ส่วนประกอบสำคัญสี่อย่างของระบบพลังงานไฟฟ้า
ระบบไฟฟ้ากำลัง
โดยทั่วไปคุณต้องยอมรับว่าระบบพลังงานไฟฟ้าเป็นโครงการที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยส่วนผสมหลักสี่อย่าง ทีนี้มาดูรายละเอียดของแต่ละ ingridient กัน:
ส่วนประกอบสำคัญสี่อย่างของระบบพลังงานไฟฟ้า (เครดิตภาพ: afconsult.com)
1. การไฟฟ้า
ทุกประเทศในขณะนี้มีเสบียงของกระแสไฟฟ้าให้กับผู้บริโภคที่เชื่อมต่อ ในประเทศอุตสาหกรรมหลายแห่งมีการติดตั้งระบบกริดหรือระบบกระจายทั่วประเทศเพื่อให้สามารถสร้างโรงงานได้ “ รวมกลุ่ม” ผ่านการเชื่อมต่อระหว่างกันเพื่อจัดหาลูกค้า จากคอมเพล็กซ์อุตสาหกรรม / โรงงานไปจนถึงผู้บริโภคที่อยู่อาศัยขนาดเล็กที่สุดอาจจะมีเพียงแสงเดียวหรือชุดทีวี
ตัวอย่างคือปั๊มน้ำไปยังอ่างเก็บน้ำที่สูงขึ้นซึ่งผลผลิตพืชที่สร้างขึ้นจะต้องตรงกับความต้องการของโหลดทันทีพร้อมการสูญเสีย (หวังว่าจะน้อยกว่า 10%) ในการขนส่งและการส่งมอบพลังงานที่ต้องการ (หน่วยของ kWh)
ด้วยเหตุผลที่ดีมากมาย ผู้บริโภครายย่อยส่วนใหญ่ต้องการแหล่งจ่ายไฟที่แรงดันต่ำ (เช่น 230 V ในยุโรป 110V ในสหรัฐอเมริกา) ในขณะที่การสูญเสียต่ำไฟฟ้าจะต้องส่งผ่านระยะทางใด ๆ ที่แรงดันสูง (400 kV ในยุโรปสูงถึง 700 kV ในสหรัฐอเมริกา / แคนาดา)
ในทางกลับกัน ประหยัดที่สุดที่ประมาณ 20 kV ดังนั้นจึงต้องมีแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นไปยังระบบส่งสัญญาณและแรงดันไฟฟ้าลดลงเพื่อจำหน่ายให้กับผู้บริโภคจำนวนน้อย
การเปลี่ยนแปลงนี้เกิดขึ้นได้อย่างง่ายดายโดยหม้อแปลงที่มีประสิทธิภาพสูงซึ่งต้องการเนื่องจากกฎของฟาราเดย์คือแรงดันไฟฟ้าสลับที่ 50 Hz ในยุโรปญี่ปุ่นออสเตรเลียฯลฯ และ 60 เฮิร์ตซ์ในทวีปอเมริกา. เพื่อให้ต้นทุนวัสดุมีค่าน้อยที่สุดการส่งและการจัดจำหน่ายทำได้ดีที่สุดโดยใช้ระบบ 3 เฟส แต่มีเพียงอุปทานเฟสเดียวเท่านั้นที่ผู้บริโภครายย่อยต้องการ
ผู้บริโภคขนาดใหญ่และขนาดกลางเช่นกระบวนการอุตสาหกรรมโรงงานอาคารขนาดใหญ่และโรงพยาบาลเป็นต้นมีการจ่ายไฟฟ้าที่แรงดันไฟฟ้าสูงกว่าผู้บริโภครายเล็ก ที่ระหว่าง 10 ถึง 20 kV.
ดังนั้นระบบการจัดจำหน่ายจำนวนมากประกอบด้วยหม้อแปลงแบบแยกขั้นตอนสายเคเบิลหรือสายเหนือศีรษะ ใช้งานที่แรงดันไฟฟ้านี้และมีเพียงการเชื่อมต่อสุดท้ายที่สั้นเมื่อเทียบกับผู้บริโภครายย่อยรายย่อยใช้งานที่ 230V หรือ 110 V โดยปกติแล้วจะใช้ระบบ 3 เฟส
ย้อนกลับไปยังรายการระบบอินพุทระบบไฟฟ้า↑
2. ระบบส่งกำลัง
ส่วนหนึ่งของเครือข่ายการสร้างและการส่งสัญญาณทั่วไปเป็นภาพไดอะแกรมบรรทัดเดียวดังรูปที่ 1 ควรสังเกตว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชื่อมต่อกันด้วยระบบ 3 เฟส และมันเป็นสิ่งสำคัญที่พวกเขาทำงานพร้อมกัน. หากเครื่องกำเนิดไม่สามารถอยู่ในการซิงโครไนซ์เนื่องจากความผิดพลาดได้มันจะต้องถูกตัดการเชื่อมต่อโดยเครื่องตัดวงจรของมันมิฉะนั้นระบบทั้งหมดอาจพัง
ระบบการจัดจำหน่ายจะถูกป้อนจากเครือข่ายไฟฟ้าแรงสูงผ่านหม้อแปลงแบบแยกขั้นตอนและมีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็กมากขึ้นเรื่อย ๆ “ ฝังตัว” ในเครือข่ายการกระจาย เพิ่มไปยังเอาต์พุตพลังงานรวมของระบบที่ซิงโครไนซ์
รูปที่ 1 - ส่วนหนึ่งของเครือข่ายการสร้างและการส่งสัญญาณทั่วไป
ในอุตสาหกรรมการจ่ายกระแสไฟฟ้าที่เลิกกฎ(ESI), เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามารถเป็นเจ้าของและดำเนินการโดยสาธารณูปโภคที่แตกต่างกัน, สายส่งและสถานีย่อยที่เป็นของนักลงทุนอื่น ๆ และวัสดุสิ้นเปลืองให้กับระบบการกระจายซื้อภายใต้สัญญากับผู้จัดจำหน่ายเอกชนหรือซัพพลายเออร์
เพิ่มมากขึ้นสำหรับการเชื่อมต่อใต้ทะเลหรือการเชื่อมต่อระหว่างเครือข่ายที่ไม่ได้อยู่ในการซิงโครนัสกระแสตรงแรงดันสูงโดยใช้เซมิคอนดักเตอร์เป็นส่วนปลายด้านหนึ่งและอินเวอร์เตอร์ที่ใช้ การเชื่อมต่อดังกล่าวควรได้รับการพิจารณาว่าเป็นทางเลือกในการ สัมพันธ์
ย้อนกลับไปยังรายการระบบอินพุทระบบไฟฟ้า↑
3. การกระจาย
ระบบการกระจายแรงดันไฟฟ้าปานกลางและต่ำแตกต่างกันไปในการออกแบบและเลย์เอาต์ของพวกเขาขึ้นอยู่กับท้องที่ที่ให้บริการ ในพื้นที่เขตเมืองที่ผู้บริโภคมีจำนวนมากและมีความเข้มข้นเครือข่ายใต้ดินที่มีการติดตั้ง substations หม้อแปลงไฟฟ้าระยะห่างอย่างใกล้ชิดมีการติดตั้งขนาดเพื่อตอบสนองความต้องการสูงสุดที่คาดหวังหลังจากคำนึงถึงความหลากหลายเฉลี่ยของการใช้งานของลูกค้า
รูปที่ 2 แสดงให้เห็น เครือข่ายเมืองทั่วไป โดยที่แต่ละบรรทัดเดียวแทน 3 เฟสที่อยู่ภายในสายเคเบิลใต้ท้องถนน
รูปที่ 2 - การจัดเรียงทั่วไปของการส่งมอบไปยังเครือข่ายในเมืองในสหราชอาณาจักร
เนื่องจากความซับซ้อนของการปกป้องระบบถ้ามันเชื่อมต่อกันอย่างสมบูรณ์มันเป็นเรื่องปกติที่จะใช้งานมันเป็นระบบเรเดียลที่ป้อนจากสถานีย่อยหลัก แต่อนุญาตให้วงจรที่จะจัดจำหน่ายโดยการเชื่อมต่อทางเลือกหากวงจรใด ๆ จะถูกตัดการเชื่อมต่อภายใต้ความผิดหรือเงื่อนไขการบำรุงรักษา
รูปที่ 3 แสดงการกระจายตัวแบบชนบทระบบที่ส่วนคะแนนอนุญาตให้สลับใหม่ด้วยตนเองเพื่อเรียกคืนอุปกรณ์สิ้นเปลืองหลังจากการขาดการเชื่อมต่อฟิวส์ เส้นค่าโสหุ้ยทั้ง 3 เฟสหรือเฟสเดียวเป็นบรรทัดฐานดังนั้นจึงช่วยให้ซ่อมแซมได้อย่างรวดเร็วด้วยลูกเรือที่มีความเหมาะสม
รูปที่ 3 - ระบบการกระจายสินค้าในชนบทแบบทั่วไปที่ 11kV พร้อมหม้อแปลงแบบ step-up และ step-down ซึ่งได้รับการป้องกันโดยฟิวส์
ย้อนกลับไปยังรายการระบบอินพุทระบบไฟฟ้า↑
4. โหลด
ความต้องการของผู้บริโภคในระบบไฟฟ้ามักเรียกว่า "โหลด" และแน่นอนมันจะแตกต่างกันในแต่ละชั่วโมงแต่ละวันและแต่ละฤดูกาล เส้นโค้งการโหลดรายวันโดยทั่วไปที่รวมอยู่ทั่วทั้งระบบอังกฤษและเวลส์แสดงในรูปที่ 4
ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้เอาต์พุตของตัวสร้างทั้งหมดจะต้องตรงกับความต้องการนี้และสิ่งนี้ต้องการให้เครื่องกำเนิดมีความยืดหยุ่น
ในบางครั้งเมื่อความต้องการคาดว่าจะผันผวนประมาณ 5% หรือภายในไม่กี่นาที (อาจเกิดขึ้นในเหตุการณ์ทั่วประเทศเมื่อมีการเปิด / ปิดหม้อหุงหรือหม้อหุงโดยประสานงานกับรายการโทรทัศน์) จากนั้นจะมีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจำนวนหนึ่งโดยเฉพาะผู้ที่ตอบสนองอย่างรวดเร็ว
หากกราฟความต้องการของรูปที่ 4 ถูกพล็อตตามลำดับจากมากไปน้อยดังในรูปที่ 5 แผนภาพที่แสดงจะแสดงเส้นโค้งระยะเวลา กว่าหนึ่งปีของการดำเนินการเส้นโค้งนี้บ่งบอกถึง ตัวประกอบภาระ โรงงานผลิตชนิดต่าง ๆ สามารถดำเนินการได้
รูปที่ 4 - ฤดูร้อนและฤดูหนาวของ NGC สำหรับ 1995/96 (ไม่ใช่การแก้ไขสภาพอากาศ)
โดยปกติโรงงานมีราคาถูกที่สุดต่อกิโลวัตต์ต่อชั่วโมงจะทำงานที่โหลดพื้นฐานและโรงงานพีคกิ้งจะทำงานบนตัวประกอบกำลังไฟฟ้าขนาดเล็กมากรอบความต้องการสูงสุด โรงงานอื่น ๆ ขึ้นอยู่กับลักษณะและต้นทุนการผลิตคาดว่าจะทำงานที่ปัจจัยโหลดระดับกลางซึ่งอาจสร้างในระหว่างวันและปิดตัวลงในเวลากลางคืน
รูปที่ 5 - เส้นโค้งระยะเวลาความต้องการสำหรับความต้องการทั่วไปในฤดูหนาว
ในระบบที่เชื่อมต่อกันหรือพูลพลังงานที่ไหนอนุญาตให้ทำการซื้อขายพลังงานได้การทำงานของระบบมีความซับซ้อนมากขึ้น ในกรณีนี้โรงงานสร้างที่มีอยู่อาจพบว่ามันไม่สามารถพึ่งพาฐานปฏิบัติการหรือโหลดกลางและต้องติดตั้งและทำงานตามพอร์ตการส่งออกของสัญญามากกว่าในแง่เศรษฐกิจ
ความพร้อมของสัญญาระยะยาวทั้งในด้านการจัดหาเชื้อเพลิงและด้านพลังงานเอาท์พุทน่าจะเป็นคุณสมบัติที่โดดเด่นของการวางแผนในอนาคต
ย้อนกลับไปยังรายการระบบอินพุทระบบไฟฟ้า↑
อ้างอิงถึง// หนังสืออ้างอิงของวิศวกรไฟฟ้าโดย M. A. Laughton CEng., FIEE และ D. J. Warne CEng., FIEE (ซื้อปกแข็งจาก Amazon)