Mitä ovat sähkönsiirtojärjestelmät

Mikä on sähkönsiirtojärjestelmä?

Sähkönsiirtojärjestelmän määritelmä

Sähkönsiirtojärjestelmät siirtävät sähköenergian tuotantolaitoksista kulutuskeskuksiin, joissa sitä käytetään.

 Sähkönsiirtojärjestelmät ovat keinoja, joiden avulla sähkö voidaan siirtää tuotantolähteestä eri kulutuskeskuksiin (eli paikkoihin, joissa sähköä käytetään). Tuotantolaitokset tuottavat sähköä. Nämä tuotantolaitokset eivät välttämättä sijaitse paikoissa, joissa suurimman osan sähköstä käytetään (eli kulutuskeskuksissa).

 Etäisyys ei ole ainoa tekijä, joka vaikuttaa tuotantolaitoksen sijainnin valintaan. Usein tuotantolaitokset sijaitsevat kaukana siitä, missä sähköä käytetään. Maaperä on edullisempaa kauempana tiheästi asutuista alueista, ja meluisia tai saastuttavia laitoksia on parempi pitää asuinalueiden ulkopuolella. Tämän vuoksi sähkönsiirtojärjestelmät ovat olennaisia.

 Sähköntarjoamisjärjestelmät toimittavat sähköä tuotantolähteistä, kuten lämpövoimaloista, kuluttajille. Sähkönsiirtojärjestelmät, jotka sisältävät lyhyet, keskipitkät ja pitkät siirtolinjat, siirtävät sähköä jakelujärjestelmiin. Nämä järjestelmät tarjoavat sitten sähköä kotitalouksille ja yrityksille.

 Vaihtosähkö vs. jännite

Perustavanlaatuisesti on olemassa kaksi järjestelmää, joilla sähköä voidaan siirtää:

• Korkean jännitteen jännitesiirtojärjestelmä.

• Korkean jännitteen vaihtosähkösiirtojärjestelmä.

Jännitesiirtojärjestelmien etuja

 Jännitesiirtojärjestelmässä tarvitaan vain kaksi johtoa. On mahdollista käyttää vain yhtä johtoa jännitesiirtojärjestelmässä, jos maapalloa käytetään palautusreitinä järjestelmässä.

Jännitesiirtojärjestelmän eristyksen potentiaalinen rasitus on noin 70 % vastaavan jännitteen vaihtosähkösiirtojärjestelmän verrattuna. Siksi jännitesiirtojärjestelmillä on pienemmät eristyskustannukset.

Induktanssi, kapasitanssi, vaihepoikkeama ja pistoriskit voidaan poistaa jännitesiirtojärjestelmästä.

 Vaihtosähkösiirtojärjestelmien haittoja

• Vaihtosähköjärjestelmissä tarvittava johtojen määrä on paljon suurempi kuin jännitesiirtojärjestelmissä.

• Linjan reaktanssi vaikuttaa sähkönsiirtojärjestelmän jännitetason säätelyyn.

• Ihonvaikutus- ja läheisyysvaikutusongelmat esiintyvät vain vaihtosähköjärjestelmissä.

• Vaihtosähkösiirtojärjestelmät altistuvat koronahäviölle enemmän kuin jännitesiirtojärjestelmät.

• Vaihtosähköisen sähkönsiirtoverkon rakentaminen on monimutkaisempaa kuin jännitesiirtojärjestelmien.

• Useiden siirtolinjojen yhdistämiseen tulee tehdä oikea-aikainen synkronointi, mikä voidaan kokonaan jättää pois jännitesiirtojärjestelmässä.

Vaihtosähkösiirtojärjestelmien etuja

• Vaihtojännitteitä voidaan helposti nostaa ja lasketa, mikä ei ole mahdollista jännitesiirtojärjestelmässä.

• Vaihtosähköisten alijärjestelmien huolto on huomattavasti helpompaa ja taloudellisempaa kuin jännitesiirtojärjestelmien.

• Sähkön muuntaminen vaihtosähköisessä alijärjestelmässä on paljon helpompaa kuin moottori-generaattorijoukkoihin jännitesiirtojärjestelmässä.

Vaihtosähkösiirtojärjestelmien haittoja

• Vaihtosähköjärjestelmissä tarvittava johtojen määrä on paljon suurempi kuin jännitesiirtojärjestelmissä.

• Linjan reaktanssi vaikuttaa sähkönsiirtojärjestelmän jännitetason säätelyyn.

• Ihonvaikutus- ja läheisyysvaikutusongelmat esiintyvät vain vaihtosähköjärjestelmissä.

• Vaihtosähkösiirtojärjestelmät altistuvat koronahäviölle enemmän kuin jännitesiirtojärjestelmät.

• Vaihtosähköisen sähkönsiirtoverkon rakentaminen on monimutkaisempaa kuin jännitesiirtojärjestelmien.

• Useiden siirtolinjojen yhdistämiseen tulee tehdä oikea-aikainen synkronointi, mikä voidaan kokonaan jättää pois jännitesiirtojärjestelmässä.

Tuotantolaitoksen rakentaminen

Tuotantolaitoksen rakentamisen suunnittelussa on otettava huomioon seuraavat tekijät taloudellisen sähköntuotannon kannalta.

• Lämpövoimalalle vesivarannon helpohko saatavuus.

• Maan helpohko saatavuus voimalan sekä sen henkilöstökylän rakentamista varten.

• Vedenvoima-aseman kohdalla jokelle täytyy olla teline. Teidän on valittava sopiva paikka jokelle niin, että teline voidaan rakentaa optimaalisella tavalla.

• Lämpövoimalalle polttoaineen helpohko saatavuus on yksi tärkeimmistä huomioiden olevista tekijöistä.

• Voimalan tavaroille ja työntekijöille on myös huomioitava hyvä kommunikaatio.

• Turbineihin, alternatorien jne. hyvin suuriin varaosiin liittyvien kuljetusten kannalta on oltava leveät tieverkostot, rautatieyhdykkeet ja syvä ja leveä joki, joka kulkee lähellä voimalaa.

• Ydinvoimalan on sijaittava sellaisessa etäisyydessä tavallisesta sijainnista, että ydinreaktion vaikutukset eivät vaaranna tavallisten ihmisten terveyttä.

On olemassa monia muitakin tekijöitä, joita meidän pitäisi ottaa huomioon, mutta ne ovat keskustelumme ulkopuolella. Kaikki yllä mainitut tekijät ovat vaikeasti saatavilla kulutuskeskuksissa. Voimala tai tuotantolaitos on sijoitettava sellaiseen paikkaan, jossa kaikki edellytykset ovat helposti saatavilla. Tämä paikka ei välttämättä ole kulutuskeskuksissa. Generoitua sähköä siirretään sitten kulutuskeskuksiin sähkönsiirtojärjestelmällä, kuten aiemmin kerroimme.

Tuotantolaitoksessa generoitu sähkö on matalalla jännitteellä, sillä matalan jännitteen sähköntuotanto on taloudellisesti järkevää. Matalan jännitteen sähköntuotanto on taloudellisempaa (eli edullisempaa) kuin korkean jännitteen sähköntuotanto. Matalalla jännitteellä sekä paino että eristys ovat vähäisempiä alternaattoreissa, mikä vähentää suoraan alternaattorin kustannuksia ja kokoa. Mutta tätä matalan jännitteen sähköä ei voi välittää suoraan kuluttajalle, koska matalan jännitteen sähkönsiirto ei ole lainkaan taloudellista. Siksi vaikka matalan jännitteen sähköntuotanto on taloudellista, matalan jännitteen sähkönsiirto ei ole taloudellista.

Sähköenergia on suoraan verrannollinen sähkövirran ja järjestelmän jännitteen tulon. Jotta tietytä sähköenergiaa voidaan siirtää yhdestä paikasta toiseen, jos jännitettä nostetaan, siihen liittyvä virta vähenee. Vähäisempi virta tarkoittaa pienempää I2R-hävikkoa järjestelmässä, pienempi johtimen poikkileikkauksen pinta-ala tarkoittaa vähäisempiä investointeja, ja vähäisempi virta parantaa sähkönsiirtojärjestelmän jännitetason säätelyä, mikä puolestaan osoittaa laadukasta sähköä. Näiden kolmen syyn vuoksi sähkö siirretään pääasiassa korkealla jännitteellä.

Jakeluun sähkön tehokkaaksi jakamiseksi se on pudotettava haluttuun matalampaan jännitteeseen.

Voidaan siis päätellä, että ensin sähkö tuotetaan matalalla jännitteellä, sitten se nostetaan korkeammalle jännitteelle sähköenergian tehokkaaksi siirtämiseksi. Lopuksi sähköenergian jakamiseksi eri kuluttajille se pudotetaan haluttuun matalampaan jännitteeseen.