Viele Menschen sind überrascht zu erfahren, dass Strom von Natur aus nicht gespeichert werden kann – zumindest nicht wirtschaftlich in nennenswerten Mengen (über das hinaus, was Sie in einer Batterie finden).
Das bedeutet, dass Strom in dem Moment erzeugt und bereitgestellt werden muss, in dem er benötigt wird. Das Übertragungssystem, das Sie mit einer erstaunlichen Geschwindigkeit von 186.000 Meilen pro Stunde (fast Lichtgeschwindigkeit) mit Strom versorgt, macht dies möglich.
Wie in Understanding Transmission dargestellt, umfasst das elektrische System Erzeugung, Übertragung und Verteilung. Der Bedarf an Massenübertragung entstand, als die Nachfrage nach Strom wuchs und kleine Kraftwerke, die nur ihre lokale Umgebung bedienen konnten, unzureichend wurden. Neuere, größere Kraftwerke gingen ans Netz, waren aber weit von ihren Lastzentren entfernt. Übertragungsleitungen waren die einzige Möglichkeit, den Strom dorthin zu bringen, wo er benötigt wurde.
Die Verbindung von Fernerzeugungsanlagen mit Kunden war ebenfalls mit einem kleinen Problem verbunden. Strom muss über Kabel übertragen werden. Drähte erzeugen Widerstand gegen den Energiefluss und dieser Widerstand erzeugt kleine Verluste bei der übertragenen Energiemenge. Keine große Sache für sehr kurze Strecken; aber je länger der Draht, desto größer der Widerstand und desto größer die Verluste.
Die Lösung des Widerstandsproblems besteht darin, die Spannung (oder den „Druck“) zu erhöhen, mit der Strom durch die Drähte gedrückt wird. Je höher die Spannung, desto besser kann das System Widerstände überwinden und Verluste minimieren. So sorgen heute Hochspannungsleitungen von 230, 500 oder 765 Kilovolt dafür, dass Strom schnell und mit minimalem Energieverlust geliefert wird.
Warum Türme?
Während Elektrizität manchmal unterirdisch übertragen werden kann, beinhalten „Bulk“ -Übertragungssysteme oft die Verwendung von Oberleitungen. Eine häufig gestellte Frage zu Oberleitungen, insbesondere während des Planungsprozesses, ist, warum so große Stahltürme benötigt werden. Die beiden wichtigsten Antworten sind Sicherheit und Zuverlässigkeit.
Aufgrund der verwendeten hohen Spannungen stellen lokale, staatliche und bundesstaatliche Vorschriften bestimmte Anforderungen an den Bau der Übertragungsleitungen, vor allem im Interesse der Sicherheit. Eine dieser Schlüsselanforderungen besteht darin, wie hoch die Drähte an ihrem tiefsten Punkt vom Boden entfernt sein müssen (bekannt als „Abstand“). Die Freigabeanforderungen können stark variieren, aber ein Bereich von 60-150 Fuß ist üblich.
Mit den Höhenanforderungen kommt ein ergänzendes Bedürfnis nach Stabilität. Übertragungsleitungen und -türme müssen einer Reihe von Umwelteinflüssen standhalten, von starken Winden bis hin zu eisigen Temperaturen, bei denen Eis- und Schneeablagerungen sonst zum Einsturz einer Leitung oder eines Turms führen könnten. Infolgedessen werden Hochspannungstürme normalerweise so gebaut, dass sie sogenannten 50- oder 100-jährigen Stürmen standhalten, um sicherzustellen, dass die Wetterbedingungen den Stromfluss nicht unterbrechen.
Innerhalb der Drähte
Die Stromversorgung erfolgt über Wechselstrom oder Gleichstrom durch die Drähte. Beide haben ihre Vorteile; „dreiphasiger Wechselstrom“ ist jedoch die weltweit am häufigsten verwendete Methode.
Bei der Wechselstromübertragung kehrt die Bewegung der elektrischen Ladung periodisch die Richtung um. In einem dreiphasigen Wechselstromsystem führen die Drähte drei Wechselströme, die zu unterschiedlichen Zeiten ihre Spitzenwerte erreichen.
Dreiphasensysteme können auch als Ein- oder Zweikreissysteme klassifiziert werden. Doppelschaltung bedeutet, dass die Übertragungsstruktur zwei Sätze von Übertragungsleitungen mit jeweils drei Leitern (Drähten) trägt.
In Gleichstromsystemen fließt die elektrische Ladung nur in eine Richtung. Das System arbeitet mit einer konstanten maximalen Spannung, wodurch vorhandene Übertragungsleitungskorridore mit gleich großen Leitern 100% mehr Strom in einen Bereich mit höherem Verbrauch als Wechselstrom leiten können.
Dreiphasige Wechselstromsysteme gelten im Allgemeinen als kostengünstiger als Gleichstromsysteme für kürzere Entfernungen (weniger als 400 Meilen). AC bietet auch einige Vorteile in Bezug auf das Auf- und Absteigen (siehe unten), die es zu einer besseren Alternative machen können, wenn es mehrere Zwischenverbindungen in der Leitung gibt, um Gemeinden entlang seiner Route zu bedienen.
Für längere Strecken und sogar für kürzere Strecken, bei denen keine Zwischenabgriffe vorhanden sind, haben Gleichstromsysteme neben ihrer Fähigkeit, wesentlich mehr Leistung zu liefern, zwei Vorteile. Erstens sind sie kostengünstiger zu bauen, da sie nicht so viele Drähte benötigen wie bei Dreiphasensystemen. Zweitens sind sie effizienter, um elektrische Verluste aufgrund von Widerständen in den Leitungen zu verhindern. Drittens bieten DC-Systeme auch Vorteile in Bezug auf die Zuverlässigkeit. Laständerungen, die dazu führen könnten, dass einige Teile eines Wechselstromnetzes unsynchronisiert werden und zu kaskadierenden Ausfällen im Netz führen, hätten beispielsweise nicht die gleiche Wirkung auf ein Gleichstromsystem. Darüber hinaus könnte in einem solchen Szenario der Zwischenkreis zur Stabilisierung des Wechselstromnetzes verwendet werden.
Gleichstromsysteme haben auch ihre Nachteile, insbesondere in Bezug auf die Kosten und die Ausrüstung, die mit dem Erhöhen und Verringern der Spannung verbunden ist, aber angesichts der Vorteile von Gleichstrom als Ganzes erwägen viele Stromnetzbetreiber den breiteren Einsatz von Gleichstromsystemen.
Aufwärts- und Abwärtsbewegung
Während der Strom, der durch die Hochspannungsleitungen fließt, die Kraft von 230, 500 oder 765 Kilovolt haben kann, beginnt der Fluss nicht an der Erzeugungsquelle. noch ist es, wie es endet, wenn der Strom zu Ihnen nach Hause kommt. In der Tat wäre es an beiden Enden nicht sicher, wenn das der Fall wäre.
Innerhalb des Übertragungssystems spielen Umspannwerke und Transformatoren eine Schlüsselrolle, indem sie die Spannung vom Generator auf die Hauptübertragungsleitungen erhöhen und von den Übertragungsleitungen auf die lokalen Leitungen absenken, die den Strom an Ihr Haus verteilen.
Während die Energie erzeugt wird, verlässt sie die Kraftwerksquelle mit etwa 20 Kilovolt. Transformatoren erhöhen dann die Spannung auf das für die Übertragung geeignete Niveau – ähnlich wie eine Pumpe verwendet würde, um den Wasserdruck in einem Rohr zu erhöhen.
Wenn der Strom ein Lastzentrum erreicht, liefert der lokale Versorger ihn an Nachbarschaften und Unternehmen, indem er die Spannung durch Umspannwerke heruntersetzt und entlang eines Netzes von Speiseleitungen (oder Verteilungsleitungen) sendet. Die Spannungen für Primärverteilungsleitungen liegen zwischen 2,4 und 34,5 Kilovolt. Die Spannung wird dann über Verteiltransformatoren wieder auf Wohnniveaus von 120 und 240 Volt abgesenkt.