W dzisiejszym artykule prześledzimy całą drogę jaką musi przebyć energia elektryczna, by znaleźć się w gniazdkach naszych domów. Zapraszam!
Obwody prądu przemiennego czas zacząć!
Witam serdecznie w pierwszym artykule z serii Sieć Jednofazowa. Długo wyczekiwany i niezwykle trudny temat, na który zdecydowanie przyszedł wreszcie czas. Moim celem jest ukazanie go od tak absolutnych podstaw, o jakich żaden inny autor internetowy czy książkowy nawet nie myślał. Czy to się uda, czas pokaże, ale liczę też na wasze aktywne wsparcie w komentarzach i prywatnych wiadomościach. Coś Cię szczególnie nurtuje? Masz problemy ze zrozumieniem czegoś? Napisz mi o tym!
A tymczasem zaczynamy!
Narodziny elektryczności
Niemal dokładnie 200 lat temu pewien Duńczyk zorientował się, że poruszanie magnesem w pobliżu metalowego drutu wywołuje w nim przepływ prądu elektrycznego. Nie minęło wiele czasu nim na świat przyszły pierwsze wirujące generatory, początkowo wytwarzające prąd stały, a później również przemienny. Sukces w skali mikro w ciągu kilkudziesięciu lat rozrósł się do skali makro – mieszczące się na stole laboratoryjnym „zabawki” z czasem przybrały postać potężnych, kilkumetrowych potworów o ogromnej mocy, zwanych turbogeneratorami. Budynki, w których instalowano te kolosy nazywano wytwórniami mocy (ang. power plant), w Polsce zaś nazywamy je elektrowniami.
To właśnie elektrownie są miejscem, w których każdego dnia „rodzi się” energia elektryczna. I szczerze mówiąc sposób jej wytwarzania na przestrzeni lat praktycznie się nie zmienił – cały czas chodzi o wprawienie w ruch wirowy ogromnego magnesu, który wzbudza prąd w otaczających go tonach miedzianego drutu. Ale jak to się w praktyce robi? Pierwsze elektrownie wykorzystywały do tego rzeki. Ich rwący nurt obracał wielkim kołem, którego wał połączony był z wałem generatora. Tam gdzie warunki na to nie pozwalały, zaczęto wykorzystywać parę. Spalając przeróżne paliwa (węgiel, gaz, olej) i podgrzewając w ten sposób wodę, możemy uzyskać niezwykle gorącą parę pod bardzo wysokim ciśnieniem, której siła znacząco przewyższa strumień rzeki o tej samej objętości. Na podobnej zasadzie działa odkryta w XX wieku technologia jądrowa, z tym że w jej przypadku ciepło niezbędne do wytworzenia pary pochodzi z reakcji rozpadu jąder atomowych. I tak oto światem zawładnęły trzy gałęzie energetyki, które towarzyszą nam do dziś:
Struktura produkcji energii elektrycznej w świecie w 2009 roku
W Polsce jeszcze dekadę temu niemal 90% energii elektrycznej wytwarzano ze spalania węgla kamiennego i brunatnego. Współcześnie liczba ta spadła do około 70%, a na znaczeniu zyskały takie sektory jak energetyka wiatrowa i fotowoltaika. Jeśli jesteś ciekaw ile energii jest produkowane dokładnie W TEJ CHWILI i z jakich źródeł ona pochodzi, to na stronie Polskich Sieci Energetycznych znajdziesz aktualizowane na bieżąco dane. Oto link:
Największą fabryką elektryczności w Polsce jest Elektrownia Bełchatów w miejscowości Rogowiec. Generowana przez nią moc wynosi 5472 MW, co oznacza, że odpowiada ona za produkcję niemal 1/5 całej energii elektrycznej w naszym kraju.
W TOP3 elektrowni znajdziemy jeszcze Elektrownię Kozienice (4016 MW) oraz Elektrownię Opole (3342 MW). Każda z nich funkcjonuje w oparciu o spalanie węgla kamiennego i brunatnego (oraz w niewielkim stopniu biomasy). Z kolei jeśli chodzi o źródła odnawialne, to zdecydowanie największa jest elektrownia wodna (szczytowo-pompowa) w Żarnowcu o mocy 716 MW.
Oprócz tego w Polsce znajdziemy ponad 1200 komercyjnych instalacji wiatrowych (z których największa to Farma Wiatrowa Potęgowo o mocy 219 MW, składająca się z 81 turbin) oraz przeszło 1500 elektrowni słonecznych (w tej kategorii prym wiedzie Czernikowo w okolicach Torunia, z blisko 16 000 tysiącami paneli o łącznej mocy 3,8 MW). Poza tym, niemal na każdym kroku możemy natknąć się na przydomowe turbiny wiatrowe oraz dachy pokryte panelami fotowoltaicznymi. Ilość tego typu mikro-elektrowni liczyć należy w setkach tysięcy i trudno znaleźć ich aktualną liczbę. Bardzo łatwo za to wskazać liczbę elektrowni atomowych w Polsce – tych wciąż u nas brakuje, mimo pojawiających się co kilka lat planów budowy.
Transport elektryczności
Energii elektrycznej w Polsce nie da się obecnie magazynować na dużą skalę. Stąd, tuż po wyprodukowaniu, niezwłocznie trafia ona do odbiorców w Polsce lub jest eksportowana za granicę. Ale jak to się dzieję? Oczywiście liniami wysokiego napięcia!
Każde urządzenie elektryczne, by działać, potrzebuje energii elektrycznej. Ta dostarczana jest za pomocą poruszających się elektronów, których strumień nazywamy prądem elektrycznym. Dlaczego zatem linie przesyłowe nazywają się liniami wysokiego napięcia, a nie liniami prądowymi? Bo w ich przypadku to właśnie napięcie jest najważniejsze.
Około 200 lat temu, poza wynalezieniem generatora, miały miejsce jeszcze dwa ważne wydarzenia. Najpierw Georg Ohm opisał zjawisko rezystancji, a niedługo potem James Joule odkrył, że z jej powodu przewód, przez który płynie prąd, zaczyna się nagrzewać. Oto co wydedukował:
Q = I2 · R · t
Z powyższego równania widzimy, że ilość wygenerowanego ciepła (Q) zależy od trzech rzeczy: prądu (I), rezystancji (R) oraz czasu (t). Z równania tego można wysnuć pewien istotny wniosek: choć rezystancja i czas przepływu prądu odgrywają pewną rolę, to jednak najważniejsza jest wartość samego prądu. Zauważ: zwiększając rezystancję dwukrotnie, ilość wydzielanego ciepła również się podwaja. Ale zwiększając dwukrotnie natężenie prądu, w powietrze poleci już 4 razy więcej ciepła. Dlatego właśnie zależy nam przede wszystkim na tym, by przez linie przesyłowe płynął jak najmniejszy prąd. Bo choć generowanie ciepła jest efektem ubocznym niezwykle pożądanym w przypadku grzałek, o tyle przy transporcie elektryczności jest czystym marnotrawstwem.
Jedna duża linia przesyłowa może zasilać nawet setki tysięcy odbiorców. Jasne jest, że nie mamy wpływu na to ile energii elektrycznej każdy z nich zużywa. Czy istnieje zatem jakakolwiek możliwość zmniejszenia ilości prądu płynącego w linii? Okazuje się, że tak i najlepiej jest to wyjaśnić na przykładzie wody. Wyobraź sobie grubą rurę, przez którą przepływa 1000 litrów wody w ciągu minuty. A teraz wyobraź sobie, że pracujesz jako hydraulik i Twój szef każe Ci ułożyć obok drugą rurę, przez którą ma płynąć dokładnie tyle samo wody. Jest jednak pewien haczyk: na magazynie nie ma już grubych rur (bo są drogie), dlatego dostajesz taką o dwukrotnie mniejszym przekroju.
Jeśli w rurze fizycznie mieści się dwa razy mniej wody, a ty chcesz zapewnić taki sam przepływ jak wcześniej, to jedynym rozwiązaniem jest dwukrotne przyspieszenie strumienia. To oczywiście najprościej zrobić poprzez zwiększenie ciśnienia w rurach o czym, jako hydraulik, na pewno wiesz. Okazuje się, że z przesyłem elektryczności jest podobnie. Z jednej strony musimy zapewnić odpowiedni przepływ energii, z drugiej zaś duży prąd (podobnie jak gruba rura) sporo nas będzie kosztował. I tak jak w hydraulice możemy nadrobić wyższym ciśnieniem, tak w energetyce po prostu podnosimy napięcie. Zależność jest przy tym banalnie prosta: jeśli chcemy przesłać tę samą ilość energii i dwukrotnie ograniczyć prąd, to musimy dwukrotnie podnieść napięcie.
Wartość skuteczna napięcia docierającego do naszego domu to 400 V (napięcie międzyfazowe). Z naszej perspektywy, jako konsumentów, jest to naprawdę wysoka wartość, zdolna w mgnieniu oka zrobić nam krzywdę lub wywołać pożar. Jeśli jednak mamy mówić o produkcji i przesyle energii elektrycznej, to musimy przejsć na zupełnie inny poziom wartości. Zacznijmy może od turbogeneratorów. Na stronie internetowej Elektrowni Bełchatów dowiemy się, że wyposażona jest ona głównie w turbogeneratory GTHW360. Napięcie wyjściowe tychże jednostek wynosi, bagatela, 22 000 V (czyli, pozbywając się zer, 22 kV). Z kolei największy turbogenerator w tej samej elektrowni, czyli model 50WT25E-138, wytwarza napięcie na poziomie aż 27 kV. Sporo prawda? Ale liczby te i tak są niczym w porównaniu z wartościami stosowanymi przy przesyle energii elektrycznej na duże odległości.
Energia wytwarzana przez turbogeneratory dociera przewodami do elektroenergetycznych stacji przyelektrownianych (nie ja wymyśliłem tę nazwę). Co to za obiekty? Trudno tak naprawdę pokazać je na zdjęciu, gdyż są one integralną częścią całej, wielkopowierzchniowej elektrowni. Jest tam wiele transformatorów, sporo przewodów i słupów – ogólnie nic ciekawego. Jeśli jednak chcesz poznać ich dokładną budowę, to na końcu artykułu zamieszczę link do dokumentu Polskich Sieci Elektroenergetycznych – tam znajdziesz wszystkie szczegóły. Nam póki co wystarczy fakt, że głównym celem tychże stacji jest podniesienie napięcia do poziomów przesyłowych.
Ale cóż to jest ten „poziom przesyłowy”? To zależy przede wszystkim od tego, na jaką odległość chcemy przetransportować energię elektryczną. W Polsce ustalone zostały 3 standardowe napięcia przesyłowe (międzyfazowe):
- 220 kV i 400 kV – tak zwana sieć Najwyższego Napięcia (w skrócie NN) obejmująca przesył na odległość kilkuset kilometrów.
- 110 kV – tak zwana sieć Wysokiego Napięcia (w skrócie WN) obejmująca przesył na odległość maksymalnie kilkudziesięciu kilometrów
Na stronie Polskich Sieci Energetycznych znaleźć możemy szczegółową mapę ukazującą rozmieszczenie aktualnie eksploatowanych linii, a także tych zaplanowanych do 2030 roku. Oto ona:
Z ciekawostek wspomnę, że na terenie naszego kraju znajduje się jedna linia przesyłowa na napięcie aż 750 kV! Ma ona długość 114 km i łączy stację elektroenergetyczną w okolicy Rzeszowa z elektrownią jądrową Chmielnicka na Ukrainie. I choć linia ta została przekazana do eksploatacji już w 1985 roku, to zaledwie 8 lat później została wyłączona. Oficjalnym powodem było przystąpienie Polski w 1995 roku do UCTE (Europejskiej Unii do Spraw Przesyłu Elektryczności), po którym istniejąca linia 750 kV przestała być kompatybilna z naszym systemem. Oczywiście wciąż możliwe było dostosowanie jej do europejskich wymogów, tak jak uczyniono to chociażby z połączeniami biegnącymi na Litwę. Niestety z jakiegoś powodu linii 750 kV nie dane było powrócić do łask. Promyk nadziei mogła rozpalić rozpoczęta niedawno modernizacja stacji Rzeszów, do której wspomniana linia jest przyłączona. Niestety specjalna strona, na której możliwe jest śledzenie postępu prac, sugeruje raczej o planach przekształcenia jej na pełnoprawną stację 400 kV i niewznawianiu przesyłu 750 kV. Jeśli czytasz ten artykuł na długo po jego premierze (maj 2021r.) to ewentualne aktualizacje znajdziesz pod tym adresem:
Powróćmy jednak do tematu linii aktualnie działających i transportujących energię elektryczną. Zgodnie ze stanem na 31 grudnia 2020 roku mamy:
- 111 linii o napięciu 400 kV o łącznej długości 7 822 km,
- 169 linii o napięciu 220 kV o łącznej długości 7 380 km,
Co z liniami 110 kV? Niestety w ich przypadku Polskie Sieci Elektroenergetyczne nie podają dokładnych danych, a do tego wprowadzają małe zamieszanie. Sprawa wygląda tak: Polskie Sieci Elektroenergetyczne to spółka, która zajmuje się przesyłem energii na terenie naszego kraju. To oni są właścicielem ponad 99% linii NN (220 kV i 400 kV). Jeśli zaś chodzi o linie WN (110 kV) to pod skrzydłami PSE znajduje się ich zaledwie 1%. Mimo to na stronie spółki wielokrotnie natkniemy się na informację, że linie WN są integralną część systemu przesyłowego. W praktyce lwia część linii WN należy do dystrybutorów, takich jak Energa i Tauron, którzy, jak sama nazwa wskazuje, zaliczają je do systemu dystrybucyjnego (o którym szerzej za chwilę). Wszystko to są oczywiście tylko semantyczne przepychanki nie mające dla odbiorcy żadnego znaczenia, aczkolwiek warto zdawać sobie sprawę z istnienia pewnej hierarchii i podziałów w polskiej energetyce. I choć musiałem z tego powodu nieco więcej się naszukać, to koniec końców znalazłem źródło mówiące o tym, że na koniec 2019 roku w Polsce działało 33 461 km napowietrznych linii 110 kV (plus kilkaset kilometrów linii podziemnych).
Po ciekawostce na temat linii 750 kV przyszedł czas na kolejną: czy wiesz, że w Polsce mamy aż dwie linie Wysokiego Napięcia Stałego? Technologię tę w skrócie nazywa się HVDC (ang. High Voltage Direct Current) i jest ona z nami na świecie już od jakiegoś czasu. Sam pomysł przesyłania energii elektrycznej pod postacią prądu i napięcia stałego jest tak stary jak generatory same w sobie. Niestety z powodu wysokich kosztów musiał on początkowo ulec technologii przemiennej (a co za tym idzie Edison musiał ulec Westinghouse’owi). Temat powrócił w 1979 roku, kiedy to powstała pierwsza linia Wysokiego Napięcia Stałego w Mozambiku. Trudno jednak powiedzieć, by moment ten był jakimś wielkim przełomem dla prądu stałego. Owszem, na świecie działa obecnie kilkadziesiąt linii HVDC, ale mimo 40 lat jej wdrażania, wciąż nie stała się ona nowym standardem.
Najdłuższa linia HVDC znajduje się w Brazylii. Ma 2500 km długości i przesyła energię pod napięciem 600 kV. Jeśli chodzi o nasz kraj, to pierwszą taką linię oddano do użytku w 2000 roku i jest to podmorskie połączenie 450 kV między Polską i Szwecją o całkowitej długości 254 km. Druga z linii, tym razem napowietrzna, to linia 400 kV o długości 341 km, łącząca nas Litwą. W realizacji jest też kolejne połączenie HVDC z tym krajem, dla odmiany podmorskie. Obecnie (maj 2021r.) trwają badania dna morskiego i wytyczenia dokładnej trasy kabla. Szczegóły tego projektu, nazwanego Harmony Link, znajdziesz pod tym adresem:
A skoro już wspomniałem o kablu, to zapewne wielu z was ciekawi jak w ogóle wyglądają przewody transportujące prąd pod tak wysokim napięciem. W ich przypadku mamy trzy główne wymogi – muszą one być wytrzymałe, lekkie, a do tego mieć jak najniższą rezystancję. Ale to nie takie proste. Jeśli przewód ma mieć niską rezystancję, to najlepiej, żeby był dość gruby (bo wtedy elektrony mają więcej miejsca i nie zderzają się ze sobą tak często). To też poprawia kwestię strat. Ciepła nie tylko powstaje dzięki temu mniej, ale i większa objętość przewodnika pozwala lepiej je rozłożyć. Co za tym idzie, przewód nie osiąga tak wysokiej temperatury, a to również ogranicza straty. Wszystko ładnie-pięknie, ale niestety druga strona medalu jest taka, że gruby przewód = ciężki przewód, a my nie poruszyliśmy jeszcze nawet kwestii wytrzymałości (i kilku innych, które pominąłem, żeby nie brnąć w to zbyt głęboko).
Biorąc pod uwagę powyższe rozważania, nie powinno nas dziwić, że projektanci przewodów kombinują jak mogą, a efektem ubocznym są dość futurystyczne konstrukcje. Spójrzmy na przykład na standardowy przewód stosowany w polskich sieciach NN. Jest to konstrukcję typu ACSR/TW (ang. Aluminium Conductor Steel Reinforced / Trapezoidal Wire), a konkretnie model o jakże krótkim i łatwym do zapamiętania symbolu 468/24-A1F/UHST-261. Czyż nie wygląda pięknie?
Klasyk mawiał, że „cebula ma warstwy i ogry mają warstwy”. Teraz widzimy, że przewody typu ACSR/TW również je mają! Ich rdzeń stanowi 7 stalowych drutów (jeden centralny i 6 okalających) wykonanych ze specjalnego, ultra-wytrzymałego stopu o niskiej rozciągliwości, tzw. UHST (ang. Ultra High Strength – co z literką T? Nikt nie wie…). Co ważne, rdzeń stalowy pełni jedynie funkcję konstrukcji nośnej. Rolę przewodzącą odgrywają już kolejne warstwy, czyli trapezowe druty wykonane z aluminium typu AL1. Co ważne, każda z warstw skręcona jest przeciwnie do poprzedniej, z czego pierwsza liczy 9 drutów, następna 15, a ostatnia aż 21. Łatwo to sobie policzyć, patrząc na widok przekroju:
Pole powierzchni przekroju takiego przewodu to około 492 mm2, zaś średnica to 26,1 mm. Dwu i pół centymetrowy przewód na jednych może robić wrażenie, dla innych to po prostu typowy wtorek (pozdrawiam pracowników energetyki). Pamiętajmy jednak, że cały czas mówimy o zaledwie jednej, pozbawionej jakiejkolwiek izolacji żyle, a nie o całym kablu! Z resztą to właśnie wspomniany brak izolacji jest powodem, dla którego nowo budowane linie tak ładnie połyskują w słońcu. Polecam poszukać ;).
Myślę, że w kategorii pobieżnego poruszenia tematu transportu elektryczności spisałem się nieźle, dlatego teraz sprawdźmy co dzieje się z tym prądem, gdy ten dotrze już do naszej miejscowości.
Dystrybucja elektryczności
Napięcie płynące liniami 220 kV i 400 kV prędzej czy później dociera do punktu, w którym nie ma już miejsca na tak duże słupy, ani potrzeby ich ustawiania. Zabudowa staje się gęstsza, a odległości między kolejnymi punktami rozgałęzień coraz mniejsze. Wtedy przychodzi czas na obniżenie napięcia. Jednak nie robi się tego od razu do poziomu 400 V – powoli. Na początek z Najwyższego Napięcia zwykle schodzi się do Wysokiego Napięcia, czyli wspomnianych 110 kV, które nie wiadomo do końca czy są częścią przesyłu, czy dystrybucji. Takiego obniżenia napięcia (i przy okazji rozdziału energii) dokonuje się w charakterystycznych, wielkopowierzchniowych stacjach, jak na przykład ta w Dobrzeniu, w województwie opolskim:
Jak dobrze się rozejrzycie na peryferiach swoich miejscowości, to zapewne również takie znajdziecie. Generalnie sporo słupów, drutów i kilka dużych transformatorów – podobnie jak w przypadku stacji przyelektrownianych, tyle że nie ma obok zasłaniającej wszystko, wielkiej elektrowni.
Z tego typu stacji „w świat” wychodzi zwykle napięcie 110 kV (dlatego nazywa się je stacjami NN/WN), aczkolwiek stacja stacji nie równa i różnie może być – tylko zaznaczam! W każdym razie takie 110 kV prędzej czy później trafia do kolejnej stacji, w której z Wysokiego przerabiane jest na Średnie Napięcie (tzw. SN).
Teoretycznie w Polsce standard SN obejmuje napięcia 30 kV, 20 kV, 15 kV, 10 kV i 6 kV. No i są też sieci trakcyjne, zasilanie napięciem 3 kV. W praktyce jednak dookoła Twojego domu (nad ziemią lub pod nią) kręci się najpewniej napięcie rzędu 15 kV, bo to ono jest najbardziej popularne. Dla niektórych to już ostatni etap obniżania napięcia – mowa tutaj dużych zakładach przemysłowych, które od tego momentu radzą już sobie z energią same. Jeśli zaś chodzi o klientów indywidualnych, to na drodze do naszych rozdzielnic domowych stoi jeszcze jeden etap, czyli stacja transformatorowa SN/nN, przekształcająca Średnie Napięcie w niskie napięcie, równe 400 V.
W zależności od tego gdzie, jak i kiedy, stacje transformatorowe SN/nN mogą mieć postać na przykład małych budyneczków, takich jak ten:
Są to tak zwane stacje kontenerowe i ostatnio jedną taką zbudowali niedaleko mnie przy Biedronce, ale zapomniałem zrobić zdjęcie. Oprócz tego znaleźć można też wariant słupowy takiej stacji i tu już na szczęście zrobiłem zdjęcie:
W małych miejscowościach i na starszych osiedlach, gdzie królują linie napowietrzne, taki widok nie jest niczym niezwykłym, więc jeśli dokładnie się rozejrzysz, to sam bez trudu znajdziesz kilka podobnych okazów.
Odbiór elektryczności
Prąd schodzący z takiego słupa ma już „prawilne” napięcie międzyfazowe równe 400 V, dlatego nie pozostało nic innego jak wpuścić go w ziemię i doprowadzić do jednej ze skrzynek przyłączeniowych, takich jak ta „bidulka”:
No chyba, że mamy przyłącze napowietrzne (prosto ze słupa), wówczas taka skrzynka wisi na słupie, albo na budynku. Bez względu jednak na sytuację, prąd ma z tego miejsca już naprawdę krótką drogę do naszej domowej rozdzielnicy (rozdzielnicy, bo rozdzielnia to pomieszczenie z rozdzielnicami). Kiedyś nie było do nich czego wkładać i miały one zwykle formę małych skrzynek schowanych gdzieś w korytarzu albo pod schodami. Dziś to prawdziwe szafy, których czasami potrzeba więcej niż jedną. No i nad umiejscowieniem trzeba się poważniej zastanowić:
W takiej rozdzielnicy prąd jest po raz ostatni zabezpieczany przed nieumyślnym użytkowaniem (bo każda stacja transformatorowa też ma swoje zabezpieczenia, ale głównie przeciwpożarowe) i stamtąd płynie już sobie po ścianach, podłodze lub suficie, prosto do naszych gniazdek. Tam kończy się jego podróż, którą możemy sobie podsumować jakże prostą i czytelną grafiką, którą znajdziemy na stronie Polskich Sieci Energetycznych:
Kurtyna!
To już wszystko jeśli chodzi o drogę energii elektrycznej do naszego gniazdka. Dziękuję za uwagę i liczę, że spotkamy się w kolejnym artykule dotyczącym sieci jednofazowej! Zajrzymy w nim nieco głębiej w temat dostarczania energii elektrycznej do naszych domów, poznając przy okazji zasadę działania generatora i transformatora. Do usłyszenia!
Dzięki za poświęcony czas!
Bibliografia
- Elektrownie – M. Pawlik, S. Strzelczyk, PWN, wyd. 7, 2021r. – prawdziwe kompendium wiedzy na temat elektrowni, a także źródło danych, wykorzystanych w artykule
- Statystyka Elektroenergetyki Polskiej 2020 – H. Mikołajuk i inni, Agencja Rynku Energii S. A., Warszawa, 2020 – kolejne źródło ogromnej ilości danych na temat polskiej elektroenergetyki.
- https://www.pse.pl – strona Polskich Sieci Energetycznych
- https://www.pse.pl/documents/20182/0fad365c-3333-4cfa-89cc-91060c23f768?safeargs=646f776e6c6f61643d74727565 – dokument na temat przyelektrownianych stacji NN
- http://eneconsulting.pl/przewody-do-linii-220-i-400-kv/ – dane techniczne przewodów stosowanych w polskich sieciach NN
- https://www.eltrim.com.pl/assets/katalogi/Katalog-przewody-napowietrzne-2020.pdf – katalog przewodów do linii napowietrznych
- https://elbelchatow.pgegiek.pl/Technika-i-technologia/Blok-energetyczny-858-MW/Generator-50WT25E-138 – dane techniczne generatora 50WT25E-138
- https://elbelchatow.pgegiek.pl/Technika-i-technologia/urzadzenia-wytworcze-bloki-2-12/Generator-GTHW360 – dane techniczne generatora GTHW 360
- https://www.cire.pl/pliki/2/elektroenergetyczneliniewniewn.pdf – ciekawy artykuł na temat wszelkich rekordów świata w tematyce linii wysokiego napięcia
- http://www.energoelektronika.pl/do/ShowNews?id=3266&spis_artykulow,Technologia%20-%20HVDC,DACPOL%20Sp.%20z%20o.o – wprowadzenie do linii HVDC (portal branżowy)
O rety, wreszcie ktoś mi to wytłumaczył jak przysłowiowej krowie na rowie 🙂 Wielkie dzięki, zapisuje się do newslettera i kupuję książkę. Pozdrawiam!
Mnóstwo istotnych i dobrze przekazanych informacji. Dziękuję. Czy jednak przykład z układaniem drugiej rury przez którą ma płynąć tyle samo wody jest trafnie skonstruowany i adekwatny do przypadku przepływu energii elektrycznej. Jak rozumiem, szefowi hydraulika nie powinno chodzić o tę samą ilość wody (czyli prądu), a tę samą możliwość wykonania pracy (energii) przy użyciu mniejszej ilości wody. W przykładzie ta sama ilość wody odpowiada – zgodnie z założeniem – tej samej ilości prądu (natężenia), a przecież zależy nam aby ilość prądu (ładunków elektrycznych) była mniejsza.
Jestem bardzo wdzięczna, że trafiłam na Pana stronę. W ciągu jednego wieczora zrozumiałam na temat elektryczności więcej niż przez lata nauki w szkole 😉. Napisane z poczuciem humoru, zrozumiałym językiem, czyta się lekko i przyjemnie. Gdyby tak podawano to w szkołach… Gratuluję 🙂
Witam,
mam kilka pytań, które mnie nurtują dlaczego w przypadku połączenia np. fazy L1 z L2 dochodzi do zwarcia (niedopasowanie energetyczne? A co z elementami intuicyjnym i pojemnosciowymi, które przesuwają napięcie względem prądu?) lub zwarcie przewodu N, PE lub PEN, z którąś z faz, które są uziemione w jakimś pt. sieci i powinno dojść do wyrównania potencjałów z ziemią tak jak spełnia to swoją rolę przewód PE, gdy pojawi się potencjał na obudowie urzadzenia?
Co w przypadku gdy mamy dwa generatory prądu przemiennego o potencjale elektrycznym przykładowo 230 V i 500 V w dwóch wariantach połączenia między sobą szeregowym i równoległym?
I ostatnie pytanie: co w przypadku generatora fotowoltaicznego składającego się z dwóch łańcuchów PV generujących na pierwszym łańcuchu potencjał 250 V, a na drugim 500 V, gdy ich końce połączymy w sposób równoległy lub szeregowy? Dziękuję z góry za odpowiedź.
Z wyrazami szacunku
Maciek
Ad.1 – Między fazami dochodzi do zwarcia dlatego, że w danym momencie występują między nimi różnica potencjałów. Jak sobie zobaczysz wykres napięcia dla układu trójfazowego to tam widać to wyraźnie. A tam gdzie różnica potencjałów, tam płynie prąd. Elementy indukcyjne i pojemnościowe owszem, przesuwają trochę prąd, ale nie eliminują różnicy potencjałów.
Ad. 2 – Owszem, przewody ochronne w każdej sieci są uziemione, a więc mają potencjał fazy. Jest to konieczne, by w razie zwarcia wymusić maksymalnie duży prąd niezbędny do zadziałania urządzeń ochronnych. Pamiętaj, że każdy przewód ma swoją rezystancję (im dłuższy przewód tym rezystancja większa). Jeśli dojdzie do zwarcia L-PE, to owszem, w miejscu zwarcia przewód fazowy przyjmuje potencjał ziemi, ale im dalej w kierunku trafo, tym ten potencjał bardziej rośnie (aż do 230 V). Także ta zasada, że potencjał dwóch połączonych elementów natychmiast się wyrównuje działa w elektrostatyce, ale w elektrodynamice sprawa jest bardziej złożona ze względu na gradienty napięcia. Przeczytaj ten artykuł: https://teoriaelektryki.pl/dlaczego-nka-nie-kopie/
Ad. 3 – Łączenie źródeł AC z tego co wiem nie różni się od łączenia źródeł DC. W połączeniu szeregowym dodają się napięcia, a w równoległym wydajności prądowe. Co ważne w połączeniu równoległym napięcia muszą być takie same, albo będą płynęły prądy wyrównawcze, które nie mają żadnej funkcji poza niepotrzebnym obciążaniem źródeł.
Ad. 4 – Łączenie paneli foto to łączenie źródeł DC i wszystko działa tak jak opisałem wyżej.
W przystępnej formie. Pomocne przy pytaniach do egzaminu na uprawnienia budowlane. Bardzo dziękuje
Super opisane, dziękuję. 🙂
Dzięki!
To połyskiwanie w słońcu to pewnie wyładowania koronowe jeśli się nie mylę(przebicie w powietrzu, ale jeszcze nie łuk elektryczny). Mam pytanie, jak to jest z tym tauronem itd. to są polskie państwowe przedsiębiorstwa, czy prywatne spółki jakieś, jak to działa?
Z tym połyskiwaniem miałem raczej na myśli to, że nowe, niezaśniedziałe przewody aluminiowe po prostu się błyszczą 😉
A co do Tauronu, to jeśli chcesz dowiedzieć się czym dana spółka jest, polecam po prostu zajrzeć na jej stronę, wejść w jakiś kontakt, czy regulamin i wszystko będzie napisane. Co do podziału obowiązków w dostawie energii polecam przeczytać np. (pierwsze z brzegu):
https://www.tauron.pl/dla-firm/obsluga-i-pomoc/porady/dla-przedsiebiorcow/dostawca-a-sprzedawca-pradu
https://pl.wikipedia.org/wiki/Operator_systemu_dystrybucyjnego
O i widzę nawet linię wysokiego napięcia prądu stałego sprowadzanego ze szwecji, do tego elektrownia atomowa do 2033 r. ma już rozpocząć pracę. Obawiam się jednak, że fuzja jądrowa będzie już wszechobecna i nie będzie już energia z rozpadu atomowego opłacalna 😀 No i gdzie ta fotowoltaika, rozumiem niewiele, ale 0???? Jakim cudem mamy 0 MW z fotowoltaiki. 6GW z wiatru, z węgla i gazu 19GW, z wody 0,2GW a z fotowoltaiki 0,0 😀 Ech w tym kraju nie będzie nigdy dobrze.
Heh, właśnie zdałem sobie sprawę, że ten link pokazuje produkcję energii na aktualną godzinę, a w nocy fotowoltaika nie działa 😀 O północy człowiek już tak nie ogarnia 😀
Ostatnio Chińczycy ogłosili rekord – ich reaktor fuzyjny pracował, o ile dobrze pamiętam, całe 28 sekund! Też sądzę, że do 2033 roku pierwsze pełnowymiarowe reaktory mogą być już w bardziej lub mniej zaawansowanej fazie testów. Oby!
To jest kolejny Pana artykuł, który czytam i nadal nie mogę wyjść z podziwu.
Po pierwsze: najważniejsza sprawa(!): odpowiada Pan na komentarze/pytania/wątpliwości. To jest cecha wyróżniająca najlepszych nauczycieli/edukatorów/mentorów/dydaktyków *z pasją*.
Po drugie: fantastycznie proste przedstawienie zagadnień.
Potrzeba dużo więcej ludzi takich jak Pan!
Opisał Pan jak wygląda dostarczanie energii elektrycznej od elektrowni do gniazdka w domu. Czy mógłbym prosić o artykuł jak to wyglada w drugą stronę? Chodzi mi o sytuację, w której na dachu są panele PV (a to się powoli robi norma) a w domu falownik pozwalający na przesył energii wyprodukowanej ze Słońca do sieci energertycznej. I w tym kontekście co PSE robi z nadmiarem energii pochodzącej od prosumentów w słoneczne południe?
W skrócie: jest z takim prądem problem. Obecnie nie mamy systemów magazynowania energii, więc albo zużyją go inni użytkownicy, albo trzeba go sprzedawać za granicę. Bywały już sytuację, że z powodu ogromnej nadwyżki produkcji, prąd miał ujemną cenę na giełdzie. Innymi słowy dystrybutorzy płacili każdemu chętnemu, kto chciał taką nadwyżkę przyjąć.
Ogólnie produkcja z mikroinstalacji PV jest bardzo problematyczna. W ostatnich latach dopłaty dawane były na ślepo, byle tylko wyrobić normy narzucane przez UE co do Odnawialnych Źródeł Energii. Teraz rządzący chyba się pokapowali, że to nie takie proste i ostro ucinają dotacje. Teraz zapewne ponownie wróci moda na wiatraki (a rządzący się z nimi po tych kilku latach przeproszą), ale prawdziwym problemem jest niedostosowanie naszej sieci do tak ogromnego udziału OZE. No i nikt też nie myśli co zrobić z tymi wszystkimi panelami, gdy skończy się ich przydatność do eksploatacji. W grę wejdą zapewne duże pieniądze za utylizację i chyba nie muszę mówić kto za to zapłaci? Albo zrobią to właściciele mikroinstalacji, albo rząd, czyli innymi słowy wszyscy obywatele.
Co do artykułu, to myślę, że na pewno by się taki przydał, aczkolwiek do tego jeszcze długa droga – najpierw chcę dobrze wyjaśnić działanie sieci jednofazowej w jedną stronę.
Mam pytanie dotyczące podwyższania napięcia i obniżania w ten sposób natężenia. Z prawa Ohma wynika, że podwyżając napięcie podwyższamy również samo natężenie. Co prawda nie jest biegły w tym temacie i nie wiem dokładnie jak wygląda prawo Ohma dla prądu przemiennego, ale jakby samo założenie jest takie, że wzrost napięcia zakłada wzrost natężenia. Dlaczego w tym przypadku zależoność jest inna?
Jest to dość trudna do wytłumaczenia kwestia bez kilku rysunków oraz wprowadzenia w świat transformatorów i prądu przemiennego. Mimo to spróbuję nakreślić Ci tę kwestię. Zacznijmy od końca, czyli od naszego domu, bo w przesyle energii elektrycznej to właśnie odbiorniki są najważniejsze. Od tego co mamy w domu zależy wszak ile prądu (a więc i mocy elektrycznej) będziemy pobierać. Załóżmy dla uproszczenia sieć jednofazową. W naszym domu napięcie jest ustalone na poziomie 230 V. Załóżmy, że mamy tylko i wyłącznie grzejnik elektryczny, który pobiera 10 A (bo jego rezystancja to 23 Ω). Idąc od naszego domu wzdłuż linii w końcu natrafimy na transformator słupowy (lub stację trafo), w której nasze 230 V ulega przekształceniu w 15 kV. I teraz ważna sprawa – transformator to takie sprytne urządzenie, które samo w sobie nie „pobiera” żadnego prądu i nie powoduje spadku napięcia (pomijamy drobne straty). Innymi słowy transformator nie zużywa ani odrobiny energii elektrycznej bo i sam nie dokłada żadnej dodatkowej rezystancji. Wynika stąd, że moc elektryczna przed i za transformatorem jest taka sama i fakt ten działa na naszą korzyść. Zapewne doskonale wiesz na czym polega główne zadanie transformatora: wykorzystuje on związek elektryczności i magnetyzmu, dzięki czemu prąd w obwodzie pierwotnym jest w stanie wzbudzić napięcie w obwodzie wtórnym. Związek elektryczności z magnetyzmem pozwala nam dodatkowo manipulować wartością tego napięcia poprzez modyfikację liczby zwojów na wyjściu. Podsumowując, mamy dwie istotne kwestie w przypadku transformatorów: napięcie może się zmieniać, jednak moc zawsze pozostaje ta sama. A skoro od trafo do naszego domu płynie 10 A przy 230 V, to po drugiej stronie, przy 15 kV, prąd musi być znacznie mniejszy.
A gdzie tu jest Prawo Ohma? Ono nigdzie nie zniknęło. Trafo przekształcające 15 kV w 230 V ma przełożenie około 65x. Gdyby w linii docierającej do trafo nie było 15 kV, a na przykład 30 kV, wówczas, z trafo wyszłoby do naszego domu jakieś 500 V, a przez grzejnik płynęłoby już około 20 A. Trudno powiedzieć, czy biedak by to przeżył 😉 Innymi słowy trafo to tak jakby jeden z elementów linii przesyłowej, który robi jakąś tam sztuczkę, ale wiele nie zmienia, bo moc jest finalnie taka sama. Prawo Ohma mówi już o sytuacji globalnej, czyli o relacji źródła, przewodów i odbiorników. Dlatego właśnie zwiększenie napięcia w elektrowni spowodowałoby wzrost prądu na końcu, bo to dodatkowa energia. Sama manipulacja napięciem na linii niczego nie zmienia, bo nie dodaje ona do układu energii.
Mam nadzieję, że co nieco udało mi się wyjaśnić 🙂
Dziękuję, teraz rozumiem:) Bardzo cenię Pana pracę w postaci artykułów i późniejszym aktywnym udziale w dyskusji pod publikowanymi tekstami.
Serdecznie pozdrawiam:)
Mam pytanie bo do końca nie rozumiem idei przesyłania energii pod wysokim napięciem?
Oczywiście chodzi w tym przypadku o przesyłanie mocy na duże odległości właśnie ”mocy”zwiększając napięcie sprawiamy że maleje natężenie prawda?ilość przepływających elektronów w jednostce czasu staję się mniejsza lecz energię jaką niosą ze sobą moją znaczną.Można tak to sobie wytłumaczyć że pomimo że prąd jest mały to elektrony posiadają bardzo dużą energie nabytą za sprawą wysokiego napięcia,więc mniejsze natężenie potrafi wygenerować większą moc.
Exactly – jak mawiają ludzie zachodu. Dobrze to rozumiesz. I dzięki za komentarz – widzę, że mogłem to jaśniej wytłumaczyć. W skrócie chodzi o to, że napięcie nie mówi nam o tym ile energii płynie, a ile przypada jej NA KAŻDY ELEKTRON. Im mniejsze napięcie, tym więcej musimy wysłać elektronów, a im napięcie wyższe, tym mniej elektronów potrzeba, by przesłać tę samą energię w danym czasie (lub moc, jeśli mówimy o sytuacji chwilowej).
Ja dziękuję za odpowiedz 🙂 źle pan nie tłumaczy zawsze można przecież dopytać w komentarzach prawda.
Dziękuję za tą wspaniałą stronę poświęconą elektryczności,kawał dobrej roboty pan wykonuję.
Czekam z niecierpliwością na kolejny artykuł z serii o prądzie przemiennym bo to bardzo ciekawy a zarazem trudny temat?ale z takim nauczycielem jak pan będzie super i na pewno to ogarniemy pozdrawiam.
Ale gdy podwyższamy napięcie to przy stałym oporze rośnie natężenie. Proszę o wyjaśnienie.
Tak, ale to działa tylko wtedy, gdy zwiększamy napięcie źródła, czyli de facto dodajemy energię do układu. Jeśli zwiększysz napięcie trafiające do trafo, to wspomniane przez Ciebie Prawo Ohma zadziała i przez trafo popłynie większy prąd. Manipulacja napięciem w samym trafo nie dodaje/ujmuje energii z układu, więc moc musi być stała. Trafo to po prostu urządzenie o zerowej rezystancji (w idealnym świecie), które tylko zmienia relację prąd/napięcie. Nie ma więc ono nic wspólnego z Prawem Ohma.
Dziękuję za krok bliżej do mojego zrozumienia. Czyli podsumowujac aktualny jego stan: w obwodzie pierwotnym prawo Ohma obowiazuje. A obwod wtorny zmienia relacje prad/napiecie zachowujac moc obwodu pierwotnego. I tu rozumienie sie konczy bo w obwodzie wtornym prawo Ohma nie działa. Przyjmujac np. ze ustali sie napiecie to prad powinien zalezec od oporu obwodu wtórnego. A on zalezy od mocy obwodu pierwotnego. Gdzie tu jest błąd w rozumowaniu?
Nie jest prawdą, że po stronie wtórnej Prawo Ohma nie działa. Chodziło mi tylko o to, że sam transformator nie dokłada się do rezystancji.
Aby to w pełni zrozumieć musimy zacząć od podstawowego postulatu: Wartość prądu ustalana jest przez obciążenie. Granicą jest oczywiście wydajność źródła, ale zakładamy, że nasz odbiornik podłączony jest do sieci, która z naszego punktu widzenia jest źródłem nieograniczonym.
Załóżmy, że odbiornik to grzałka o rezystancji 100 omów, a my chcemy grzać mocą 100 W. To oznacza, że potrzebujemy prądu o natężeniu 1 A. W takim wypadku po stronie wtórnej musimy zapewnić 100 V.
Załóżmy, że przełożenie napięciowe transformatora to 2:1. W takim układzie, aby po stronie wtórnej było 100 V, musimy zapewnić po stronie pierwotnej 200 V. Dzięki temu, że napięcie po stronie pierwotnej jest wyższe, to będzie tam płynął prąd 0,5 A. (200 V * 0,5 A = 100 V * 1 A – moc jest zachowana).
Jeśli po stronie pierwotnej trafo nie zapewnimy 200 V, a jedynie 100 V, wówczas po stronie wtórnej będzie 50 V, a prąd spadnie do 0,5 A. Moc grzania spadnie zatem dwukrotnie, a to jest dowód, że Prawo Ohma działa od strony pierwotnej, bo manipulacja napięciem zmieniła uzyskaną moc.
A co do Prawa Ohma po stronie wtórnej, to możemy teraz np. zwiększyć moc grzania do 200 W. W tym celu możemy zamienić grzałkę na taką o rezystancji 50 omów. Teraz przy 100 V napięcia wtórnego, przez grzałkę płynie prąd 2 A, więc Prawo Ohma również tutaj działa.
Bardzo dziękuję za cierpliwość w tłumaczeniu ! 🙂
Kluczowe było stwierdzenie : „Wartość prądu ustalana jest przez obciążenie.”
Pierwotnie, po lekturze artykułu wywnioskowałem błędnie że „umiemy” sobie podwyższać napięcie i obniżać natężenie w oderwaniu od wartości oporu (czy to ma Pan na myśli przez pojęcie 'obciążenie’). Bo w ten sposób redukujemy straty (wynika to w sposób oczywisty z wzoru).
Dzięki za ciekawy artykuł! A planujesz napisać coś na temat budowy i zasady działania transformatorów? Chyba, że któryś z Twoich poprzednich artykułów o tym traktuje? (nie mogłem znaleźć…) Pozdrawiam!
O transformatorach jeszcze nic nie ma, ale na pewno wkrótce coś się pojawi. Muszę tylko dorwać jakąś dobrą książkę na ich temat, żeby nie pisać głupot 😉
Dziękuję, teraz rozumiem:) Bardzo cenię Pana pracę w postaci artykułów i późniejszym aktywnym udziale w dyskusji pod publikowanymi tekstami.
Serdecznie pozdrawiam:)