Elektrisk energisystem: Vad är det? (Grundläggande om energisystem)

Vad är ett energisystem?

Ett elektriskt energisystem definieras som ett nätverk av elektriska komponenter som används för att tillföra, överföra och konsumera elektrisk energi. Tillförseln görs genom någon form av generering (t.ex. en kraftverk), överföringen görs genom en transmission (via en transmissionslinje) och distributionsystem, och konsumtionen kan ske genom bostadsanvändning såsom att driva ljus eller luftkonditionering i ditt hem, eller via industriella tillämpningar som drift av stora motorer.

Ett exempel på ett energisystem är det elektriska nätet som tillhandahåller ström till hem och industrier inom ett område. Det elektriska nätet kan breda delas in i de generatorer som tillhandahåller strömmen, det transmissionsystem som bär strömmen från de genererande centren till belastningscentren, och det distributionsystem som matar strömmen till närliggande hem och industrier.

Mindre energisystem finns också inom industrin, sjukhus, kommersiella byggnader och hem. De flesta av dessa system baseras på trefasströms AC-ström – standarden för storskalig strömtransmission och distribution i hela världen.

Specialiserade energisystem som inte alltid baseras på trefasströms AC-ström finns i flygplan, elektriska järnvägssystem, oceanliners, ubåtar och bilar.

Kraftverken producerar elektrisk energi vid låg spänningsnivå. Vi håller genereringsspänningen på ett lågt nivå eftersom det har specifika fördelar. Låg spänning vid generering skapar färre belastningar på armaturen i alternatorn. Därför kan vi vid låg spänning vid generering konstruera en mindre alternator med tunnare och lättare isolering.

Ur ett ingenjörsmässigt och designmässigt perspektiv är mindre alternatorer mer praktiska. Vi kan inte överföra denna lågspänningsström till belastningscentrum.

Lågspänningsöverföring orsakar mer kopparförlust, sämre spänningsreglering och högre installationskostnader för överspänningsledningen. För att undvika dessa tre svårigheter måste vi höja spänningen till en viss hög spänningsnivå.

Vi kan inte höja systemets spänning bortom en viss nivå eftersom bortom en spänningsgräns ökar isoleringskostnaderna enormt och kostnaderna för linjestödsstrukturens markavstånd ökar abrupt.

Överföringsspänningen beror på mängden energi som ska överföras. Impulsimpedansbelastning är en annan parameter som bestämmer spänningsnivån för systemet för att överföra en viss mängd energi.

För att höja systemets spänning använder vi spänningshöjande transformer och deras associerade skydd och driftarrangemang vid kraftverket. Vi kallar detta en generationsunderstation. I slutet av överspänningsledningen måste vi sänka överföringsspänningen till en lägre nivå för sekundär överföring och/eller distributionsändamål.

Här använder vi spänningssänkande transformer och deras associerade skydd och driftarrangemang. Detta är en transmissionsunderstation. Efter primär överföring passerar elektrisk energi genom sekundär överföring eller primär distribution. Efter sekundär överföring eller primär distribution sänker vi spänningen igen till en önskad låg spänning för att distribuera den på konsumenternas platser.

Detta var den grundläggande strukturen för ett elektriskt energisystem. Även om vi inte har nämnde detaljerna för varje utrustning som används i ett elektriskt energisystem. Utöver de tre huvudkomponenterna alternator, transformator och överspänningsledning finns det ett antal associerade utrustningar.

Några av dessa utrustningar är växelstängare, blixtskydd, isolator, strömförstärkare, spänningsförstärkare, kondensatorspänningsförstärkare, vågspärr, kondensatorbank, reläsystem, kontrollarrangemang, jordningsarrangemang för ledningen och understationsutrustning etc.

Varför behöver vi ett elektriskt energisystem?

Från ekonomisk synpunkt bygger vi alltid en kraftverksstation där resurserna är lättilgängliga. Konsumenter konsumerar elektrisk energi, men de kan bo på platser där resurserna för att producera el inte finns tillgängliga.

Inte bara det, ibland finns det många andra begränsningar som gör att vi inte kan bygga en kraftverksstation nära tättbefolkade områden eller belastningscentrum.

Så istället använder vi en externt placerad generationskälla och sedan överför vi den genererade strömmen till belastningscentrum genom en lång överspänningsledning och ett distributionsystem.

Vi kallar hela arrangemanget från kraftverk till konsumenter för att leverera el effektivt och pålitligt för det elektriska energisystemet.

Ut