מהן מערכות העברת חשמל?
מה הם מערכות העברת חשמל?
הגדרת מערכות העברת חשמל
מערכות העברת חשמל מעבירות חשמל מאגרי ייצור למרכזים של מטענים בהם הוא נצרך.
מערכות העברת חשמל הן אמצעי העברת כוח מאגר לייצור למרכזים שונים של מטען (כלומר, במקום שבו משמשים את החשמל). מאגרי הייצור מייצרים חשמל. מאגרי הייצור אינם בהכרח ממוקמים במקום בו נמצא רוב הצריכה (כלומר, המרכז של המטען).
מרחק אינו הגורם היחיד לבחירת מיקום מאגר הייצור. לעתים קרובות, מאגרי הייצור רחוקים מהמקום בו משמשים את החשמל. אדמה מרוחקת מאזורים בצפיפות גבוהה היא זולה יותר, ומוטב לשמור על מאגרים רועשים או מזהמים רחוקים מאזורים למגורים. זהו הסיבה מדוע מערכות העברת חשמל הן חיוניות.
מערכות אספקת חשמל מעבירות כוח מאגרי ייצור, כמו תחנות כוח תרמיות, לצרכנים. מערכות העברת חשמל, כולל קווים קצרים, קווים בינוניים וקווים ארוכים, מעבירים את מערכת הפיזור. מערכות אלו מספקות חשמל לבתים ועסקים.
השוואה בין העברה בתדר חילופין לבין העברה בתדר קבוע
בעקרון ישנם שתי מערכות בהן ניתן להעביר אנרגיה חשמלית:
מערכת העברה בתדר קבוע בזרם גבוה.
מערכת העברה בתדר חילופין בזרם גבוה.
יתרונות מערכת ההעברה בתדר קבוע
נדרשים רק שני מוליכים למערכת ההעברה בתדר קבוע. אפשר להשתמש במוליך אחד בלבד למערכת ההעברה בתדר קבוע אם משתמשים באדמה כמסלול החזר של המערכת.
הלחץ הפוטנציאלי על המבודד של מערכת ההעברה בתדר קבוע הוא בערך 70% מהמתח השקול של מערכת ההעברה בתדר חילופין. לכן, מערכות ההעברה בתדר קבוע דורשות פחות עלויות מבודקים.
ניתן להיפטר מבעיות של התנגדות, קיבול, הזזה פאזה ופרצות במערכת בתדר קבוע.
חסרונות מערכת ההעברה בתדר חילופין
הנפח של המוליכים הנדרש במערכות בתדר חילופין גבוה בהרבה בהשוואה למערכות בתדר קבוע.
התנגדות הקו משפיעה על הבקרה של המתח במערכת ההעברה החשמלית.
בעיות של תופעות עור ותלות קרובים מופיעות רק במערכות בתדר חילופין.
מערכות ההעברה בתדר חילופין יותר סובלניות לפיזור קורונה מאשר מערכת ההעברה בתדר קבוע.
בניית רשת העברה חשמלית בתדר חילופין מורכבת יותר ממערכות בתדר קבוע.
נדרשת סינכרון נכונה לפני שמקשרים שני קווים או יותר יחד, בסינכרון ניתן להתעלם לחלוטין במערכת ההעברה בתדר קבוע.
יתרונות מערכת ההעברה בתדר חילופין
מתחים מתחלפים ניתנים להגדלה והקטנה בקלות, מה שלא ניתן במערכת ההעברה בתדר קבוע.
תחזוקת תחנת תת-מתח בתדר חילופין היא קלה ונוחה יותר וקסטומית יותר מזו בתדר קבוע.
המרת כוח בתחנת תת-מתח בתדר חילופין היא הרבה יותר קלה מאשר בשיטות מנוע-מגנט במערכת בתדר קבוע.
חסרונות מערכת ההעברה בתדר חילופין
הנפח של המוליכים הנדרש במערכות בתדר חילופין גבוה בהרבה בהשוואה למערכות בתדר קבוע.
התנגדות הקו משפיעה על הבקרה של המתח במערכת ההעברה החשמלית.
בעיות של תופעות עור ותלות קרובים מופיעות רק במערכות בתדר חילופין.
מערכות ההעברה בתדר חילופין יותר סובלניות לפיזור קורונה מאשר מערכת ההעברה בתדר קבוע.
בניית רשת העברה חשמלית בתדר חילופין מורכבת יותר ממערכות בתדר קבוע.
נדרשת סינכרון נכונה לפני שמקשרים שני קווים או יותר יחד, בסינכרון ניתן להתעלם לחלוטין במערכת ההעברה בתדר קבוע.
בנייה של תחנת ייצור
במהלך תכנון בניית תחנת ייצור יש לשקול את הגורמים הבאים עבור ייצור כלכלי של חשמל.
זמינות קלה של מים עבור תחנת ייצור תרמית.
זמינות קלה של אדמה לבניית תחנת כוח כולל עיריית צוות.
עבור תחנת כוח הידרואלקטרית, חייב להיות סכר על הנהר. לכן, צריך לבחור מקום מתאים על הנהר כך שהבנייה של הסכר יכולה להתבצע בצורה אופטימלית ביותר.
עבור תחנת כוח תרמית, זמינות קלה של דלק היא אחד הגורמים החשובים ביותר שיש לשקול.
תקשורת טובה לסחורות וכן לעובדי תחנת הכוח גם צריכה להיות בהתחשב.
עבור העברת חלקים גדולים מאוד של טורבינות, אלטרנטורים וכדומה, חייבים להיות דרכים רחבות, תקשורת רכבת, ונהר רחב ועמוק צריך לעבור ליד תחנת הכוח.
עבור תחנת כוח גרעינית, היא חייבת להיות ממוקמת במרחק כזה ממקום שכיח כדי שלא יהיה השפעה מההישגים הגרעיניים על בריאות האוכלוסייה הכללית.
ישנם גורמים רבים נוספים שצריך לשקול, אך אלה נעוץ מחוץ לתחום הדיון שלנו. כל הגורמים המוזכרים למעלה קשה למצוא אותם במרכז המטען. תחנת הכוח או תחנת הייצור חייבת להיות ממוקמת במקום שבו כל התאמות זמינות בקלות. המקום הזה לא חייב להיות במרכז המטען. החשמל שנוצר בתחנת הייצור מועבר אז למרכז המטען באמצעות מערכת העברת חשמל חשמלית כפי שאמרנו קודם.
החשמל שנוצר בתחנת הייצור הוא ברמה נמוכה של מתח, כי ייצור חשמל ברמה נמוכה של מתח יש לו ערך כלכלי מסוים. ייצור חשמל ברמה נמוכה של מתח הוא כלכלי יותר (כלומר, בעל עלויות נמוכות) בייצור חשמל ברמה גבוהה של מתח. ברמה נמוכה של מתח, משקל ומבודק נמוך יותר באלטרנטור; זה מפחית ישירות את עלויות האלטרנטור ואת הגודל שלו. אבל חשמל ברמה נמוכה של מתח לא ניתן להעביר ישירות לצרכן כי העברת חשמל ברמה נמוכה של מתח אינה כלכלית. לכן, למרות שייצור חשמל ברמה נמוכה של מתח הוא כלכלי, העברת חשמל חשמלית ברמה נמוכה של מתח אינה כלכלית.
החשמל חשמלי פרופורציונלי למכפלת הזרם והמתח של המערכת. לכן, עבור העברת כמות מסוימת של חשמל ממקום למקום, אם המתח של החשמל מוגבר אז הזרם הקשור לזה מופחת. זרם מופחת אומר פחות איבוד I2R במערכת, פחות שטח חתך של המוליך אומר פחות השקעה בקפיטל וירידה בזרם גורמת לשיפור בבקרה של מתח מערכת ההעברה והשיפור בבקרה של מתח מצביע על איכות חשמל. בשל שלוש סיבות אלו, חשמל בעיקר מועבר ברמה גבוהה של מתח.
שוב, בקצה הפיזור, בשביל פיזור יעיל של החשמל המשודר, הוא מופחת לרמה הנמוכה של מתח הנדרשת.
אז אפשר להסיק שתחילה החשמל מיוצר ברמה נמוכה של מתח ואז הוא מוגבר לרמה גבוהה של מתח עבור העברת חשמל יעיל. לבסוף, בשביל הפיזור של חשמל או כוח לצרכנים שונים, הוא מופחת לרמה הנמוכה של מתח הנדרשת.
