מהו רשת חשמל?

הגדרה

רשת חשמלית, המוכרת גם כרשת מתח גבוה, מוגדרת כרשת מקיפה שמאגדת את יחידות הייצור, ההעברה וההפצה של החשמל. הפונקציה העיקרית שלה היא לאפשר העברת אנרגיה חשמלית ממקורות הייצור למשתמשי הקצה. כמות גדולה של חשמל מעובדת ומועברת מהתחנות לייצור למוקדי עומס במתחים של 220kV או אף גבוהים יותר. הרשת המורכבת מהקווי העברת המתח הגבוה נקראת רשת עליונה. הרשת העליונה מספקת חשמל לרשת המשנה, שמפעילה בדרך כלל מתחים של 132kV או נמוכים יותר.

etypes of electrical grids

תחנות ייצור בתוך רשת חשמלית הן לעתים קרובות ממוקמות קרוב למקורות הדלק כדי להפחית את עלויות התחבורה של המערכת. עם זאת, זה בדרך כלל פירושו שהן ממוקמות רחוק מאזורים בצפיפות אוכלוסייה גבוהה. החשמל במתח גבוה שנוצר בתחנות אלה מוריד באמצעות טרנספורמרים בתי תחנות לפני שהוא מתפזר למשתמשים. ניתן לסווג רשתות חשמליות בעיקר לשני סוגים:

רשת אזורית

רשת אזורית מוקמת על ידי חיבור מערכות העברה שונות באזור גאוגרפי מסוים באמצעות קווי העברה. רשת מסוג זה משרתת לאופטימיזציה של הפצת וניהול החשמל ברמה מקומית או אזורית, ומסייעת להבטיח שהדרישות לחשמל באזור מטופלות בצורה יעילה.

רשת לאומית

הרשת הלאומית נוצרת על ידי חיבור מספר רשתות אזוריות. היא מספקת רשת הפצה אחידה ומורחבת ברחבי המדינה, ומאפשרת העברת חשמל חלק בין אזורים שונים. מערכת מחוברת זו מסייעת באיזון בין האספקה והביקוש לחשמל בכל המדינה, מגבירה את יציבות הרשת והאמינות שלה בכלל.

סיבות לקישור רשתות

החיבור של רשתות חשמליות מציג כמה יתרונות משמעותיים. הוא מאפשר שימוש אופטימלי במשאבי החשמל, ומסייע להתפזרת יעילה של האנרגיה באזורים שונים. החיבור גם משפר את הביטחון באספקת החשמל, מכיוון שתקלות בחלק אחד של הרשת יכולות להיות מומצות על ידי חשמל מאזורים אחרים המחוברים.

בנוסף, הקישור של הרשתות תורם לאפקטיביות הכלכלית והאמינות של מערכת החשמל הכוללת. על ידי קישור תחנות הייצור, ניתן להפחית את יכולת הייצור המינימלית הנדרשת באזור כלשהו. גישה זו של משאבים משותפים מצילה עלויות המשויכות בהחזקת עתודה מיותרת של חשמל, ומשפרת את התמידות והביצועים של הרשת החשמלית.

כאשר יש צפיפות פתאומית או איבוד ייצור חשמל באזור מסוים של הרשת החשמלית, אותו אזור יכול למשוך חשמל מאזורים סמוכים המחוברים. עם זאת, כדי להבטיח קשרים אמינים, יש צורך בכמות מסוימת של יכולת ייצור, הידועה כحتياطي מסתובב. החזקת החשמל כוללת גנרטורים שפועלים במהירות נורמלית ומוכנים לספק חשמל מיד כאשר נדרש.

סוגי חיבורים

הקישורים בין רשתות חשמליות יכולים להיות בעיקר מיוחסים לשני סוגים: הקישור HVAC (מתח גבוה זרם חילופין) והקישור HVDC (מתח גבוה זרם ישר).

קישור HVAC (מתח גבוה זרם חילופין)

בקישור HVAC, שתי מערכות זרם חילופין מחוברות דרך קו העברה של זרם חילופין. כדי לקשר בהצלחה מערכות זרם חילופין, חשוב לשמור על תדירות מבוקרת הדוקה בשתי המערכות. במערכת של 50Hz, למשל, הטווח הנכון לתדירות הוא בדרך כלל בין 48.5 Hz ל-51.5 Hz. סוג זה של קשר מכונה קשר סינכרוני או קשר סינכרוני, מכיוון שהוא יוצר קשר חזק בין שתי מערכות הזרם החילופין.

למרות השימוש הרחב בו, לקישור זרם חילופין יש מספר הגבלות, והקישור בין מערכות זרם חילופין לעתים קרובות מתמודדות עם אתגרים הבאים:

• השפעת הפרעות בתדירות: מכיוון שהקישור בין שתי רשתות זרם חילופין הוא סינכרוני, כל שינוי בתדירות במערכת אחת מועבר במהירות למערכת השנייה. זה יכול לגרום לאיציבה לאורך הרשת המחוברת.

• השפעת תנודות כוח: תנודות כוח במערכת זרם חילופין אחת יכולות להשפיע באופן משמעותי על האחרת. תנודות כוח גדולות עלולות להפעיל פעמים רבות את מכשירי ההגנה, ועשויות לגרום לתקלות גדולות במערכת. במקרה חמור, תקלות אלו יכולות לגרום לקריסת הרשת המחוברת של זרם חילופין.

• עלייה ברמת התקלות: חיבור מערכת זרם חילופין קיימת למשנה באמצעות קו קשר של זרם חילופין יכול להעלות את רמת התקלה. זה קורה כי הקו המקבילי הנוסף מפחית את הריאקטנס השקוף של המערכת המחוברת. עם זאת, אם שתי מערכות הזרם החילופין מחוברות לאותו קו התקלה, רמת התקלה של כל מערכת עצמאית נשארת בלתי מושפעת.

קישור HVDC (מתח גבוה זרם ישר)

קשר זרם ישר, או קשר DC, מציע חיבור גמיש יותר בין שתי מערכות זרם חילופין המחוברות. בניגוד לקישורים HVAC, קשרי DC הם לא סינכרוניים (אסינכרוניים). השיטה של קשר HVDC מגיעה עם כמה יתרונות נוטים:

• עצמאות בתדירות: הטבע האסינכרוני של מערכת הקשר DC מאפשרת חיבור של רשתות זרם חילופין הפועלות בתדירויות זהות או שונות. תכונה ייחודית זו מאפשרת אינטגרציה חלקה של מערכות זרם חילופין שונות תוך שמירה על תקני התדירות של כל מערכת והפעלה עצמאית.

• שליטה מדוייקת בזרימת הכוח: קישורים HVDC יכולים לתפעל במהירות ובאמינות את הגודל והכיוון של זרימת הכוח על ידי התאמת זווית הציר של הממירים. מנגנון השליטה המדוייק הזה מגביר באופן משמעותי את גבול הסטביליות הזמנית של המערכת המחוברת, ומחזק את ההעברה האמינה של הכוח.

• דämpינג של תנודות כוח: על ידי התאמת זרימת הכוח דרך הקשר DC, קישורים HVDC יכולים לדעך במהירות את התנודות של כוח בערכות זרם חילופין המחוברות. זה משפר באופן אפקטיבי את יציבות הרשת החשמלית, מפחית את הסיכון להתמוטטות רציפה ומגביר את התמידות של המערכת.

בימינו, רשתות חשמליות מסורתיות מחליפות בהדרגה רשתות חכמות. באמצעות מונים חכמים ואבזרים חכמים, רשתות חכמות מספקות יעילות פעולה מוגברת, ניהול טוב יותר של הצד הביקוש וביצועים כלליים משופרים לעומת המקבילות המסורתיות שלהם.