Напряжения распределения
Большинство распределительных напряжений составляют от 4 до 35 кВ. В этой статье, если не указано иное, напряжения задаются как линейные напряжения; это следует за обычной отраслевой практикой, но иногда это создает путаницу.
Уровни первичного распределения напряжения
Четыре основных класса напряжения - 5, 15, 25 и 35 кВ. Класс напряжения - это термин, применяемый к набору распределенных напряжений и общему для них оборудованию; это не фактическое напряжение системы.
Например, изолятор 15 кВ подходит для применения на любом напряжении класса 15 кВ, включая 12, 47 кВ, 13, 2 кВ и 13, 8 кВ. Кабели, разъемы, изоляторы, втулки, реклоузеры и вырезы имеют номинальный класс напряжения. Только чувствительные к напряжению устройства, такие как разрядники, конденсаторы и трансформаторы, имеют номинальное напряжение, зависящее от фактического напряжения в системе.
Коммунальные службы наиболее широко используют напряжения 15 кВ, как показывают результаты опроса североамериканских коммунальных предприятий на рисунке 1. Наиболее распространенное напряжение 15 кВ составляет 12, 47 кВ, которое имеет линейное напряжение 7, 2 кВ.
Разделительная линия между распределением и субтрансмиссией часто бывает серой. Некоторые линии действуют как схемы передачи и распределения. Цепь 34, 5 кВ может питаться несколькими распределительными подстанциями 12, 5 кВ, но также может работать с некоторой нагрузкой.
Некоторые утилиты будут ссылаться на это как на передачу, другие - на распределение.
Рисунок 1 - Использование различных классов распределения напряжения (n = 107). (Данные Рабочей группы IEEE по защите от распространения, 1995 год)
В последней половине 20-го века произошел переход к системам первичного распределения с более высоким напряжением. Высоковольтные распределительные системы имеют преимущества и недостатки (см. Преимущества и недостатки распределения более высокого напряжения ниже).
Большим преимуществом систем с более высоким напряжением является то, что они несут большую мощность для данного тока.
Более высокое распределение напряжения
преимущества
Падение напряжения - цепь более высокого напряжения имеет меньшее падение напряжения для данного потока мощности.
Емкость - система с более высоким напряжением может нести большую мощность при заданной мощности.
Потери. Для заданного уровня потока мощности система с более высоким напряжением имеет меньше потерь в линии.
Reach - при меньшем падении напряжения и большей емкости цепи более высокого напряжения могут покрывать гораздо более широкую область.
Меньше подстанций. Из-за более длительного доступа к распределительным системам более высокого напряжения требуется меньше подстанций.
Недостатки
Надежность - важный недостаток более высоких напряжений: более длинные схемы означают больше прерываний клиентов.
Безопасность экипажа и приемка - Экипажи не любят работать в распределительных системах с более высоким напряжением.
Стоимость оборудования - от трансформаторов до кабеля до изоляторов более дорогостоящее оборудование стоит дороже.
Приведенная выше информация показывает максимальные уровни мощности, обычно поставляемые различными напряжениями распределения.
Меньше тока означает меньшее падение напряжения, меньшее количество потерь и большую мощность. Для систем с более высоким напряжением требуется меньше регуляторов напряжения и конденсаторов для поддержки напряжения. Утилиты могут использовать более мелкие проводники в системе с более высоким напряжением или нести большую мощность на проводнике того же размера.
Таблица 1 - Питание, поставляемое каждым распределительным напряжением для тока 400 А
| Напряжение системы (кВ) | Общая мощность (MVA) |
| 4, 8 | 3, 3 |
| 12, 47 | 8, 6 |
| 22, 9 | 15, 9 |
| 34, 5 | 23, 9 |
Утилиты могут запускать гораздо более длительные распределительные цепи при более высоком первичном напряжении, что означает меньшее количество распределительных подстанций. Некоторые фундаментальные отношения:
Мощность - для того же тока мощность изменяется линейно с напряжением.
когда I 2 = I 1
Ток. Для той же мощности увеличение напряжения линейно уменьшается.
когда P 2 = P 1
Падение напряжения - для той же мощности, что и потребление энергии, процентное падение напряжения изменяется как отношение напряжений в квадрате. Схема 12, 47 кВ имеет в четыре раза процентное падение напряжения в цепи 24, 94 кВ, несущей одну и ту же нагрузку.
когда P 2 = P 1
Площадь покрытия. При одинаковой плотности нагрузки площадь, покрываемая площади, линейно увеличивается с напряжением: система 24, 94 кВ может охватывать вдвое большую площадь системы 12, 47 кВ; система 34, 5 кВ может в 2, 8 раза превышать площадь системы 12, 47 кВ.
где:
V 1, V 2 = напряжение в цепях 1 и 2
P 1, P 2 = питание по цепям 1 и 2
I 1, I 2 = ток в цепях 1 и 2
V % 1, V % 2 = падение напряжения на единицу длины в процентах по цепям 1 и 2
A 1, A 2 = площадь, охваченная цепями 1 и 2
Эффект квадратизации на падение напряжения является значительным. Это означает, что удвоение напряжения в системе увеличивает нагрузку, которая может быть поставлена на одно и то же расстояние (при равном процентном падении напряжения); или, в два раза больше нагрузки может быть поставлено в два раза больше расстояния; или, одна и та же нагрузка может быть поставлена в четыре раза больше расстояния.
Резистивные потери на линии также ниже в системах с более высоким напряжением, особенно в цепи с ограничением по напряжению. Термически ограниченные системы имеют более равные потери, но даже в этом случае системы с более высоким напряжением имеют меньшие потери.
Линейные экипажи не любят более высокие распределительные системы. В дополнение к широко распространенному мнению о том, что они не так безопасны, перчатки более толстые, а процедуры, как правило, более строгие. Некоторые утилиты не будут перчатки 25- или 35-кВ напряжений и использовать только горячие стержни.
Основным недостатком высоковольтных систем является снижение надежности. Более высокие напряжения означают более длинные линии и больше воздействия молнии, ветра, выкапываний, автомобильных аварий и других причин сбоя. В магистрали протяженностью 34, 5 кВ, 30 миль будет больше перерывов, чем система 12, 5 кВ с 8-мильной магистралью. Для обеспечения такой же надежности, как и система распределения более низкого напряжения, первичный источник более высокого напряжения должен иметь больше переключателей, больше автоматизации, больше обрезки деревьев или других улучшений надежности.
Системы с более высоким напряжением также имеют больше провалов напряжения и кратковременных перерывов. Больше воздействия вызывает более сильные перерывы. Системы с более высоким напряжением имеют больше провалов напряжения, так как дополнительные сбои от подстанции могут снизить напряжение станции (в системе с более высоким напряжением импеданс линии ниже относительно импеданса источника).
Сравнение затрат между схемами затруднено (см. Таблицу 2 для сравнения стоимости одной утилиты). Более высокое напряжение оборудования стоит больше - кабели, изоляторы, трансформаторы, разрядники, вырезы и т. Д. Но цепи более высокого напряжения могут использовать меньшие проводники. Основной экономии в распределении более высокого напряжения меньше подстанций.
Более высокие напряжения также имеют более низкие годовые затраты от потерь.
Таблица 2 - Расходы 34, 5 кВ относительно 12, 5 кВ
| Пункт | Метро | накладные расходы |
| Подразделение без массовых питателей | 1, 25 | 1, 13 |
| Подразделение с питателями | 1, 00 | 0, 85 |
| Массовые питатели | 0, 55 | 0, 55 |
| Торговые площади | 1, 05-1, 25 | 1, 05-1, 25 |
Источник: Джонс, А. И., Смит, Б. Е. и Уорд, DJ, «Соображения для распределения более высокого напряжения», IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 7, вып. 2, pp. 782-8, апрель 1992 года.
Что касается текущего технического обслуживания, то системы с более высоким напряжением требуют меньшего обслуживания подстанций, но системы с более высоким напряжением должны иметь больше обрезки деревьев и проверки для обеспечения надежности. Преобразование в более высокое напряжение - это опция для обеспечения дополнительной емкости в области. Преобразование в более высокие напряжения наиболее выгодно, когда пространство подстанции трудно найти и высокий рост нагрузки.
Если существующее напряжение субтрансмиссии составляет 34, 5 кВ, то использование этого напряжения для распределения является привлекательным; добавочная мощность может быть достигнута путем добавления клиентов к существующим линиям 34, 5 кВ (нейтраль может потребоваться добавить в линию передачи данных 34, 5 кВ).
Системы с более высоким напряжением также более склонны к феррорезонансу. Радиочастота также более распространена при более высоких напряжениях.
В целом, напряжения напряжений 15 кВ обеспечивают хороший баланс между стоимостью, надежностью, безопасностью и охватом. Несмотря на то, что схема 15 кВ не обеспечивает естественного протяжения, регуляторы напряжения и питающие конденсаторы могут растягиваться до 20 миль или более. Тем не менее, более высокие напряжения имеют преимущества, особенно для сельских линий и для районов с большой нагрузкой, особенно в тех случаях, когда пространство подстанции является дорогостоящим.
Многие утилиты имеют несколько напряжений (как показывают данные опроса на рисунке 1). Даже одна схема может иметь несколько напряжений. Например, утилита может установить схему 12, 47 кВ в районе, в настоящее время обслуживаемом на 4.16 кВ. Некоторая часть схемы может быть преобразована в 12, 47 кВ, но большая часть ее может быть оставлена как есть и соединена через банки понижающего трансформатора 12, 47 / 4, 16 кВ.
Ресурс: Электрическое распределительное оборудование и системы от TA Short (Купить книгу на Amazon)