sokan meglepődnek, amikor megtudják, hogy a villamos energia természeténél fogva nem tárolható – legalábbis gazdaságosan nem érzékelhető mennyiségben (azon túl, amit az akkumulátorban talál).
ez azt jelenti, hogy a villamos energiát abban a pillanatban kell előállítani és biztosítani, amikor szükséges. Az átviteli rendszer, amely 186 000 mérföld / óra (szinte a fénysebesség) elképesztő sebességgel szállít villamos energiát, teszi ezt lehetővé.
amint azt a megértés átvitel, az elektromos rendszer magában foglalja a termelés, átvitel és elosztás. Az ömlesztett átvitel iránti igény a villamos energia iránti kereslet növekedésével jött létre, és a kis erőművek, amelyek csak a helyi területüket tudták kiszolgálni, elégtelenné váltak. Újabb, nagyobb erőművek működtek, de messze voltak a terhelési központjaiktól. A távvezetékek voltak az egyetlen módja annak, hogy az energiát oda juttassák, ahol szükség volt rá.
a távoli termelő üzemek összekapcsolása az ügyfelekkel szintén kis problémával járt. A villamos energiát vezetékeken keresztül kell továbbítani. A vezetékek ellenállnak az energia áramlásának, és ez az ellenállás kis veszteségeket okoz az átvitt energia mennyiségén. Nem nagy ügy nagyon rövid távolságokra; de minél hosszabb a huzal, annál nagyobb az ellenállás és annál nagyobb a veszteség.
az ellenállási probléma megoldása annak a feszültségnek (vagy “nyomásnak”) a növelése, amelynél az áramot a vezetékeken keresztül tolják. Minél nagyobb a feszültség, annál jobb a rendszer képes leküzdeni az ellenállást és minimalizálni a veszteségeket. Így ma, amikor az energia több száz vagy ezer mérföldre halad a keletkezésétől, a 230, 500 vagy 765 kilovoltos nagyfeszültségű vezetékek biztosítják az áram gyors és minimális energiaveszteséggel történő szállítását.
Miért Tornyok?
míg a villamos energia néha föld alatt továbbítható, az “ömlesztett” átviteli rendszerek gyakran felsővezetékek használatával járnak. A felső vezetékekkel kapcsolatos gyakori kérdés, különösen a tervezési folyamat során, miért van szükség ilyen nagy acéltornyokra. A két fő válasz a biztonság és a megbízhatóság.
az alkalmazott magas feszültségek miatt a helyi, állami és szövetségi előírások bizonyos követelményeket támasztanak a távvezetékek építésével kapcsolatban, elsősorban a biztonság érdekében. Ezen kulcsfontosságú követelmények egyike magában foglalja, hogy a vezetékek milyen magasan legyenek a talajtól a legalacsonyabb pontjukon (úgynevezett “távolság”). A hézagkövetelmények nagymértékben változhatnak, de a 60-150 láb tartomány gyakori.
a magassági követelmények kiegészítő stabilitást igényelnek. A távvezetékeknek és tornyoknak számos környezeti csapásnak kell ellenállniuk, az erős széltől a fagyos hőmérsékletig, ahol a jég és a hó lerakódása egyébként egy vezeték vagy torony összeomlását okozhatja. Ennek eredményeként a nagyfeszültségű tornyokat általában úgy építik, hogy ellenálljanak az úgynevezett 50 vagy 100 éves viharoknak, hogy az időjárási viszonyok ne szakítsák meg az elektromos szolgáltatás áramlását.
a vezetékek belsejében
a tápellátást a vezetékeken váltakozó áram vagy egyenáram útján továbbítják. Mindkettőnek megvannak az előnyei; a “háromfázisú váltakozó áram” azonban a leggyakoribb módszer az egész világon.
váltakozó áramú (AC) átvitel esetén az elektromos töltés mozgása periodikusan megfordítja az irányt. Háromfázisú váltakozó áramú rendszerben a vezetékek három váltakozó áramot hordoznak, amelyek csúcsértéküket különböző időpontokban érik el.
a háromfázisú rendszerek egy-vagy kettős áramkörű rendszerekként is osztályozhatók. A kettős áramkör azt jelenti, hogy az átviteli szerkezet két távvezetékkészletet hordoz, mindegyik három vezetővel (vezetékkel) rendelkezik.
egyenáramú (DC) rendszerekben az elektromos töltés áramlása csak egy irányban van. A rendszer állandó maximális feszültséggel működik, amely lehetővé teszi a meglévő távvezeték folyosók azonos méretű vezetőkkel 100% – kal több energiát szállíthatnak egy nagyobb fogyasztású területre, mint az AC.
a háromfázisú váltakozó áramú rendszereket általában kevésbé költségesnek tekintik, mint az egyenáramú rendszereket rövidebb távolságokra (kevesebb, mint 400 mérföld). Az AC bizonyos előnyöket is kínál a fel-és visszalépés szempontjából (lásd alább), amelyek jobb alternatívát jelenthetnek, ha a vonalon több köztes kapcsolat van az útvonal mentén lévő közösségek kiszolgálására.
hosszabb távolságok esetén, sőt rövidebb távolságok esetén is, ahol nincsenek köztes csapok, az egyenáramú rendszereknek két előnye van azon kívül, hogy lényegesen több energiát képesek leadni. Először is, ezek kevésbé költséges építeni, mert nem kell annyi vezetékek, mint a háromfázisú rendszerek. Másodszor, hatékonyabbak a vezetékek ellenállása miatti elektromos veszteségek megelőzése szempontjából. Harmadszor, az egyenáramú rendszerek a megbízhatósággal kapcsolatos előnyöket is kínálnak. A terhelés olyan változásai, amelyek a váltakozó áramú hálózat egyes részeit szinkronizálatlanná tehetik, és lépcsőzetes hibákhoz vezethetnek a hálózatban, például nem gyakorolnák ugyanazt a hatást az egyenáramú rendszerre. Sőt, ilyen esetben az egyenáramú kapcsolat felhasználható az AC hálózat stabilizálására.
az egyenáramú rendszereknek is vannak hátrányai, különösen a költségek és a feszültség növelésével és csökkentésével kapcsolatos berendezések tekintetében, de tekintettel az egyenáram egészének előnyeire, sok energiarendszer-Üzemeltető fontolóra veszi az egyenáramú rendszerek szélesebb körű használatát.
lépés felfelé és lefelé
míg a nagyfeszültségű vezetékeken áthaladó villamos energia mögött 230, 500 vagy 765 kilovolt erő lehet, az áramlás nem így kezdődik a termelési forrásnál; nem így végződik, amikor az áram eljut a házába. Valójában, egyik végén sem lenne biztonságos, ha ez lenne a helyzet.
az átviteli rendszeren belül az alállomások és a transzformátorok kulcsszerepet játszanak azáltal, hogy növelik a feszültséget a generátorról az ömlesztett távvezetékekre, és csökkentik a távvezetékekről a helyi vezetékekre, amelyek elosztják az otthoni energiát.
az energia előállítása során az erőmű forrása körülbelül 20 kilovolt. A transzformátorok ezután növelik a feszültséget az átvitelhez megfelelő szintre – hasonlóan egy szivattyúhoz, amelyet a cső víznyomásának növelésére használnak.
amint a villamos energia eléri a terhelési központot, a helyi közüzemi szolgáltató az alállomásokon keresztül csökkenti a feszültséget, és az adagoló (vagy elosztó) vezetékek hálózatán keresztül továbbítja. Az elsődleges elosztóvezetékek feszültsége 2,4-34,5 kilovolt között működik. A feszültség ezután ismét csökkent az elosztó transzformátorokon keresztül a 120 és 240 voltos lakossági szintre.