מערכת האנרגיה של המדינה - תיאור קצר, מאפייני עבודה במצבים שונים

מערכת האנרגיה בארץ היא שילוב של מספר אלמנטים - תחנות כוח, תחנות חלוקה מדרגות ומטה, רשתות חשמל וחום.

תחנות כוח מייצרות אנרגיה חשמלית ותרמית (עבור CHP). אנרגיה חשמלית, שנוצר על ידי תחנות כוח, מוגדל לערך המתח הנדרש בתחנות משנה מאיץ ומוזן לרשת, בפרט לרשתות החשמל הראשיות, שם הוא מופץ בהמשך בהתאם לכמות האנרגיה הנצרכת על ידי אזור מסוים, מיזם בתוך מערכת החשמל של מדינה או אזור נפרד.

אם מדברים על מערכת האנרגיה של המדינה, רשתות עמוד השדרה מסבכות את כל שטחה. רשתות טראנק כוללות קווים של 220, 330, 750 קילו-וולט, דרכם זורמות זרימות כוח גדולות - מכמה מאות מגוואט ועד עשרות ג'יגה-וואט.

השלב הבא הוא הטרנספורמציה של רשתות תא מטען במתח גבוה עבור תחנות משנה אזוריות, צמתים, תחנות משנה של ארגונים גדולים עם מתח של 110 קילו וולט. הספק זורם בטווח של עשרות מגוואט זורם דרך רשתות 110 קילוואט.

בתחנות משנה של 110 קילו וולט מחולק חשמל לתחנות משתמש קטנות יותר באזורים מיושבים ובמפעלים שונים עם מתחים של 6, 10, 35 קילו וולט. בנוסף, מתח החשמל מופחת לערכים הנדרשים על ידי המשתמש. אם מדובר בהתנחלויות ובמפעלים קטנים, אז המתח יורד ל-380/220 V. יש גם ציוד של מפעלים תעשייתיים גדולים המופעל ישירות על ידי מתח גבוה 6 קילו וולט.

CHP (CHP) בנוסף לאנרגיה החשמלית, הם מייצרים חום, המשמש לחימום מבנים ומבנים. האנרגיה התרמית שמספקת תחנת הכוח התרמית מופצת לצרכנים באמצעות רשתות חום.

מאפייני מערכת החשמל

כאשר בוחנים את פעולת מערכת החשמל, יש להקדיש תשומת לב מיוחדת לתהליכי העברת הכוח החשמלי. ייצור והעברה של אנרגיה חשמלית הוא תהליך מורכב הקשור זה לזה.

במערכת החשמל החשמלית, ייצור, הולכה וצריכת אנרגיה על ידי הצרכנים מתבצע באופן רציף, בזמן אמת. הצטברות חשמל (צבירה) בהיקפי מערכת החשמל אינה מתקיימת ולכן האיזון בין החשמל המופק והנצרך מנוטר כל הזמן במערכת החשמל.

הייחודיות של מערכות חשמל היא העברה כמעט מיידית של אנרגיה חשמלית ממקורות לצרכנים וחוסר האפשרות לצבור אותה בכמויות משמעותיות. מאפיינים אלה קובעים את סימולטניות תהליך הייצור והצריכה של חשמל.

בייצור וצריכה של אנרגיה חשמלית בזרם חילופין, השוויון בין החשמל המופק והנצרך בכל רגע של זמן מתאים לשוויון של הספק פעיל ותגובתי שנוצר ונצרך.

לכן, בכל רגע של זמן במצב הנייח של מערכת החשמל, תחנות הכוח חייבות לייצר הספק השווה להספק הצרכנים ולכסות את הפסדי האנרגיה ברשת הולכת החשמל, כלומר יש להקפיד על איזון ההספק המופק והנצרך .

הרעיון של איזון כוח תגובתי קשור להשפעה כוח תגובתי, מועבר דרך האלמנטים של רשת החשמל, למצב המתח. שיבוש מאזן הכוח התגובתי מוביל לשינוי ברמת המתח ברשת.

בדרך כלל, מערכות חשמל שחסרות בהספק פעיל גם חסרות בהספק תגובתי. עם זאת, יעיל יותר לא להעביר את ההספק התגובתי החסר ממערכות חשמל שכנות, אלא לייצר אותו בהתקני פיצוי המותקנים במערכת חשמל זו.

אחד המדדים העיקריים לנוכחות האיזון בין האנרגיה החשמלית המיוצרת והנצרכת הוא תדר רשת... התדירות של רשת החשמל ברוסיה, בלארוס, אוקראינה וברוב מדינות אירופה היא 50 הרץ.אם התדר של מערכת החשמל במדינה הוא בטווח של 50 הרץ (סובלנות ± 0.2 הרץ), זה אומר שמאזן האנרגיה נצפה.

במקרה של גירעון בחשמל המופק, בפרט במרכיב הפעיל שלו, נוצר גירעון בהספק, כלומר מופר מאזן האנרגיה. במקרה זה חלה ירידה בתדירות רשת החשמל מתחת לערך המותר. ככל שהגירעון בחשמל במערכת החשמל גדול יותר, כך התדירות נמוכה יותר.

תהליך שבירת מאזן האנרגיה הוא המסוכן ביותר למערכת האנרגיה, ואם לא ייפסק בשלב הראשוני, אזי תתרחש קריסה מוחלטת של מערכת האנרגיה.

על מנת למנוע את קריסת מערכת החשמל בהיעדר חשמל בתחנות החלוקה, נעשה שימוש באוטומציה לשעת חירום - פריקת תדרים אוטומטית (AChR) ואוטומציה של חיסול מצב אסינכרוני (ALAR).

AChR מכבה אוטומטית חלק מסוים מהעומס של הצרכנים, מה שמפחית את הגירעון באנרגיה במערכת החשמל. ALAR היא מערכת אוטומטית מתוחכמת המזהה ומסירה באופן אוטומטי מצבים אסינכרוניים ברשתות חשמל. במקרה של מחסור בחשמל במערכת החשמל, ALAR פועלת יחד עם AFC.

בכל מקטעי מערכת החשמל יתכנו מצבי חירום שונים: פגיעה בציוד שונות בתחנות ובתחנות משנה, פגיעה בכבלים ובקווי חשמל עיליים, שיבוש בפעילות תקינה של מכשירי מיגון ואוטומציה ממסרים וכו'. משתמשים בהתאם להם קטגוריית אמינות הספק.

מאפייני ויסות מתח

המתח במערכת החשמל מוסדר באופן שיבטיח ערכי מתח תקינים בכל האזורים. ויסות המתח של משתמש הקצה נעשה על פי ערכי מתח ממוצעים המתקבלים מתחנות משנה גדולות יותר.

ככלל, התאמה כזו מתבצעת פעם אחת, ואז המתח מותאם בצמתים גדולים - תחנות משנה אזוריות, מכיוון שלא מעשי להתאים כל הזמן את המתח של כל תחנת משנה לצרכן בשל מספרם הגדול.

ויסות המתח בתחנות משנה מתבצע בעזרת מחליפי ברזים מחוץ למעגל ומתגי עומס המובנים בשנאי כוח ושנאים אוטומטיים. ויסות באמצעות מתגים מחוץ למעגל מתבצע כאשר השנאי מנותק מהרשת (מיתוג ללא עירור). התקני מיתוג בעומס לאפשר ויסות של מתח העומס, כלומר ללא צורך לנתק תחילה את השנאי (אוטוטרנספורמר).

ויסות מתח באמצעות מתג עומס של שנאי כוח יכול להתבצע הן באופן אוטומטי והן באופן ידני. כמו כן, בהתאם למצב הטכני של השנאים (אוטו-שנאים), על מנת להאריך את חיי השירות של מתגי העומס, הוא יכול התקבלה החלטה לווסת את המתח באופן בלעדי במצב ידני, עם הסרת עומס ראשונית מהשנאי.במקביל נשמרת יכולת החלפת הברזים של מחליף הברזים בעומס, ובמקרה של צורך בוויסות מתח מהיר ניתן לבצע פעולה זו מבלי להסיר תחילה את העומס מהשנאי.

אובדן כוח ואנרגיה

העברת אנרגיה חשמלית מלווה בהכרח בהפסדי חשמל ואנרגיה בשנאים ובקווים. הפסדים אלו חייבים להיות מכוסים בהגדלה מקבילה של כושר אספקת החשמל, המובילה לגידול בהשקעה ההונית להקמת מערכת החשמל.

בנוסף, הפסדי חשמל ואנרגיה גורמים לתוספת צריכת דלק בתחנות כוח, לעלות החשמל, ובכך להעלות את עלות החשמל. לכן, בתכנון יש צורך לשאוף להפחתת הפסדים אלה בכל האלמנטים של רשת העברת הכוח.

ראה גם: אובדן כוח ואנרגיה במעגלים חשמליים ו צעדים לצמצום הפסדים ברשתות חשמל

פעולה מקבילה של מערכות חשמל

מערכות החשמל של מדינות או חלקים נפרדים של מערכת החשמל בתוך מדינה יכולות להיות מחוברות זו לזו ובסך הכל מהוות מערכת חשמל מקושרת.

אם לשתי מערכות אנרגיה יש את אותם פרמטרים, הן יכולות לעבוד במקביל (סינכרוני). אפשרות הפעלה סינכרונית של שתי מערכות חשמל מאפשרת להגדיל משמעותית את אמינותן, שכן במקרה של חוסר חשמל גדול באחת ממערכות החשמל, ניתן לכסות את הגירעון הזה על ידי מערכת חשמל אחרת.באמצעות חיבור מערכות החשמל של מספר מדינות, ניתן לייצא או לייבא חשמל בין מדינות אלו.

אבל אם לשתי מערכות חשמל יש הבדלים מסוימים בפרמטרים חשמליים, בפרט בתדירות רשת החשמל, אז אם יש צורך לשלב את מערכות החשמל הללו, החיבור הישיר שלהן עם פעולה מקבילה אינו מקובל.

במקרה זה הם יוצאים מהמצב על ידי שימוש בקווי זרם ישר להעברת חשמל בין מערכות חשמל, מה שמאפשר לשלב מערכות חשמל לא מסונכרנות המאופיינות בתדרי רשת שונים.