Elektrische Energieversorgungssysteme: Was sind sie? (Grundlagen der Energieversorgungssysteme)

Was ist ein Energieversorgungssystem?

Ein elektrisches Energieversorgungssystem wird als Netzwerk von elektrischen Komponenten definiert, das zum Versorgen, Übertragen und Verbrauchen von elektrischer Energie verwendet wird. Die Versorgung erfolgt durch eine Art der Erzeugung (z. B. ein Kraftwerk), die Übertragung durch ein Transmissions- (über eine Leitung) und Verteilersystem, und der Verbrauch kann durch Anwendungen im Wohnbereich wie die Beleuchtung oder die Klimaanlage in Ihrem Zuhause oder durch industrielle Anwendungen wie den Betrieb großer Motoren erfolgen.

Ein Beispiel für ein Energieversorgungssystem ist das elektrische Netz, das Strom für Haushalte und Industrie in einem erweiterten Gebiet bereitstellt. Das elektrische Netz kann in die Generatoren, die den Strom liefern, das Transmissionsnetz, das den Strom von den Erzeugungsstellen zu den Lastzentren überträgt, und das Verteilernetz, das den Strom an nahegelegene Haushalte und Industrien weiterleitet, grob unterteilt werden.

Kleinere Energieversorgungssysteme finden sich auch in der Industrie, Krankenhäusern, Gewerbebauten und Haushalten. Die Mehrheit dieser Systeme basiert auf Dreiphasenwechselstrom, dem Standard für groß angelegte Energieübertragung und -verteilung in der modernen Welt.

Spezialisierte Energieversorgungssysteme, die nicht immer auf Dreiphasenwechselstrom basieren, finden sich in Flugzeugen, elektrischen Bahnsystemen, Ozeanriesen, U-Booten und Automobilen.

Die Erzeugungsanlagen produzieren elektrische Energie auf niedriger Spannungsebene. Wir halten die Erzeugungsspannung auf einem niedrigen Niveau, da dies bestimmte Vorteile bietet. Niedrigspannungserzeugung setzt weniger Belastungen auf den Armaturenkörper des Wechselstromgenerators aus. Daher können wir bei niedrigspannungsbasierter Erzeugung einen kleineren Generator mit dünnerer und leichterer Isolierung bauen.

Vom Standpunkt der Ingenieurwesen und des Designs aus sind kleinere Generatoren praktischer. Wir können diese Niederspannung nicht direkt zu den Lastzentren übertragen.

Niederspannungstransmission verursacht mehr Kupferverluste, schlechtere Spannungsregelung und höhere Installationskosten des Transmissionsnetzes. Um diese drei Schwierigkeiten zu vermeiden, müssen wir die Spannung auf ein bestimmtes hohes Niveau erhöhen.

Wir können die Systemspannung nicht über ein bestimmtes Niveau hinaus erhöhen, da die Isolierungskosten über einen bestimmten Spannungsgrenzwert drastisch steigen und die Kosten für die Stützstrukturen zur Aufrechterhaltung eines ausreichenden Erdabstands ebenfalls abrupt ansteigen.

Die Transmissionspannung hängt von der Menge der zu übertragenden Energie ab. Eine weitere Parameter, die die Spannungsebene des Systems für die Übertragung einer bestimmten Energiemenge bestimmt, ist die Impedanzlast.

Um die Systemspannung zu erhöhen, verwenden wir Spannungswandler und deren zugehörige Schutz- und Betriebsanordnungen am Erzeugungsort. Dies nennt man ein Erzeugungssubstation. Am Ende der Transmissionsleitung müssen wir die Transmissionspannung auf ein niedrigeres Niveau heruntertransformieren, um sie für sekundäre Transmissions- oder Verteilungszwecke zu nutzen.

Hier verwenden wir Spannungsabbau-Transformator und deren zugehörige Schutz- und Betriebsanordnungen. Dies ist eine Transmissionsunterstation. Nach der primären Transmissionsphase geht die elektrische Energie durch sekundäre Transmissions- oder primäre Verteilung. Nach der sekundären Transmissions- oder primären Verteilung senken wir die Spannung erneut auf ein gewünschtes niedriges Niveau, um sie an den Verbraucherstandorten zu verteilen.

Dies war die grundlegende Struktur eines elektrischen Energieversorgungssystems. Obwohl wir nicht die Details jedes Geräts, das in einem elektrischen Energieversorgungssystem verwendet wird, erwähnt haben, gibt es neben den drei Hauptkomponenten Generator, Transformator und Transmissionsleitung eine Reihe von zugehörigen Geräten.

Einige dieser Geräte sind Schaltgerät, Blitzableiter, Isolator, Stromtransformator, Spannungstransformator, Kondensator-Spannungstransformator, Wellenfilter, Kondensatorkompensation, Relais-System, Steuerungsanordnung, Erdungsanordnung der Leitung und der Unterstationsausrüstung usw.

Warum brauchen wir ein elektrisches Energieversorgungssystem?

Aus wirtschaftlicher Sicht bauen wir immer Erzeugungsanlagen an Orten, wo Ressourcen verfügbar sind. Verbraucher verbrauchen elektrische Energie, aber sie können an Orten leben, wo die Ressourcen zur Produktion von Elektrizität nicht verfügbar sind.

Nicht nur das, manchmal gibt es viele andere Einschränkungen, die es uns unmöglich machen, eine Erzeugungsanlage in der Nähe von dicht besiedelten Gebieten oder Lastzentren zu bauen.

Stattdessen nutzen wir eine extern gelegene Erzeugungsquelle und übertragen dann die erzeugte Energie über eine lange Transmissionsleitung und ein Verteilersystem zu den Lastzentren.

Wir nennen die gesamte Anordnung vom Erzeugungsbetrieb bis zum Verbraucherendpunkt, um Elektrizität effizient und zuverlässig zu liefern, das elektrische Energieversorgungssystem.

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