Во -вторых, часто более экономично устанавливать турбины , которые производят более высокие напряжения, чем используются большинством приборов, поэтому способность легко трансформировать напряжения означает, что это несоответствие между напряжениями может быть легко управляется. [ 21 ]

Твердовые устройства , которые являются продуктами полупроводниковой революции, позволяют преобразовать мощность постоянного тока в разные напряжения , создавать бесщеточные машины постоянного тока и преобразовать мощность переменного тока и постоянного тока . Тем не менее, устройства, использующие твердотельную технологию, часто дороже, чем их традиционные аналоги, поэтому мощность AC остается в широком распространении. [ 23 ]

Компоненты энергетических систем

[ редактировать ]

Запасы

[ редактировать ]
Большая часть власти мира по-прежнему поступает из угольных электростанций, подобных этому

Все энергосистемы имеют один или несколько источников энергии. Для некоторых энергетических систем источник энергии является внешним по отношению к системе, но для других он является частью самой системы - именно эти внутренние источники мощности обсуждаются в оставшейся части этого раздела. Мощность постоянного тока может быть предоставлена ​​батареями , топливными элементами или фотоэлектрическими ячейками . Мощность переменного тока обычно поставляется ротором, который вращается в магнитном поле в устройстве, известном как турбогенератор . Существует широкий спектр методов, используемых для вращения ротора турбины, от парового нагрева с использованием ископаемого топлива (включая уголь, газ и нефть) или ядерную энергию до падающей воды ( гидроэлектростанция ) и ветра ( энергия ветра ).

Скорость, с которой ротор вращается в сочетании с количеством полюсов генератора, определяет частоту чередующегося тока, создаваемого генератором. Все генераторы в одной синхронной системе, например, национальной сетке , вращаются в подмольчах одинаковой скорости и, таким образом, генерируют электрический ток на той же частоте. Если нагрузка на систему увеличивается, генераторы потребуют большего крутящего момента, чтобы вращаться с этой скоростью, и на паровой электростанции должно быть поставлено больше пара турбинам, управляющим их. Таким образом, используемый пара и потраченное напрямую топливо связаны с количеством поставляемой электрической энергии. Существует исключение для генераторов, включающих электронику питания, такую ​​как ветряные турбины без передачи , или связанные с сеткой через асинхронную связь, такую ​​как связь HVDC - они могут работать на частотах, независимых от частоты энергосистемы.

В зависимости от того, как питаются полюсы, генераторы переменного тока могут создавать переменное количество фаз мощности. Более высокое количество этапов приводит к более эффективной работе энергосистемы, но также увеличивает требования к инфраструктуре системы. [ 24 ] Системы сетки электроэнергии соединяют несколько генераторов, работающих на одной и той же частоте: наиболее распространенным является трехфазная фаза при 50 или 60 Гц.

Существует ряд соображений дизайна для источников питания. Они варьируются от очевидного: какую мощность должен обеспечить генератор? Что такое приемлемое время для запуска генератора (некоторые генераторы могут занять несколько часов)? Доступна ли доступность источника питания (доступно некоторые возобновляемые источники энергии, только когда сияет солнце или ветер дует)? Для более технического: как начать генератор (некоторые турбины действуют как двигатель, чтобы повысить скорость, в этом случае им нужна подходящая стартовая цепь)? Какова механическая скорость работы для турбины и, следовательно, какое количество полюсов требуется? Какой тип генератора подходит ( синхронно или асинхронно ) и какой тип ротора (ротор белки-клетки, ротор ране, важный ротор полюса или цилиндрический ротор)? [ 25 ]

Нагрузки

[ редактировать ]
Тостер - отличный пример однофазной нагрузки, которая может появиться в резиденции. Тостеры обычно привлекают от 2 до 10 ампер при от 110 до 260 вольт, потребляющих от 600 до 1200 Вт мощности.

Силовые системы обеспечивают энергию на нагрузки, которые выполняют функцию. Эти нагрузки варьируются от бытовых приборов до промышленного механизма. Большинство нагрузок ожидают определенного напряжения и, для устройств переменного тока, определенной частоты и количества этапов. Например, приборы, найденные в условиях жилых помещений, обычно будут работать с однофазной работой при 50 или 60 Гц с напряжением от 110 до 260 вольт (в зависимости от национальных стандартов). Существует исключение для более крупных централизованных систем кондиционирования воздуха, так как они в настоящее время часто бывают трехфазными, потому что это позволяет им работать более эффективно. Все электрические приборы также имеют рейтинг мощности, в котором указывается объем мощности, который потребляет устройство. В любое время чистое количество мощности, потребляемое нагрузками на энергосистему, должна равняться чистую сумму питания, производимому поставками, менее мощностью, потерянной при передаче. [ 26 ] [ 27 ]

Убедиться, что напряжение, частота и объем питания, поставляемой на нагрузки, соответствует ожиданиям, является одной из самых больших проблем инженерии энергосистемы. Однако это не единственная проблема, в дополнение к мощности, используемой нагрузкой для выполнения полезной работы (называемой реальной мощности ) Многие устройства переменного тока также используют дополнительное количество мощности, поскольку они вызывают чередующее напряжение и переменный ток -of-sync (называемая реактивной мощностью ). Реактивная мощность, подобная реальной мощности и реакторы »ниже для более подробной информации). [ 28 ]

Окончательное соображение с нагрузкой связано с качеством питания. В дополнение к устойчивым перенапряжениям и оничникам возвышения (проблемы регулирования напряжения), а также устойчивым отклонениям от частоты системы (проблемы регулирования частоты) на нагрузку на систему электроэнергии может быть негативно повлиять на диапазон временных проблем. К ним относятся провисание напряжения, провалы и волнения, переходные перенапряжения, мерцание, высокочастотный шум, фазовый дисбаланс и плохой коэффициент мощности. [ 29 ] Проблемы качества электроэнергии возникают, когда источник питания на нагрузку отклоняется от идеала. Проблемы качества электроэнергии могут быть особенно важными, когда дело доходит до специализированного промышленного механизма или больничного оборудования.

Проводники

[ редактировать ]
Частично изолированные проводники среднего напряжения в Калифорнии

Проводники переносят энергию от генераторов до нагрузки. В сетке проводники могут быть классифицированы как принадлежащие к системе передачи , которая переносит большое количество мощности при высоких напряжениях (как правило, более 69 кВ) от центров генерирования в центры нагрузки или систему распределения , которая питает меньшие количества Мощность при более низких напряжениях (обычно менее 69 кВ) от центров нагрузки до близлежащих домов и промышленности. [ 30 ]

Выбор проводников основан на таких соображениях, как стоимость, потери передачи и другие желаемые характеристики металла, такого как прочность на растяжение. Медь , с более низким удельным сопротивлением, чем алюминий , когда -то был проводником выбора для большинства энергетических систем. Тем не менее, алюминий имеет более низкие затраты на той же ток -пропускной способности и в настоящее время часто является дирижером. Проводники накладных линий могут быть усилены стальными или алюминиевыми сплавами. [ 31 ]

Проводники в внешних энергетических системах могут быть помещены над головой или под землей. Надземные проводники обычно изолируются воздушными изоляциями и поддерживаются на фарфоровых, стеклянных или полимерных изоляторах. Кабели, используемые для подземной передачи или проводки здания , изолированы с перекрестным полиэтиленом или другой гибкой изоляцией. Проводники часто застряют, чтобы сделать их более гибкими и, следовательно, проще в установке. [ 32 ]

Проводники обычно рассчитываются на максимальный ток, который они могут нести при заданном повышении температуры в условиях окружающей среды. По мере того, как поток тока увеличивается через проводник, он нагревается. Для изолированных проводников рейтинг определяется изоляцией. [ 33 ] Для проводников голых рейтинг определяется тем, что провидение проводников станет неприемлемым. [ 34 ]

Конденсаторы и реакторы

[ редактировать ]
Синхронная установка конденсатора на подстанции Templestowe , Мельбурн, Виктория

Большая часть нагрузки в типичной системе питания переменного тока является индуктивной; Ток отстает за напряжением. Поскольку напряжение и ток не являются фазами, это приводит к появлению «воображаемой» формы силы, известной как реактивная сила . Реактивная мощность не выполняет измеримую работу, но передается туда -сюда между источником реактивной мощности и нагрузкой каждый цикл. Эта реактивная сила может быть обеспечена самими генераторами, но часто дешевле обеспечить ее через конденсаторы, следовательно, конденсаторы часто располагаются вблизи индуктивных нагрузок (то есть, если не на месте на ближайшей подстанции), чтобы снизить потребность в текущей энергосистеме (электроэнергию (то есть не на месте), чтобы снизить потребность в текущей энергосистеме (т.е. то есть увеличить коэффициент мощности ).

Реакторы потребляют реактивную мощность и используются для регулирования напряжения на длинных линиях передачи. В условиях легкой нагрузки, когда нагрузка на линии передачи значительно ниже нагрузки на импеданс переплетения , эффективность энергосистемы может быть фактически улучшена путем переключения в реакторах. Реакторы, установленные последовательно в энергосистеме, также ограничивают порывы тока, небольшие реакторы, следовательно, почти всегда устанавливаются последовательно с конденсаторами, чтобы ограничить ток, связанный с переключением на конденсаторе. Серийные реакторы также могут использоваться для ограничения токов разлома.

Конденсаторы и реакторы переключаются с помощью автоматических выключателей, что приводит к значительным шагам изменения реактивной мощности. Решение для этого состоит в форме синхронных конденсаторов , статических компенсаторов VAR и статических синхронных компенсаторов . Вкратце, синхронные конденсаторы - это синхронные двигатели, которые свободно вращаются, чтобы генерировать или поглощать реактивную мощность. [ 35 ] Статические компенсаторы VAR работают, переключаясь в конденсаторах, используя тиристоры, в отличие от автоматических выключателей, позволяющих переключать конденсаторы и переключаться в течение одного цикла. Это обеспечивает гораздо более изысканный отклик, чем конденсаторы, включенные в цепь. Статические синхронные компенсаторы делают это на шаг дальше, достигнув реактивной регулировки мощности, используя только электронику питания .

Электроника

[ редактировать ]
Этот внешний домохозяйный адаптер переменного тока до постоянного тока использует электронику электроники

Электроника питания - это устройства на основе полупроводников, которые способны переключать количество мощности от нескольких сотен Вт в несколько сотен мегаватт. Несмотря на их относительно простую функцию, их скорость работы (обычно в порядке наносекунд [ 36 ] ) означает, что они способны выполнять широкий спектр задач, которые были бы затруднены или невозможно с обычными технологиями. Классической функцией электроники Power является исправление или преобразование мощности AC-DC, электроника, поэтому почти в каждом цифровом устройстве, которое поставляется из источника переменного тока, либо в качестве адаптера, который подключается к стене (см. Фото) или как компонент внутренней по отношению к устройству. Электроника мощности мощности также может использоваться для преобразования мощности переменного тока в мощность постоянного тока для передачи на большие расстояния в системе, известной как HVDC . HVDC используется, потому что он оказывается более экономичным, чем аналогичные системы высокого напряжения для очень больших расстояний (соты до тысяч километров). HVDC также желателен для взаимодействия, поскольку он обеспечивает частоту независимости, повышая стабильность системы. Электроника мощности также необходима для любого источника питания, который необходим для производства вывода переменного тока, но по своей природе дает выход постоянного тока. Поэтому они используются фотоэлектрическими установками.

Электроника Power также имеет широкий спектр более экзотических использования. Они лежат в основе всех современных электрических и гибридных транспортных средств, где они используются как для управления двигателем, так и для бесщеточного двигателя постоянного тока . Силовая электроника также встречается практически во всех современных автомобилях бензиновых двигателей, это связано с тем, что мощность, обеспечиваемая только батареями автомобиля, недостаточна для обеспечения зажигания, кондиционирования воздуха, внутреннего освещения, радиоприемников и дисплеев приборной панели для срока службы автомобиля. Таким образом, батареи должны быть заряжены во время вождения - подвиг, который обычно выполняется с использованием электроники. [ 37 ]

Некоторые электрические железнодорожные системы также используют мощность постоянного тока и, таким образом, используют электронику питания для подачи мощности сетки локомотивам и часто для управления скоростью двигателя локомотива. В середине двадцатого века локомотивы выпрямителя были популярны, эти использованные электроники для преобразования мощности переменного тока из железнодорожной сети для использования двигателем постоянного тока. [ 38 ] Сегодня Использование силовой электроники для оказания помощи с управлением двигателем и с стартовыми цепями, в дополнение к выпрямлению, отвечает за электронику, появляющуюся в широком спектре промышленного механизма. Силовая электроника даже появляется в современных жилых кондиционерах, которые позволяют лежать в основе ветряной турбины с переменной скоростью .

Защитные устройства

[ редактировать ]
Основная статья: защита системы питания
Многофункциональное цифровое защитное реле, обычно установленное на подстанции для защиты дистрибутивного фидера

Силовые системы содержат защитные устройства для предотвращения травм или повреждений во время сбоев. Стипеннее защитное устройство - это предохранитель. Когда ток через предохранитель превышает определенный порог, элемент предохранителя растает, производя дугу через результирующий разрыв, который затем погашает, прерывая цепь. Учитывая, что предохранители могут быть построены в качестве слабой точки системы, предохранители идеально подходят для защиты схемы от повреждений. Однако предохранители имеют две проблемы: во -первых, после того, как они функционируют, предохранители должны быть заменены, поскольку их нельзя сбросить. Это может оказаться неудобным, если предохранитель находится на удаленном месте или запасной предохранитель не под рукой. И во -вторых, предохранители, как правило, неадекватны в качестве единственного устройства безопасности в большинстве энергетических систем, поскольку они позволяют текущим течениям, превышающим это, что оказалось бы смертоносным для человека или животного.

Первая проблема решается путем использования автоматических выключателей - высказывания, которые могут быть сброшены после того, как они имеют разбитый поток тока. В современных системах, которые используются менее около 10 кВт, обычно используются автоматические выключатели схемы. Эти устройства объединяют механизм, который инициирует отключение (путем измерения избыточного тока), а также механизм, который разбивает поток тока в одной единице. Некоторые миниатюрные выключатели схемы работают исключительно на основе электромагнетизма. В этих миниатюрных автоматических выключателях ток проходит через соленоид, и, в случае потока избыточного тока, магнитное притяжение соленоида достаточно, чтобы открыть контакты выключателя цепи (часто косвенно через механизм отключения).

В приложениях с более высоким питанием защитные реле , которые обнаруживают неисправность и инициируют поездку, отделены от автоматического выключателя. Ранние реле, работающие на основе электромагнитных принципов, аналогичных тем, которые упомянуты в предыдущем абзаце, современные реле являются компьютерами, специфичными для приложения, которые определяют, следует ли отключить на основе показаний из энергосистемы. Различные реле будут инициировать поездки в зависимости от различных схем защиты . Например, реле перегрузки может инициировать поездку, если ток на любом этапе превышает определенный порог, тогда как набор дифференциальных реле может инициировать поездку, если сумма точков между ними указывает на ток, что может быть утечка на Земле. Выключатели схемы в приложениях с более высоким питанием тоже разные. Воздух, как правило, больше не достаточен для того, чтобы утолить дугу, которая образуется, когда контакты открыты, поэтому используются различные методы. Один из самых популярных методов - держать камеру, затопленную контактами, затопленными Гексафторид серы (SF 6 )-нетоксичный газ со звуковыми дуговыми свойствами. Другие методы обсуждаются в ссылке. [ 39 ]

Вторая проблема, неадекватность предохранителей, которые выступают в качестве единственного устройства безопасности в большинстве энергетических систем, вероятно, лучше всего разрешено с использованием устройств остаточного тока (RCD). В любом правильно функционирующем электрическом приборе ток, проникающий в прибор на активной линии, должен равняться току, вытекающему из устройства на нейтральной линии. Устройство остаточного тока работает путем мониторинга активных и нейтральных линий и спотыкающих активную линию, если оно замечает разницу. [ 40 ] Устройства остаточного тока требуют отдельной нейтральной линии для каждой фазы и для того, чтобы иметь возможность отключаться в течение периода времени, прежде чем возникнет вред. Обычно это не проблема в большинстве жилых приложений, где стандартная проводка обеспечивает активную и нейтральную линию для каждого прибора (то есть почему ваши электростанции всегда имеют как минимум два щипца), а напряжения относительно низкие, однако эти проблемы ограничивают эффективность RCDS В других приложениях, таких как промышленность. Даже при установке RCD воздействие электроэнергии все еще может оказаться фатальной.

Scada Systems

[ редактировать ]

В крупных электроэнергетических системах контроль надзора и сбора данных (SCADA) используется для таких задач, как переключение генераторов, управление выводом генератора и переключение элементов системы или выхода для технического обслуживания. Первые внедренные системы управления надзором состояли из панели ламп и переключателей на центральной консоли вблизи контролируемой установки. Лампы предоставили обратную связь о состоянии завода (функция сбора данных), а переключатели допустили корректировку на установку завода (функция контроля надзора). Сегодня системы SCADA гораздо более сложны, и, благодаря достижениям в системах связи, консоли, управляющим завод, больше не должны быть рядом с самим заводом. Вместо этого, теперь обычно управлять растениями с аналогичным (если не идентично) на настольный компьютер. Способность контролировать такие растения с помощью компьютеров увеличила потребность в безопасности-уже были сообщения о кибератаках в таких системах, что приводит к значительным сбоям в энергетических системах. [ 41 ]

Силовые системы на практике

[ редактировать ]

Несмотря на их общие компоненты, энергетические системы сильно различаются как в отношении их дизайна, так и в том, как они работают. В этом разделе вводится некоторые общие типы энергосистемы и кратко объясняют их работу.

Жилые энергетические системы

[ редактировать ]

Жилые жилища почти всегда получают запасы из линий распределения низкого напряжения или кабелей, которые проходят мимо жилища. Они работают при напряжении от 110 до 260 вольт (фаза к приземлению) в зависимости от национальных стандартов. Несколько десятилетий назад небольшие жилища были кормить одну фазу с использованием специального двухъядерного сервисного кабеля (одно ядро ​​для активной фазы и одно ядро ​​для нейтрального возврата). Затем активная линия будет проходить через основной изолирующий выключатель в коробке предохранителей , а затем разделена на одну или несколько цепей для подачи освещения и приборов внутри дома. По соглашению, схемы освещения и прибора хранятся отдельными, поэтому отказ прибора не оставляет жильцов в темноте. Все схемы будут объединены с соответствующим предохранителем на основе размер провода, используемого для этой цепи. Схемы будут иметь как активный, так и нейтральный провод, как с подключенными к освещению, так и с мощными розетками подключены параллельно. Глевы также будут снабжены защитной землей. Это будет доступно для приборов для подключения к любым металлическим корпусам. Если бы этот корпус стал жить, теория заключается в том, что связь с Землей приведет к переходу RCD или предохранителя, чтобы предотвратить будущее электрическую точку зрения, занимающегося прибором. Системы заземления варьируются между регионами, но в таких странах, как Соединенное Королевство и Австралия как защитная земля, так и нейтральная линия будут заземлены рядом с ящиком предохранителей перед основным изолирующим выключателем, а нейтральный заземление снова обратно в распределительный трансформатор. [ 42 ]

За эти годы произошел ряд незначительных изменений в практике проводки проводки. Некоторые из наиболее значимых способов, которыми современные жилые энергетические системы в развитых странах, как правило, варьируются от более старых, включают:

  • Для удобства миниатюрные автоматические выключатели теперь почти всегда используются в блоке предохранителей вместо предохранителей, так как их можно легко сбросить с помощью пассажиров и, если из термомагнитного типа, могут быстрее реагировать на некоторые виды неисправности.
  • По соображениям безопасности Смочды в настоящее время часто устанавливаются на схемах прибора и все чаще даже на осветительных цепях.
  • Принимая во внимание, что жилые кондиционеры прошлого могли быть поданы из выделенной цепи, прикрепленной к одной фазе, более крупные централизованные кондиционеры, которые требуют трехфазной мощности, теперь становятся обычными в некоторых странах.
  • Защитные Земли теперь управляются с помощью освещения, позволяющих заземлять металлические лампы.
  • Все чаще жилые энергетические системы включают микрогенераторы , в частности, фотоэлектрические клетки.

Коммерческие энергетические системы

[ редактировать ]

Коммерческие энергетические системы, такие как торговые центры или высотные здания, больше в масштабе, чем жилые системы. Электрические конструкции для более крупных коммерческих систем обычно изучаются для потока нагрузки, уровней разломов короткого замыкания и падения напряжения. Цели исследований состоит в том, чтобы обеспечить надлежащее оборудование и размер проводника, а также координировать защитные устройства, так что минимальные нарушения вызваны при очистке разлома. Большие коммерческие установки будут иметь упорядоченную систему подпанели, отделенную от основной распределительной платы, чтобы обеспечить лучшую защиту системы и более эффективную электрическую установку.

Как правило, одной из крупнейших приборов, подключенных к коммерческой системе электроэнергии в горячем климате, является блок HVAC, и обеспечение адекватного снабжения этого блока является важным фактором в коммерческих энергетических системах. Правила для коммерческих учреждений помещают другие требования к коммерческим системам, которые не размещаются в жилых системах. Например, в Австралии коммерческие системы должны соответствовать AS 2293, стандарт для аварийного освещения, который требует, чтобы аварийное освещение поддерживалось не менее 90 минут в случае потери сетевого поста. [ 43 ] В Соединенных Штатах Национальный электрический кодекс требует, чтобы коммерческие системы были построены, по крайней мере, с одним 20 выходом для вывески для освещения наружных вывесок. [ 44 ] Правила строительного кодекса могут предъявлять особые требования к электрической системе для аварийного освещения, эвакуации, аварийной мощности, контроля дыма и противопожарной защиты.

Управление энергосистемой

[ редактировать ]

Управление энергосистемой варьируется в зависимости от энергосистемы. Жилые энергосистемы и даже автомобильные электрические системы часто работают. В авиации энергосистема использует избыточность , чтобы обеспечить доступность. На Boeing 747-400 любой из четырех двигателей может обеспечить питание, а выключатели с цепи проверяются как часть питания (выключатель с отключенным цепью, указывающий ошибку). [ 45 ] Большие энергосистемы требуют активного управления. На промышленных предприятиях или на площадках добычи, одна команда может нести ответственность за управление неисправностями, увеличение и техническое обслуживание. Где для электрической сети управление разделено между несколькими специализированными командами.

Управление неисправностью

[ редактировать ]

Управление неисправностью включает в себя мониторинг поведения энергетической системы, чтобы выявить и исправить проблемы, которые влияют на надежность системы. [ 46 ] Управление неисправностями может быть конкретным и реактивным: например, отправка команды для отдыха дирижера, который был сбит во время шторма. Или, в качестве альтернативы, может сосредоточиться на системных улучшениях: например, установка Reclosers на участки системы, которые подвержены частым временным нарушениям (как это может быть вызвано растительностью, молнией или дикой природой). [ 47 ]

Техническое обслуживание и увеличение

[ редактировать ]

В дополнение к управлению неисправностями, энергосистемы могут потребовать технического обслуживания или увеличения. Как часто бывает ни экономично, ни практично, чтобы большая часть системы была в автономном режиме во время этой работы, энергосистемы строятся со многими переключателями. Эти переключатели позволяют отдельной части системы быть изолированной, в то время как остальная часть системы остается в прямом эфире. При высоких напряжениях есть два переключателя примечания: изоляторы и автоматические выключатели . Выключатели цепей-это переключатели, в которых рабочие изоляторы под нагрузкой приводят к неприемлемым и опасным аргументированию . В типичном запланированном отключении несколько автоматических выключателей споткнулись, чтобы позволить изоляторам переключаться до того, как выключатели схемы снова будут закрыты, чтобы перенаправлять мощность вокруг изолированной области. Это позволяет выполнять работу на изолированной области. [ 48 ]

Частота и управление напряжением

[ редактировать ]

Помимо управления неисправностями и технического обслуживания. Одним из основных трудностей в энергетических системах является то, что активная потребляемая мощность плюс потери должны равны производимой активной мощности. Если нагрузка уменьшается, в то время как входы генерации остаются постоянными, синхронные генераторы будут вращаться быстрее, а частота системы будет расти. Обратное происходит, если нагрузка увеличивается. Таким образом, частота системы должна активно управляться в первую очередь путем переключения и выключения отправных нагрузок и генерации . Убедиться, что частота является постоянной, как правило, является задачей оператора системы . [ 49 ] Даже при поддерживающей частоте оператор системы может быть занят, обеспечивая:

  1. Оборудование или клиенты в системе поставляются с необходимым напряжением
  2. Реактивная передача мощности сведена к минимуму (что приводит к более эффективной работе)
  3. Команды отправляются, и система переключается на смягчение любых недостатков
  4. Предпринимается удаленное переключение, чтобы обеспечить работу системы [ 50 ]

Примечания

[ редактировать ]
  1. ^ Просто упоминается в литературе как Р. Кеннеди [ 7 ]

Смотрите также

[ редактировать ]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ «Годалмирующая электростанция» . Инженерные сроки . Получено 3 мая 2009 года .
  2. ^ Уильямс, Жасмин (30 ноября 2007 г.). «Эдисон зажигает город» . New York Post . Получено 31 марта 2008 года .
  3. ^ Грант, Кейси. «Рождение NFPA» . Национальная ассоциация пожарной защиты. Архивировано из оригинала 28 декабря 2007 года . Получено 31 марта 2008 года .
  4. ^ «Bulk Electricity Grid Beginnings» (PDF) (пресс -релиз). Нью -Йоркский независимый оператор системы. Архивировано из оригинала (PDF) 26 февраля 2009 года . Получено 25 мая 2008 года .
  5. ^ Гуарниери, М. (2013). "Кто изобрел трансформатор?". IEEE Industrial Electronics Magazine . 7 (4): 56–59. doi : 10.1109/mie.2013.2283834 . S2CID   27936000 .
  6. ^ Кац, Евгений (8 апреля 2007 г.). "ЛЮДИЕН ГОЛЯРД" . Архивировано из оригинала 22 апреля 2008 года . Получено 25 мая 2008 года .
  7. ^ Jump up to: а беременный Гуарниери, М. (2013). «Начало передачи электрической энергии: часть первая». IEEE Industrial Electronics Magazine . 7 (1): 57–60. doi : 10.1109/mie.2012.2236484 . S2CID   45909123 .
  8. ^ П. Асталос (25 июня 1985 г.). «Столетие трансформатора» .
  9. ^ Jump up to: а беременный в Гуарниери, М. (2013). «Начало передачи электрической энергии: часть вторая». IEEE Industrial Electronics Magazine . 7 (2): 52–59. doi : 10.1109/mie.2013.2256297 . S2CID   42790906 .
  10. ^ Блалок, Томас (2 октября 2004 г.). «Электрификация чередующегося тока, 1886» . IEEE. Архивировано из оригинала 5 января 2008 года . Получено 25 мая 2008 года .
  11. ^ М.Велан, Стив Роквелл и Томас Блалок. «Великий Баррингтон 1886» . Эдисон технический центр. Полем
  12. ^ Carlson, W. Bernard (2013). Тесла: изобретатель Электрика Эпоха, издательство Принстонского университета, с. 115,159,166-167
  13. ^ Клостер, Джон У. (6 апреля 2018 г.). Иконы изобретения: создатели современного мира от Гутенберга до ворот . ABC-Clio. ISBN  978-0-313-34743-6 Полем Получено 6 апреля 2018 года - через Google Books.
  14. ^ Skrabec, Квентин Р. младший (4 мая 2012 г.). 100 самых значительных событий в американском бизнесе: энциклопедия . ABC-Clio. ISBN  978-0-313-39863-6 Полем Получено 6 апреля 2018 года - через Google Books.
  15. ^ Форан, Джек. «В тот день, когда они включили падения» . Архивировано из оригинала 11 мая 2008 года . Получено 25 мая 2008 года .
  16. ^ Центр, Copyright 2015 Edison Tech. «Лауфен во Франкфурт 1891» . www.edisontechcenter.org . Получено 6 апреля 2018 года . {{cite web}}: CS1 Maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  17. ^ Jump up to: а беременный в Гуарниери, М. (2013). «Чередующая эволюция передачи мощности постоянного тока». IEEE Industrial Electronics Magazine . 7 (3): 60–630. doi : 10.1109/mie.2013.2272238 . S2CID   23610440 .
  18. ^ «Новая, но недолговечная система распределения энергии» . IEEE. 1 мая 2005 года. Архивировано из оригинала 25 июня 2007 года . Получено 25 мая 2008 года .
  19. ^ Guanlieri, Massimo (2018). «Утверждающая электроника» . IEEE Industrial Electronics Magazine . 12 : 36–40. doi : 10.1109/mie.2018.2791062 . HDL : 11577/3271203 . S2CID   4079824 .
  20. ^ Джин Вольф (1 декабря 2000 г.). «Электричество на протяжении веков» . Мир передачи и распространения .
  21. ^ Jump up to: а беременный Все о схемах [онлайн -учебник], Тони Р. Купхальдт и др., Последний раз 17 мая 2009 года.
  22. ^ Роберто Рудервалл; JP Charpentier; Рагхувеер Шарма (7–8 марта 2000 г.). «Высокое напряжение постоянного тока (HVDC) Системы передачи технологии обзорная бумага» (PDF) . Абб . Архивировано из оригинала (PDF) 7 июля 2011 года. (Также здесь архивировали 3 марта 2016 года на машине Wayback )
  23. ^ Нед Мохан; TM Undland; Уильям П. Роббинс (2003). Силовая электроника: преобразователи, приложения и дизайн . Соединенные Штаты Америки: John Wiley & Sons, Inc. ISBN  0-471-22693-9 .
  24. ^ Чепмен, Стивен (2002). Электрические механизмы и основные основы системы . Бостон: МакГроу-Хилл. с. Глава 4. ISBN  0-07-229135-4 .
  25. ^ Чепмен, Стивен (2002). Электрические механизмы и основные основы системы . Бостон: МакГроу-Хилл. с. Главы 6 и 7. ISBN  0-07-229135-4 .
  26. ^ Электричество по всему миру , Конрад Х. МакГрегор, апрель 2010 года.
  27. ^ Что такое усилители, ватты, вольт и ом? , Howstuffworks.com, 31 октября 2000 года. Последний доступ: 27 июня 2010 года.
  28. ^ Чепмен, Стивен (2002). Электрические механизмы и основные основы системы . Бостон: МакГроу-Хилл. с. Глава 11. ISBN  0-07-229135-4 .
  29. ^ Краткие учебные пособия по качеству электроэнергии для инженеров Архивировали 14 января 2007 года на машине Wayback , PSL, по состоянию на 21 августа 2010 года.
  30. ^ Marshall Brain, « Как работают силовые сетки », Howstuffworks.com, 1 апреля 2000 года.
  31. ^ Практические применения электрических проводников , Стефан Фассбиндер, Deutsches Kupferinstitut, январь 2010 года.
  32. ^ Серия обучения военно -морской инженерии (Рисунок 1.6), ВМС США (переиздано Tpub.com), 2007.
  33. ^ Проводник Ampacity , All About Circuits, Tony R. Stepels et al., 2000.
  34. ^ Григсби, Леонард (2007). Электроэнергетическая выработка, трансмиссия и распределение . CRC Press 2007. С. Глава 14. ISBN  978-0-8493-9292-4 .
  35. ^ BM Weedy, Electric Power Systems Второе издание, Джон Уайли и сыновья, Лондон, 1972, 1972 ISBN   0-471-92445-8 Page 149
  36. ^ Переключение характеристик тиристоров во время поворота архивирования 7 июля 2012 года в Archive.Today , [Electricalandelectronics.org] , 9 апреля 2009 г.
  37. ^ «Производитель кондиционера выбирает модули Smart Power» . Power Electronics Technology . 31 августа 2005 г. Получено 30 марта 2016 года .
  38. ^ Calverley, HB; Джарвис, eak; Уильямс, Э. (1957). «Электрическое оборудование для локомотивов выпрямителя». Материалы IEE - Часть A: Силовая инженерия . 104 (17): 341. doi : 10.1049/pi-a.1957.0093 .
  39. ^ http://ocw.kfupm.edu.sa/user/ee46603/circuit%20breakers.pdf Архивировано 23 ноября 2009 года на машине Wayback [ только URL PDF ]
  40. ^ Как работает RCD? Архивировано 15 февраля 2010 года в The Wayback Machine , Powerbreaker, доступ к 14 марта-10.
  41. ^ Отчет: взломать силовую сетку Украины , Ким Зеттер, Wired, 3 марта 2016 года.
  42. ^ «Мужская система заземления» (PDF) . Информационный бюллетень электриков (1). Управление энергетики (WA 2 ) . : Получено 30 декабря 2010 года .
  43. ^ «Аварийное освещение важная услуга» .
  44. ^ «Коммерческие нагрузки - часть 2» . ecmweb.com . 25 марта 2010 г. Архивировано с оригинала 14 августа 2020 года . Получено 6 апреля 2018 года .
  45. ^ AviationKnowledge (2016). Boeing B747-400F CBT #31 Электрическая система - Обзор и мощность переменного тока .
  46. ^ Lutfiyya, HL; Бауэр, Массачусетс; Marshall, AD (2000). «Управление неисправностью в распределенных системах: подход, основанный на политике». Журнал управления сетью и систем . 8 (4): 499–525. doi : 10.1023/a: 1026482400326 . S2CID   41004116 .
  47. ^ Управление неисправностями в системах электрического распределения (PDF) . Окончательный отчет Кэтлевой рабочей группы WG03 Management (отчет). 1998. S2CID   44290460 . Архивировано из оригинала (PDF) 27 февраля 2020 года.
  48. ^ Gaurav J (2018). Разница между автоматическим выключателем и изолятором . Архивировано из оригинала 12 декабря 2021 года.
  49. ^ S. Stoft. Экономика энергетики. IEEE Press, 2002.
  50. ^ Требования к энергосистеме (справочная статья) (PDF) (отчет). Аэмо. 2020.
[ редактировать ]
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Electric_power_system&oldid=1237707249"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 2d3c0386d914051eeed0fdb92fbf1dc7__1722385860
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/2d/c7/2d3c0386d914051eeed0fdb92fbf1dc7.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Electric power system - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)