¿Por qué los consumidores ubicados cerca de líneas de alto voltaje generalmente no están conectados a esas líneas sino que están conectados a través de una línea de bajo voltaje más baja?

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Una red típica usa 110.500 kilovoltios de líneas para entregar electricidad a subestaciones que bajan eso a 6..20 kilovoltios y luego líneas con ese voltaje más bajo llegan a los consumidores donde aún hay otras subestaciones que finalmente bajan esos 6-20 Kilovoltios a voltaje del consumidor (100 o 230 voltios o cualquiera que sea el estándar local).

Esas líneas de 110.500 kilovoltios a menudo pasan a través de las áreas donde se encuentran los consumidores. Los consumidores podrían conectarse a esas líneas a través de transformadores que acepten, por ejemplo, 110 kilovoltios y generen voltaje para el consumidor. En lugar de eso, esas líneas se extienden a algún lugar lejano y luego otra línea eléctrica regresa con un voltaje más bajo y un consumidor está conectado a este último. Eso es un montón de cableado extra.

¿Cuál es la razón de este diseño? ¿Por qué no conectar a los consumidores a la línea eléctrica más cercana?

    
pregunta sharptooth

5 respuestas

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HV (66kV - 500kV) es ... difícil de tratar.

Recortaré las razones que se me ocurran por la parte superior de mi cabeza.

Todas las cifras que siguen (pesos, dólares) son guesstimates de orden de magnitud.

Permisos

Usemos 220kV como ejemplo. El estándar australiano de subestaciones HV AS 2067 designa las siguientes autorizaciones requeridas para equipos de 220 kV:

  • Fase a tierra - 2100mm. Es decir, ningún conductor de 220 kV puede estar a menos de 2 metros de cualquier conductor conectado a tierra (por ejemplo, un tanque de transformador o un polo de acero). Edición : En realidad, debería haber citado la Distancia de No Flashover (N) aquí. em>
  • Aclaramiento de fase a fase - 2,415 mm. Es decir, los conductores aéreos de 220 kV deben estar separados por lo menos a 2.4 m en todo momento.
  • espacio de seguridad horizontal - 4,125 mm. Todas las partes vivas deben estar al menos a 4,125 mm por encima de cualquier superficie en la que una persona pueda pararse.
  • Espacio de seguridad vertical: 3,565 mm.

Lo que quiere decir que no existe una subestación de 220 kV 'compacta'. (Bueno, hay; las subestaciones basadas en celdas con aislamiento de gas pueden ser muy compactas, pero no quiere saber cuánto cuestan).

El tamaño mínimo para una subestación de 220 kV, que contiene el equipo requerido y mantiene todas estas distancias, es de al menos un cuadrado de 20 mx 20 m, es decir, el tamaño de un bloque de tierra suburbana.

También debería tener estructuras de al menos 4 metros de altura, lo que es difícil de mezclar con el paisaje suburbano.

Además de las autorizaciones anteriores requeridas para evitar que las personas se electrocuten directamente, también tiene que lidiar con -

  • Radio de seguridad contra incendios en caso de que un transformador deje caer 10.000 litros de aceite aislante y se incendie. De memoria, al menos 10 metros.
  • Radio en caso de explosión eléctrica. El radio de umbral típico para recibir quemaduras de segundo grado 'sobrevivebles' puede superar los 10 metros para algunos tipos de fallas energéticas. Definitivamente no se permiten viviendas para civiles dentro de este radio.

Protección

Un fallo en la red de 220 kV debe eliminarse rápidamente, o impulsará a toda la red a un estado inestable (es decir, apagón). El "tiempo crítico de eliminación de fallos" para evitar un apagón suele ser mucho menor que 1 segundo.

Se utilizan esquemas de protección muy costosos (línea diferencial con pilotos de fibra óptica, protección de distancia) para garantizar esta alta velocidad de protección. Estos esquemas de protección deben instalarse en cada terminal de la línea de 220 kV.

Una vez que tengamos en cuenta el costo de -

  • Interruptores automáticos de 220 kV: alrededor de $ 200,000 cada uno, mínimo tres requeridos por subestación, dos para el circuito entrante / saliente que continúa más allá de la subestación, y uno para el T-off = $ 600,000
  • dos juegos de transformadores de corriente de protección trifásica con capacidad de 220 kV, y "suficientes" amperios continuos: alrededor de $ 50,000 por juego (estadio) = $ 100,000
  • dos conjuntos de relés de protección, cada uno con un duplicado redundante, aproximadamente $ 20,000 cada uno = $ 80,000. (Nota: la protección duplicada de "X" e "Y" es estándar para las subestaciones de alto voltaje).

... estamos hasta aproximadamente $ 780,000, solo en equipos de protección, por subestación. Y ni siquiera hemos empezado a comprar hardware de terminación de línea de transmisión, desviadores de sobretensiones, barras colectoras, estructuras de apoyo, movimientos de tierra, cercas, concreto, PLC de control, cabaña de control ...

(Compare la protección del transformador de distribución de 22 kV, que generalmente es solo un juego de fusibles de expulsión de expulsión de tres fases, el costo total puede ser de $ 2,000).

Transformers

Los transformadores de 220 kV son grandes, a fuerza de todo el aislamiento requerido dentro de ellos para evitar el incendio. No existe tal cosa como un transformador "pequeño" de 220 kV, el más pequeño que he visto tiene una capacidad nominal de 60 MVA y pesa aproximadamente 10 toneladas.

Contraste de los transformadores típicos de polo superior 22 / 0.415kV que están clasificados para 500kVA o menos. El peso es importante porque hay un límite máximo para lo que puedes tener sobre un palo de madera. No soy ingeniero estructural, pero ciertamente no querrá montar en poste nada más que una tonelada.

¿Son suficientes razones?

    
respondido por el Li-aung Yip
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Una de las principales razones es que estas líneas son para transmisión a larga distancia e interconectan redes grandes.

Imagina una carretera. En su mayoría, tienen salidas cada pocas millas en áreas construidas, y en ocasiones con una frecuencia mayor a una milla en casos particularmente extraños, pero en la mayoría de los puntos están destinados a permitir un viaje rápido y eficiente desde largas distancias. Si bien claramente hay casas y negocios cerca de las autopistas, si cada una tuviera su propia rampa de entrada y salida, no solo serían significativos los recursos de infraestructura, sino también cada vez que tenga un problema con una rampa de entrada o salida que termine cerrando una sección o un carril. de la autopista por un período de tiempo que afecta a muchas, muchas más personas.

Si comienza a construir más subestaciones, aumenta el riesgo de tiempo de inactividad de la línea de transmisión debido a problemas con la subestación.

Además, las redes más pequeñas están conectadas a varias redes más grandes con interruptores, que a veces se conectan a más de una línea de transmisión con interruptores. Esto permite que un problema en cualquier línea o cuadrícula determinada se enrute alrededor, y resulta en una pérdida de energía que se localiza en el problema. Las líneas de transmisión son más difíciles y más costosas de trabajar y reparar, y son una infraestructura esencial de red troncal para las redes eléctricas nacionales. Cuando las plantas de energía se desconectan por cualquier motivo, las plantas de energía mucho más alejadas pueden tomar el relevo debido a estas líneas.

Por último, eléctricamente están equilibrados en fase para la transmisión más eficiente de electricidad. Las subestaciones individuales y las rejillas están diseñadas para que el factor de potencia esté lo más cerca posible de 1. Los factores de menor potencia provocan una pérdida de energía en las líneas y transformadores, lo que requiere conductores más sustanciales. Estas líneas no están diseñadas para cargas de CA mal emparejadas. Los clientes industriales que se conectan a las líneas de mayor voltaje a menudo tienen que agregar una corrección del factor de potencia si sus plantas no están correctamente equilibradas. Conectar una casa o un vecindario más directamente a una línea de transmisión requeriría una inversión aún mayor en la subestación necesaria para darles servicio, de modo que las líneas de transmisión no se vean afectadas. Otras líneas de alto voltaje combinan a muchos clientes con un factor de potencia pobre, pero al mezclar pequeños usuarios industriales (gran cantidad de motores) con usuarios domésticos (gran cantidad de fuentes de alimentación de conmutación), las subestaciones pueden equilibrar el factor de potencia a un costo mucho menor e instalaciones más pequeñas . Colocar cargas desequilibradas directamente en las líneas de transmisión provocaría más dolores de cabeza que los coordinadores de transmisión de energía que ya enfrentan.

Realmente no están diseñados para pequeños consumidores.

    
respondido por el Adam Davis
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Imagínese si realmente hiciéramos esto, y tuviéramos líneas eléctricas conectadas a un vecindario o al lado, y cada casa conectada directamente a estas líneas eléctricas en lugar de una subestación, sería bastante tonto

Dibujé una imagen para demostrar lo tonta que podría ser:

Afortunadamente,lossuecosconstruyeronlascosasmuchomejorquemishabilidadesdedibujo:

Por cierto, esos son cables telefónicos, pueden acercarse un poco sin que sucedan cosas terribles y terribles a los cables (y las personas cercanas).

Ahora imagine que esos cables son cables de línea de alta resistencia. Imagine que no podría empacarlos tan densamente y tuvo que dar a cada línea un espacio individual. Imagine los soportes adicionales para cuando los bloques de torres y los edificios de apartamentos bloqueen la línea de visión directa, estructuras adicionales en el camino para soportar todo el cableado adicional y el peso y la tensión necesarios para mantenerlo en su lugar.

Imagine el impacto que todos estos cables de alto voltaje para servicio pesado tienen en las transmisiones de radio y recepción, y las numerosas subestaciones de cada casa.

Dibujé otra imagen, es un pequeño pueblo con líneas eléctricas adyacentes:

Podríamos enterrar las líneas eléctricas la mayor parte del camino, pero eso es un montón de excavación para colocar líneas eléctricas bastante peligrosas, todo va a ser muy costoso (que ya es).

Una solución simple sería que varias casas adyacentes compartan un cable y una subestación. Estaciones de tamaño suficiente serían lo suficientemente baratas como para soportar vecindarios enteros mientras ahorran en costos de construcción y reducen la cantidad de cables. Todo esto está empezando a sonar familiar ...

    
respondido por el Tom J Nowell
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Estoy pensando más en que se debe a la protección del sistema. Si elimina la transmisión y la baja con éxito a la tensión de su hogar, sería muy costoso para la empresa de servicios públicos si se produce un fallo en su ubicación.

También es rentable tener un sistema central que proteja el transformador central y la línea de transmisión principal. Además, el costo del transformador para reducir el voltaje de la línea de transmisión de alrededor de 69 Kv, 138 Kv, etc., a 120 V sería una locura costosa de perseguir.

Por lo tanto, tiene beneficios tanto técnicos como económicos para tener el diseño como está hoy.

    
respondido por el Otito Atansi
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Creo que es porque el objetivo principal de una línea de alto voltaje es la transmisión. Esto se debe a que a altas tensiones, la pérdida de energía causada por el I2R es menor que al usar una tensión más baja (para la misma potencia [W], una tensión más alta = > corriente más baja)

Además, puede conectarse a una línea de alto voltaje utilizando transformadores, tal vez 500 / 0.4 kV, que serían inaceptablemente costosos.

    
respondido por el Bruno Y

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