Ein elektrisches Energieversorgungssystem wird als Netzwerk von elektrischen Komponenten definiert, die zur Versorgung, Übertragung und Verbrauch von elektrischer Energie verwendet werden. Die Versorgung erfolgt durch eine Art der Erzeugung (z.B. ein Kraftwerk), die Übertragung erfolgt über eine Übertragungsleitung und ein Verteilungssystem, und der Verbrauch kann sowohl in Wohngebäuden (z.B. Beleuchtung oder Klimaanlagen) als auch in industriellen Anwendungen (z.B. Betrieb großer Motoren) erfolgen.
Ein Beispiel für ein Energieversorgungssystem ist das Stromnetz, das in einem erweiterten Gebiet Haushalte und Industrie mit Energie versorgt. Das Stromnetz kann in die Generatoren, die die Energie liefern, das Übertragungssystem, das die Energie von den Erzeugungszentren zu den Lastzentren transportiert, und das Verteilungssystem, das die Energie an nahegelegene Haushalte und Industrien weiterleitet, unterteilt werden.
Kleinere Energieversorgungssysteme finden sich auch in der Industrie, Krankenhäusern, gewerblichen Gebäuden und Wohnhäusern. Die meisten dieser Systeme basieren auf Dreiphasenwechselstrom – dem Standard für die großflächige Übertragung und Verteilung von Energie in der modernen Welt.
Spezialisierte Energieversorgungssysteme, die nicht immer auf Dreiphasenwechselstrom basieren, finden sich in Flugzeugen, elektrischen Bahnfahrzeugen, Ozeanlinern, U-Booten und Automobilen.
Die Kraftwerke produzieren elektrische Energie bei niedriger Spannung. Wir halten die Erzeugungsspannung auf einem niedrigen Niveau, da dies spezifische Vorteile bietet. Eine niedrige Erzeugungsspannung verringert die Belastungen auf dem Armaturenständer des Wechselrichters. Daher können wir bei einer niedrigen Erzeugungsspannung einen kleineren Wechselrichter mit dünnerer und leichterer Isolierung bauen.
Aus ingenieurtechnischer und gestalterischer Sicht sind kleinere Wechselrichter praktischer. Wir können diese Niederspannung jedoch nicht direkt zu den Lastzentren übertragen.
Eine Übertragung bei niedriger Spannung führt zu höheren Kupferverlusten, schlechterer Spannungsregelung und höheren Installationskosten des Übertragungssystems. Um diese drei Schwierigkeiten zu vermeiden, müssen wir die Spannung auf ein bestimmtes hohes Spannungsniveau erhöhen.
Wir können das Systemspannungsniveau nicht über einen bestimmten Punkt hinaus erhöhen, da die Isolierungskosten jenseits eines bestimmten Spannungsniveaus enorm steigen und die Kosten für die Linienstützkonstruktionen, um ausreichende Bodenfreiheit zu gewährleisten, ebenfalls stark ansteigen.
Die Übertragungsspannung hängt von der Menge der zu übertragenden Energie ab. Die Stoßimpedanzbelastung ist ein weiterer Parameter, der das Spannungsniveau des Systems für die Übertragung einer bestimmten Energiemenge bestimmt.
Um die Systemspannung zu erhöhen, verwenden wir Spannungswandler und ihre zugehörigen Schutz- und Betriebsanordnungen im Kraftwerk. Wir nennen dies eine Erzeugungsumspannanlage. Am Ende der Übertragungsleitung müssen wir die Übertragungsspannung auf ein niedrigeres Niveau herunterstufen, um sekundäre Übertragung und/oder Verteilung durchführen zu können.
Hier verwenden wir Spannungswandler und ihre zugehörigen Schutz- und Betriebsanordnungen. Dies ist eine Übertragungsumspannanlage. Nach der primären Übertragung passiert die elektrische Energie die sekundäre Übertragung oder die primäre Verteilung. Nach der sekundären Übertragung oder der primären Verteilung senken wir die Spannung wieder auf ein gewünschtes niedriges Spannungsniveau, um sie an den Verbraucherstandorten zu verteilen.
Dies war die grundlegende Struktur eines elektrischen Energieversorgungssystems. Obwohl wir nicht die Details jedes in einem elektrischen Energieversorgungssystem verwendeten Geräts genannt haben, gibt es neben den drei Hauptkomponenten Wechselrichter, Transformator und Übertragungsleitung eine Reihe von zugehörigen Geräten.
Einige dieser Geräte sind Schaltgerät, Blitzableiter, Isolierschalter, Stromwandler, Spannungswandler, Kondensator-Spannungswandler, Wellenfilter, Kondensatorbank, Relaisanlagen, Steuerungseinrichtungen, Erdungsanordnungen der Leitung und Umspannwerksausrüstung usw.
Aus wirtschaftlicher Sicht errichten wir stets Kraftwerke an Orten, an denen Ressourcen verfügbar sind. Verbraucher nutzen elektrische Energie, aber sie können an Orten leben, an denen die Ressourcen zur Elektrizitätserzeugung nicht verfügbar sind.
Nicht nur das, manchmal gibt es viele andere Einschränkungen, die es uns unmöglich machen, ein Kraftwerk in der Nähe dicht besiedelter Gebiete oder Lastzentren zu errichten.
Stattdessen verwenden wir eine extern gelegene Erzeugungsquelle und übertragen diese erzeugte Energie dann über eine lange Übertragungsleitung und ein Verteilungssystem zu den Lastzentren.
Wir bezeichnen die gesamte Anordnung vom Kraftwerk bis zum Verbraucher, um Strom effizient und zuverlässig zu liefern, als das elektrische Energieversorgungssystem.
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