Ein typisches Netz verwendet 110 bis 500 Kilovolt-Leitungen, um Strom an Umspannwerke zu liefern, die diese auf 6 bis 20 Kilovolt senken, und dann gelangen Leitungen mit dieser niedrigeren Spannung zu den Verbrauchern, wo sich noch andere Umspannwerke befinden, die diese 6 bis 20 Kilovolt schließlich zum Verbraucher senken Spannung (100 oder 230 Volt oder was auch immer der lokale Standard ist).

Diese 110-500-Kilovolt-Leitungen verlaufen häufig durch Gebiete, in denen sich diese Verbraucher befinden. Die Verbraucher könnten über Transformatoren, die beispielsweise 110 Kilovolt annehmen und die Verbraucherspannung ausgeben, an diese Leitungen angeschlossen werden. Stattdessen verlaufen diese Leitungen zu weit entfernt und dann läuft eine andere Stromleitung mit einer niedrigeren Spannung zurück und ein Verbraucher wird an die letztere angeschlossen. Das ist eine Menge zusätzlicher Verkabelung.

Was ist der Grund für dieses Design? Warum nicht Verbraucher an die nächste Stromleitung anschließen?

HV (66kV - 500kV) ist ... schwer zu handhaben.

Ich werde Gründe, an die ich denken kann, von oben abschütteln.

Alle folgenden Zahlen (Gewichte, Dollar) sind Schätzungen in der Größenordnung.

Abstände

Nehmen wir als Beispiel 220kV. Der australische HV-Umspannwerkstandard AS 2067 schreibt die folgenden Abstände für 220-kV-Geräte vor:

• Phase zur Erde - 2100mm. Das heißt, kein 220-kV-Leiter darf sich innerhalb von 2 Metern eines geerdeten Leiters (z. B. eines Transformatorbehälters oder eines Stahlpfostens ) befinden.
• Abstand von Phase zu Phase - 2.415 mm. Das heißt, die 220-kV-Antennenleiter müssen immer mindestens 2,4 m voneinander entfernt sein.
• Horizontaler Sicherheitsabstand - 4.125 mm. Alle spannungsführenden Teile müssen mindestens 4.125 mm über der Oberfläche liegen, auf der eine Person stehen kann.
• Vertikaler Sicherheitsabstand - 3.565 mm.

Das heißt, es gibt keine "kompakte" 220-kV-Unterstation. (Nun, es gibt Unterstationen, die auf gasisolierten Schaltanlagen basieren. Sie können sehr kompakt sein, aber Sie möchten nicht wissen, wie viel sie kosten.)

Die Mindestgröße für eine 220-kV-Unterstation, die die erforderliche Ausrüstung enthält und alle diese Abstände einhält, beträgt mindestens 20 m × 20 m 2, dh die Größe eines Vorortgrundstücks.

Es müsste auch mindestens 4 Meter hohe Strukturen haben, die sich nur schwer in die Vorstadtlandschaft einfügen.

Zusätzlich zu den oben genannten Abständen, die erforderlich sind, um zu verhindern, dass Personen direkt durch Stromschlag getötet werden, müssen Sie auch mit Folgendem kämpfen:

• Brandschutzradius für den Fall, dass ein Transformator 10.000 Liter Isolieröl tropft und Feuer fängt. Aus dem Gedächtnis, mindestens 10 Meter.
• Radius bei elektrischer Explosion. Der typische Schwellenradius für das Empfangen von Verbrennungen zweiten Grades kann bei einigen energetischen Arten von Fehlern 10 Meter überschreiten. In diesem Umkreis ist definitiv kein ziviler Wohnungsbau erlaubt.

Schutz

Ein Fehler im 220-kV-Netz muss schnell behoben werden, da er sonst das gesamte Netz in einen instabilen Zustand versetzt (dh einen Stromausfall). Die kritische Fehlerbehebungszeit zur Vermeidung eines Stromausfalls beträgt in der Regel weniger als 1 Sekunde.

Um diese hohe Schutzgeschwindigkeit zu gewährleisten, werden sehr teure Schutzschemata (Leitungsdifferential mit LWL-Piloten, Distanzschutz) eingesetzt. Diese Schutzschemata müssen an jedem Anschluss der 220-kV-Leitung installiert werden.

Sobald wir die Kosten für -

• 220-kV-Leistungsschalter - jeweils ca. 200.000 US-Dollar, mindestens drei pro Unterstation erforderlich - zwei für den an der Unterstation vorbeiführenden Eingangs- / Ausgangsstromkreis und einer für die Abschaltung = 600.000 US-Dollar
• Zwei Sätze dreiphasiger Schutzstromwandler mit einer Nennspannung von 220 kV und "genügend" Dauerstromverstärkern - etwa 50.000 US-Dollar pro Satz (Baseballstadion) = 100.000 US-Dollar
• zwei Sätze von Schutzrelais - jeder mit einem redundanten Duplikat - jeweils ca. 20.000 US-Dollar = 80.000 US-Dollar. (Hinweis: Doppelter "X" - und "Y" -Schutz ist Standard für HV-Umspannwerke.)

... wir haben bis zu 780.000 US-Dollar nur für Schutzausrüstung pro Unterstation. Und wir haben noch nicht einmal angefangen, Hardware für Übertragungsleitungsanschlüsse, Überspannungsableiter, Sammelschienen, Stützkonstruktionen, Erdarbeiten, Zäune, Beton, Steuerungs-SPS, Steuerungshütten ... zu kaufen.

(Vergleichen Sie den 22-kV-Verteiltransformatorschutz, bei dem es sich in der Regel nur um einen Satz dreiphasiger Ausstoßsicherungen handelt. Die Gesamtkosten betragen möglicherweise 2.000 USD.)

Transformer

220-kV-Transformatoren sind groß und enthalten die gesamte Isolierung, die zur Vermeidung von Überschlägen erforderlich ist. Es gibt keinen "kleinen" 220-kV-Transformator - der kleinste, den ich gesehen habe, hat eine Nennleistung von 60 MVA und wiegt etwa 10 Tonnen.

Kontrasttypische Pol-Top-Transformatoren 22 / 0,415 kV mit einer Nennleistung von 500 kVA oder weniger. Das Gewicht ist wichtig, da es eine Höchstgrenze für das gibt, was Sie auf einem Holzpfahl haben können. Ich bin kein Tragwerksplaner, aber Sie möchten mit Sicherheit nicht mehr als eine Tonne auf einer Stange montieren.

Ist das genug Gründe?

Ein Hauptgrund dafür ist, dass diese Leitungen für die Übertragung über große Entfernungen und die Verbindung großer Netze vorgesehen sind.

Stellen Sie sich eine Autobahn vor. Meist haben sie Ausfahrten alle paar Meilen in bebauten Gebieten, und manchmal häufiger als eine Meile in besonders seltsamen Fällen, aber in den meisten Fällen sollen sie schnelles, effizientes Reisen aus großen Entfernungen ermöglichen. Zwar gibt es Häuser und Geschäfte in der Nähe von Autobahnen, aber wenn jedes seine eigene Auf- und Abfahrt hätte, wären nicht nur die Infrastrukturressourcen erheblich, sondern jedes Mal, wenn Sie ein Problem mit einer Auf- oder Abfahrt haben, die zum Schließen eines Abschnitts oder einer Fahrspur führt von der Autobahn für einen Zeitraum von Zeit beeinflussen Sie viele, viel mehr Menschen.

Wenn Sie mit dem Bau weiterer Umspannwerke beginnen, steigt das Ausfallrisiko der Übertragungsleitung aufgrund von Umspannwerksproblemen.

Außerdem sind kleinere Netze tatsächlich mit Switches mit mehreren größeren Netzen verbunden, die dann manchmal mit Switches mit mehr als einer Übertragungsleitung verbunden sind. Auf diese Weise kann ein Problem auf einer bestimmten Leitung oder einem bestimmten Netz umgeleitet werden, und es kommt zu einem für das Problem lokalisierten Stromausfall. Übertragungsleitungen sind schwieriger und kostenintensiver zu bearbeiten und zu reparieren und bilden eine wichtige Backbone-Infrastruktur für nationale Stromnetze. Wenn Kraftwerke aus irgendeinem Grund außer Betrieb gehen, können Kraftwerke in größerer Entfernung aufgrund dieser Leitungen das Spiel ausgleichen.

Schließlich sind sie elektrisch phasenausgeglichen, um die Stromübertragung am effizientesten zu gestalten. Einzelne Umspannwerke und Netze sind so ausgelegt, dass der Leistungsfaktor stimmtist so nah wie möglich an 1. Geringere Leistungsfaktoren führen zu Energieverlusten in den Leitungen und Transformatoren, was erheblichere Leiter erfordert. Diese Leitungen sind nicht für schlecht angepasste Wechselstromlasten gedacht. Industriekunden, die an die Hochspannungsleitungen angeschlossen sind, müssen häufig eine Leistungsfaktorkorrektur hinzufügen, wenn ihre Anlagen nicht richtig ausbalanciert sind. Das direktere Anschließen eines Hauses oder einer Nachbarschaft an eine Übertragungsleitung würde eine noch größere Investition in das Umspannwerk erfordern, das für deren Wartung erforderlich ist, damit die Übertragungsleitungen nicht beeinträchtigt werden. Andere Hochspannungsleitungen führen viele Kunden mit geringem Leistungsfaktor zusammen. Indem sie jedoch kleine Industrieanwender (viele Motoren) mit Heimanwendern (viele Schaltnetzteile) mischen, können die Umspannwerke den Leistungsfaktor für viel geringere Kosten und kleinere Einrichtungen ausgleichen .

Sie sind wirklich nicht für Kleinverbraucher gedacht.

Stellen Sie sich vor, wir hätten das tatsächlich getan und Stromleitungen durch ein Viertel oder daneben verlegt, und jedes Haus, das direkt an diese Stromleitungen angeschlossen ist, anstatt an ein Umspannwerk, wäre ziemlich dumm

Ich habe ein Bild gezeichnet, um zu demonstrieren, wie albern es sein könnte:

Glücklicherweise haben die Schweden Dinge gebaut, die weitaus besser sind als meine Zeichenkünste:

Das sind übrigens Telefondrähte, sie können sich etwas nähern, ohne dass schreckliche schreckliche Dinge mit den Drähten (und Menschen in der Nähe) geschehen.

Stellen Sie sich nun vor, diese Kabel sind Hochleistungskabel. Stellen Sie sich vor, Sie könnten sie nicht so dicht packen und müssten jeder Linie einen individuellen Freiraum geben. Stellen Sie sich die zusätzlichen Stützen vor, wenn Hochhäuser und Mehrfamilienhäuser die direkte Sichtlinie blockieren, zusätzliche Strukturen auf dem Weg, um alle zusätzlichen Kabel und das Gewicht und die Spannung zu tragen, die erforderlich sind, um sie an Ort und Stelle zu halten.

Stellen Sie sich vor, wie sich all diese Hochleistungskabel auf den Empfang und die Funkübertragung auswirken, und auf die zahlreichen Mikro-Unterstationen für jedes Haus.

Ich habe ein weiteres Bild gezeichnet, es ist ein kleines Dorf mit angrenzenden Stromleitungen:

Wir könnten die Stromleitungen größtenteils vergraben, aber das ist viel Graben, um ziemlich gefährliche Stromleitungen zu verlegen, es wird alles sehr teuer (was es bereits ist).

Eine einfache Lösung besteht darin, dass mehrere benachbarte Häuser ein Kabel und eine Unterstation gemeinsam nutzen. Stationen mit ausreichender Größe wären billig genug, um ganze Stadtteile zu versorgen und gleichzeitig Baukosten zu sparen und die Anzahl der Kabel zu verringern. Das kommt mir langsam bekannt vor ...

Ich denke eher, dass es am Systemschutz liegt. Wenn Sie das Getriebe abhören und es erfolgreich auf Ihre Haushaltsspannung absenken, wäre es für das Versorgungsunternehmen sehr teuer, wenn ein Fehler an Ihrem Standort auftritt.

Es ist auch kostengünstig, ein zentrales System zu haben, das den zentralen Transformator und die Hauptübertragungsleitung schützt. Darüber hinaus wären die Kosten für den Transformator, die Übertragungsleitungsspannung von etwa 69 kV, 138 kV usw. auf 120 V herabzusetzen, in der Verfolgung verrückt teuer.

Es hat also sowohl technische als auch wirtschaftliche Vorteile, das Layout so zu haben, wie es heute ist.

Ich denke, das liegt daran, dass das Hauptziel einer Hochspannungsleitung die Übertragung ist. Dies liegt daran, dass bei hohen Spannungen der durch I2R verursachte Leistungsverlust geringer ist als bei niedrigerer Spannung (bei gleicher Leistung [W] höhere Spannung => niedrigerer Strom).

Darüber hinaus können Sie die Hochspannungsleitung mit einem Transformator (500 / 0,4 kV) anschließen, der unannehmbar teuer wäre.