Υψηλές Τάσεις στη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας. Γιατί;

[AlexisPap]

Γενικά μιλώντας, το φορτίο είναι συνεχώς μεταβαλλόμενο και επομένως και η αντίστασή του. Αλλά σε δεδομένη χρονική στιγμή, ας κάνουμε την εξής υπόθεση:

 

Έχουμε δύο υποθετικά δίκτυα μέσης τάσης, ένα 2300V και ένα 4600V, που εξυπηρετούν το ίδιο φορτίο 4600kW. Ας υποθέσουμε καθαρά ωμικό φορτίο, οπότε δεν υπάρχουν φανταστικά ρεύματα και φανταστικές εμπεδήσεις.

Στην γραμμή μέσης τάσης το φορτίο εμφανίζει ρεύμα 20.000Α και αντίσταση 0,0115Ω.

Πρώτη περίπτωση:

O μετασχηματιστής έχει λόγο τυλιγμάτων 1:10. Μεταβάλει την τάση Χ10 και την αντίσταση Χ100. Έτσι στην μέση τάση το φορτίο τροφοδοτείται σωστά με 2300V και εμφανίζει αντίσταση 1,15Ω. Το ρεύμα είναι 2300/1,12 = 2000Α. Η ισχύς είναι 2300*2000 = 4600kW.

Δεύτερη περίπτωση:

Ο μετασχηματιστής έχει λόγο τυλιγμάτων 1:20. Μεταβάλει την τάση Χ20 και την αντίσταση Χ400. Έτσι στην μέση τάση το φορτίο τροφοδοτείται σωστά με 4600V και εμφανίζει αντίσταση 4,6Ω. Το ρεύμα είναι 4600/4,6 = 1000Α. Η ισχύς είναι 4600*1000 = 4600kW.

 

Νά λοιπόν τι εννοώ όταν λέω ότι ο μετασχηματιστής αλλάζει την αντίσταση.

 

Υ.Γ. Τα νούμερα είναι πέρα για πέρα λάθος και επιλέχθηκαν για την ευκολία των πράξεων.

[hmmypm]

Γενικά μιλώντας, το φορτίο είναι συνεχώς μεταβαλλόμενο και επομένως και η αντίστασή του. Αλλά σε δεδομένη χρονική στιγμή, ας κάνουμε την εξής υπόθεση:

 

Έχουμε δύο υποθετικά δίκτυα μέσης τάσης, ένα 2300V και ένα 4600V, που εξυπηρετούν το ίδιο φορτίο 4600kW. Ας υποθέσουμε καθαρά ωμικό φορτίο, οπότε δεν υπάρχουν φανταστικά ρεύματα και φανταστικές εμπεδήσεις.

Στην γραμμή μέσης τάσης το φορτίο εμφανίζει ρεύμα 20.000Α και αντίσταση 0,0115Ω.

Πρώτη περίπτωση:

O μετασχηματιστής έχει λόγο τυλιγμάτων 1:10. Μεταβάλει την τάση Χ10 και την αντίσταση Χ100. Έτσι στην μέση τάση το φορτίο τροφοδοτείται σωστά με 2300V και εμφανίζει αντίσταση 1,15Ω. Το ρεύμα είναι 2300/1,12 = 2000Α. Η ισχύς είναι 2300*2000 = 4600kW.

Δεύτερη περίπτωση:

Ο μετασχηματιστής έχει λόγο τυλιγμάτων 1:20. Μεταβάλει την τάση Χ10 και την αντίσταση Χ400. Έτσι στην μέση τάση το φορτίο τροφοδοτείται σωστά με 4600V και εμφανίζει αντίσταση 4,6Ω. Το ρεύμα είναι 4600/4,6 = 1000Α. Η ισχύς είναι 4600*1000 = 4600kW.

 

Νά λοιπόν τι εννοώ όταν λέω ότι ο μετασχηματιστής αλλάζει την αντίσταση.

 

Υ.Γ. Τα νούμερα είναι πέρα για πέρα λάθος και επιλέχθηκαν για την ευκολία των πράξεων.

 

Εντάξει. Αυτό που λες είναι για τους υπολογισμούς και δεν έχει φυσική έννοια. Δηλαδή η αντίσταση είναι πάντα σταθερή στην περίπτωση σου. Οι αλλαγές αφορούν την μεριά ως προς την οποία ανάγεις την αντίσταση και είναι καθαρά για υπολογισμούς, σαν το ανά μονάδα σύστημα. Δηλαδή σε κάθε περίπτωση η τάση της γεννήτριας είναι σταθερή στα 230 V, η αντίσταση σταθερή (φορτίο και ωμικές απώλειες μετασχηματιστή) και το ρεύμα που βγαίνει από την γεννήτρια επίσης σταθερό.

[kallis99]

1) Στην πρώτη περίπτωση έχουμε P1 = V1 * I1, οπότε έχουμε φορτίο Ζ1= V1/I1. Στη δεύτερη περίπτωση έχουμε P1' = (V1*a) * (I1/a), οπότε έχουμε φορτίο Ζ1' = (V1*a)/(I1/a)=V1/I1 * a^2 που είναι διάφορο του Ζ1. Πως γίνεται αυτό; Εδώ πέρα τι έχω μπερδέψει.

 

Σε αυτήν την περίπτωση, αγνοείς τους μετασχηματιστές.

Προφανώς αν σε ένα συγκεκριμένο παθητικό κύκλωμα αυξάνεις την τάση τροφοδοσίας χωρίς καμία άλλη αλλαγή, θα αυξάνει η απορροφούμενη ισχύς!

Στην περίπτωση όμως του δικτύου, στις αλλαγές επιπέδων τάσης, παρεμβάλλονται μετασχηματιστές, οι οποίοι σε μια πρώτη ανάγνωση απλά αλλάζουν την τάση, αλλά σε δεύτερη ανάγνωση, προσαρμόζουν κατάλληλα τις αντιδράσεις που "φαίνονται" από το πρωτεύων στο δευτερεύων (και αντίστροφα). Με απλές αναγωγές μέσω του λόγου μετασχηματισμού, υπολογίζονται πολύ εύκολα τα μεγέθη σε απλά ισοδύναμα κυκλώματα Μ/Σ

 

Άρα, ανεβαίνοντας ένα επίπεδο τάσης με τη χρήση ΜΣ, η πηγή, συνεχίζει να "βλέπει" την ίδια αντίδραση με πριν, και δίνει την ίδια ισχύ με πριν.

 

 

 

2) Αφού καταλάβω αυτή τη θεωρία εξήγησέ μου αν είναι εύκολο γιατί ισχύει μέχρι ένα όριο. Νομίζω μέχρι 1 ΜV - 1.5 MV. Ας πούμε από αυτά εγώ καταλαβαίνω ότι το ιδανικό θα ήταν να είχαμε μια τάση που τήνει στο άπειρο. Μήπως πρέπει να βρω κανένα άρθρο για ηλεκτρομαγνητικά πεδία πάνω σε αυτό το θέμα;

 

Ευχαριστώ kallis99.

 

Το θέμα είναι καθαρά οικονομικό. Θεωρητικά δεν υπάρχει άνω όριο τάσης που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε. Οικονομικοί παράγοντες όμως, καθορίζουν ως ασύμφορη τη χρήση πάνω από ένα επίπεδο, πχ λόγω του κόστους μόνωσης των αγωγών και εξαρτημάτων, αλλά και διάφορων άλλων προβλημάτων στη στάσιμη και μεταβατική κατάσταση των δικτύων... που δεν θυμάμαι αυτή τη στιγμή

[hmmypm]

Σε αυτήν την περίπτωση, αγνοείς τους μετασχηματιστές.

Προφανώς αν σε ένα συγκεκριμένο παθητικό κύκλωμα αυξάνεις την τάση τροφοδοσίας χωρίς καμία άλλη αλλαγή, θα αυξάνει η απορροφούμενη ισχύς!

Στην περίπτωση όμως του δικτύου, στις αλλαγές επιπέδων τάσης, παρεμβάλλονται μετασχηματιστές, οι οποίοι σε μια πρώτη ανάγνωση απλά αλλάζουν την τάση, αλλά σε δεύτερη ανάγνωση, προσαρμόζουν κατάλληλα τις αντιδράσεις που "φαίνονται" από το πρωτεύων στο δευτερεύων (και αντίστροφα). Με απλές αναγωγές μέσω του λόγου μετασχηματισμού, υπολογίζονται πολύ εύκολα τα μεγέθη σε απλά ισοδύναμα κυκλώματα Μ/Σ

 

Άρα, ανεβαίνοντας ένα επίπεδο τάσης με τη χρήση ΜΣ, η πηγή, συνεχίζει να "βλέπει" την ίδια αντίδραση με πριν, και δίνει την ίδια ισχύ με πριν.

 

 

Ναι. Τελικά έχετε δίκιο και εσύ και ο AlexisPap. Τώρα πλέον είναι ξεκάθαρα τα πράγματα στο μυαλό μου.

 

 

 

Το θέμα είναι καθαρά οικονομικό. Θεωρητικά δεν υπάρχει άνω όριο τάσης που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε. Οικονομικοί παράγοντες όμως, καθορίζουν ως ασύμφορη τη χρήση πάνω από ένα επίπεδο, πχ λόγω του κόστους μόνωσης των αγωγών και εξαρτημάτων, αλλά και διάφορων άλλων προβλημάτων στη στάσιμη και μεταβατική κατάσταση των δικτύων... που δεν θυμάμαι αυτή τη στιγμή

 

Α κατάλαβα. Τελικά είναι οικονομικοί οι λόγοι που για μεγάλες αποστάσεις χρησιμοποιούμαι συνεχές ρεύμα και όχι πάρα πολύ υψηλές τάσεις.

 

Ωραία.

 

Σας ευχαριστώ όλους.

[AlexisPap]

Α κατάλαβα. Τελικά είναι οικονομικοί οι λόγοι που για μεγάλες αποστάσεις χρησιμοποιούμαι συνεχές ρεύμα και όχι πάρα πολύ υψηλές τάσεις.

 

Αυτό ποιος το είπε; Αν μπλέξουμε το συνεχές τα διασυνδεδεμένα και τον συγχρονισμό, καήκαμε!!!

[hmmypm]

Αυτό ποιος το είπε; Αν μπλέξουμε το συνεχές τα διασυνδεδεμένα και τον συγχρονισμό, καήκαμε!!!

 

Καθηγητής. Σε κάτι πολιτείες των ΗΠΑ που η μεταφορά ενέργειας γίνεται σε γιγαντιαίες αποστάσεις δεν συμφέρει η μεταφορά ενέργειας με εναλλασσόμενο ρεύμα όσο υψηλή και να είναι η τάση. Με προχωρημένη χρήση ηλεκτρονικών ισχύος μετατρέπεται το ρεύμα σε συνεχές και μεταφέρεται. Αυτό γίνεται νομίζω και στην Ελλάδα με υποθαλάσσια καλώδια συνεχούς ρεύματος στο Ιόνιο. Διορθώστε με αν κάνω λάθος.

[AlexisPap]

Πράγματι, η διασύνδεση με Ιταλία γίνεται με συνεχές.

Αλλά όχι για οικονομικούς λόγους. Αντιθέτως η μετατροπή σε συνεχές υψηλής τάσης και μετά η μετατροπή σε εναλλασσόμενο υψηλής τάσης είναι απίστευτα δαπανηρή.

Η επιλογή της μετατροπής αυτής γίνεται επειδή η διασύνδεση εξαιρετικά απομακρυσμένων συστημάτων έχει μεγάλες δυσκολίες στον συγχρονισμό με αποτέλεσμα να υπάρχει κίνδυνος αποσταθεροποίησης. Επιπλέον, αν κάνω λάθος ας με διορθώσει κανείς, όταν έγινε η διασύνδεση με Ιταλία αυτοί είχαν 60Hz και εμείς 50Hz...

[kallis99]

hmmypm μπλέκεις πολλές έννοιες μεταξύ τους που δεν έχουν μονοσήμαντη σχέση μεταξύ τους.

 

Λόγω της συχνότητας του AC, προκύπτει ένα άνω όριο μήκους γραμμής (λ/4) για να έχεις συγκεντρωμένο κύκλωμα. Μετά η γραμμή γίνεται "κεραία" και το κύκλωμα παύει να είναι συγκεντρωμένο, πράγμα που δεν το θέλει κανένας ενεργειακός στα κυκλώματά του

 

Επίσης, λόγω του μεγάλου μήκους έχεις πολύ μικρό περιθώριο μεταβατικής ευστάθειας στο δίκτυο, και μεγάλη δυσκολία στον συγχρονισμό.

 

Σε περίπτωση υποβρυχίων καλωδίων, είναι σημαντικές οι χωρητικές απώλειες στη μόνιμη λειτουργία λόγω του AC κυκλώματος που βρίσκεται μέσα στο νερό. Από ένα μήκος και πάνω είναι πιο συμφέρουσα λύση του DC με τους ακριβούς μετατροπείς στα άκρα του. Σε μεγάλες αποστάσεις κάτω από τη θάλασσα, είναι τεχνικά αδύνατη η μεταφορά με AC, γιατί οι χωρητικές απώλειες είναι απλά τεράστιες.

 

Τα παραπάνω που αναφέρω, είναι αποσπασματικοί τίτλοι, που ο καθένας τους κρύβει κάποια κεφάλαια σε βιβλία εάν θέλεις να τα μελετήσεις με σειρά και σε βάθος.

[hmmypm]

Πράγματι, η διασύνδεση με Ιταλία γίνεται με συνεχές.

Αλλά όχι για οικονομικούς λόγους. Αντιθέτως η μετατροπή σε συνεχές υψηλής τάσης και μετά η μετατροπή σε εναλλασσόμενο υψηλής τάσης είναι απίστευτα δαπανηρή.

Η επιλογή της μετατροπής αυτής γίνεται επειδή η διασύνδεση εξαιρετικά απομακρυσμένων συστημάτων έχει μεγάλες δυσκολίες στον συγχρονισμό με αποτέλεσμα να υπάρχει κίνδυνος αποσταθεροποίησης. Επιπλέον, αν κάνω λάθος ας με διορθώσει κανείς, όταν έγινε η διασύνδεση με Ιταλία αυτοί είχαν 60Hz και εμείς 50Hz...

 

Μήπως στην μεταφορά Ελλάδας - Ιταλίας ο λόγος που γίνεται συνεχές είναι ότι είναι υποθαλάσσια η μεταφορά και όχι η απόσταση; Δηλαδή άμα η μεταφορά γινόταν εντός αέρος μήπως θα συνέφερε να γίνει σε εναλλασσόμενο τάση π.χ. 1000 ΚV;

 

Μιας και το έφερε η συζήτηση, η μετατροπή εναλλασσόμενο 60 Hz --> Συνεχές --> Εναλλασσόμενο 50 Hz, έχει την ίδια λογική με την μετατροπή Εναλλασσόμενο 50 Hz --> Συνεχές --> Εναλλασσόμενο 50 Hz, ή είναι τελείως διαφορετικό πράγμα;

 

 

hmmypm μπλέκεις πολλές έννοιες μεταξύ τους που δεν έχουν μονοσήμαντη σχέση μεταξύ τους.

 

Λόγω της συχνότητας του AC, προκύπτει ένα άνω όριο μήκους γραμμής (λ/4) για να έχεις συγκεντρωμένο κύκλωμα. Μετά η γραμμή γίνεται "κεραία" και το κύκλωμα παύει να είναι συγκεντρωμένο, πράγμα που δεν το θέλει κανένας ενεργειακός στα κυκλώματά του

 

Επίσης, λόγω του μεγάλου μήκους έχεις πολύ μικρό περιθώριο μεταβατικής ευστάθειας στο δίκτυο, και μεγάλη δυσκολία στον συγχρονισμό.

 

Σε περίπτωση υποβρυχίων καλωδίων, είναι σημαντικές οι χωρητικές απώλειες στη μόνιμη λειτουργία λόγω του AC κυκλώματος που βρίσκεται μέσα στο νερό. Από ένα μήκος και πάνω είναι πιο συμφέρουσα λύση του DC με τους ακριβούς μετατροπείς στα άκρα του. Σε μεγάλες αποστάσεις κάτω από τη θάλασσα, είναι τεχνικά αδύνατη η μεταφορά με AC, γιατί οι χωρητικές απώλειες είναι απλά τεράστιες.

 

Τα παραπάνω που αναφέρω, είναι αποσπασματικοί τίτλοι, που ο καθένας τους κρύβει κάποια κεφάλαια σε βιβλία εάν θέλεις να τα μελετήσεις με σειρά και σε βάθος.

 

Ναι έχεις δίκιο. Αυτά τα λόγια θυμάμαι να τα έχω ακούσει 1 - 2 φορές από κανά δυο καθηγητές.

[kallis99]

Μήπως στην μεταφορά Ελλάδας - Ιταλίας ο λόγος που γίνεται συνεχές είναι ότι είναι υποθαλάσσια η μεταφορά και όχι η απόσταση; Δηλαδή άμα η μεταφορά γινόταν εντός αέρος μήπως θα συνέφερε να γίνει σε εναλλασσόμενο τάση π.χ. 1000 ΚV;

 

Πιθανότερο μου φαίνεται λόγω του μεγάλου μήκους μέσα στη θάλασσα. Η Ιταλία είχε πάντα 50Hz απ' ότι θυμάμαι.

Το μήκος κύματος στα 50Ηz είναι 6000km. Άρα το λ/4 = 1500 km

Αν διασύνδεση πλησιάζει αυτό το μήκος, γίνεται απαγορευτική με AC.

Μπορείς βέβαια αν συμφέρει, να "κόψεις" μια μεγάλη AC γραμμή στη μέση με ένα dc link back-to-back

 

 

Μιας και το έφερε η συζήτηση, η μετατροπή εναλλασσόμενο 60 Hz --> Συνεχές --> Εναλλασσόμενο 50 Hz, έχει την ίδια λογική με την μετατροπή Εναλλασσόμενο 50 Hz --> Συνεχές --> Εναλλασσόμενο 50 Hz, ή είναι τελείως διαφορετικό πράγμα;

 

Είναι το ίδιο πράγμα, με διαφορετικούς χρόνους έναυσης στα IGBTs

 

 

(ξεφύγαμε όμως από το θέμα του topic...)