Передача напряжения по локальным сетям

Передача электроэнергии — распространенные способы и альтернативные варианты

Электричество не относится к накопительным ресурсам. На сегодняшний день нет эффективных технологий, позволяющих аккумулировать энергию, выработанную генераторами, поэтому передача электроэнергии потребителям относится к актуальным задачам. В стоимость ресурса входят затраты на его производство, потери при транспортировке и расходы на монтаж и обслуживание ЛЭП. При этом от схемы передачи напрямую зависит эффективность системы электроснабжения.

Высокое напряжение, как способ уменьшения потерь

Несмотря на то, что во внутренних сетях большинства потребителей, как правило, 220/380 В, электроэнергия передается к ним по высоковольтным магистралям и понижается на трансформаторных подстанциях. Для такой схемы работы есть весомые основания, дело в том, что наибольшая доля потерь приходится на нагрев проводов.

Мощность потерь описывает следующая формула: Q = I 2 * R л ,

где I – сила тока, проходящего через магистраль, R Л – ее сопротивление.

Исходя из приведенной формулы можно заключить, что снизить затраты можно путем уменьшения сопротивления в ЛЭП или понизив силу тока. В первом случае потребуется увеличивать сечения провода, это недопустимо, поскольку приведет к существенному удорожанию электропередающих магистралей. Выбрав второй вариант, понадобится увеличить напряжение, то есть, внедрение высоковольтных ЛЭП приводит к снижению потерь мощности.

Классификация линий электропередач

В энергетике принято разделять ЛЭП на виды в зависимости от следующих показателей:

  1. Конструктивные особенности линий, осуществляющих передачу электроэнергии. В зависимости от исполнения они могут быть двух видов:
  • Воздушными. Передача электричества осуществляется с использованием проводов, которые подвешиваются на опоры.

Способы передачи электроэнергии

Осуществить передачу электроэнергии можно двумя способами:

  • Методом прямой передачи.
  • Преобразуя электричество в другой вид энергии.

В первом случае электроэнергия передается по проводникам, в качестве которых выступает провод или токопроводящая среда. В воздушных и кабельных ЛЭП применяется именно этот метод передачи. Преобразование электричества в другой вид энергии открывает перспективы беспроводного снабжения потребителей. Это позволит отказаться от линий электропередач и, соответственно, от расходов, связанных с их монтажом и обслуживанием. Ниже представлены перспективные беспроводные технологии, над совершенствованием которых ведутся работы.

К сожалению, на текущий момент возможности транспортировки электричества беспроводным способом сильно ограничены, поэтому об эффективной альтернативе методу прямой передачи говорить пока рано. Исследовательские работы в этом направлении позволяют надеяться, что в ближайшее время решение будет найдено.

Схема передачи электроэнергии от электростанции до потребителя

Ниже на рисунке представлены типовые схемы, из которых первые две относятся к разомкнутому виду, остальные — к замкнутому. Разница между ними заключается в том, что разомкнутые конфигурации не являются резервированными, то есть, не имеют резервных линий, которые можно задействовать при критическом увеличении электрической нагрузки.

  1. Радиальная схема, на одном конце линии находится электростанция производящая энергию, на втором — потребитель или распределительное устройство.
  2. Магистральный вариант радиальной схемы, отличие от предыдущего варианта заключается в наличии отводов между начальным и конечным пунктами передачи.
  3. Магистральная схема с питанием на обоих концах ЛЭП.
  4. Кольцевой тип конфигурации.
  5. Магистраль с резервной линией (двойная магистраль).
  6. Сложнозамкнутый вариант конфигурации. Подобные схемы применяются при подключении ответственных потребителей.

Теперь рассмотрим более подробно радиальную схему для передачи вырабатываемой электроэнергии по ЛЕП переменного и постоянного тока.

  1. Генератор, где вырабатывается я электроэнергия с синусоидальной характеристикой.
  2. Подстанция с повышающим трехфазным трансформатором.
  3. Подстанция с трансформатором, понижающим напряжение трехфазного переменного тока.
  4. Отвод для передачи электироэнергии распределительному устройству.
  5. Выпрямитель, то есть устройство преобразующее трехфазный переменный ток в постоянный.
  6. Инверторный блок, его задача сформировать из постоянного напряжение синусоидальное.

Как видно из схемы (А), с источника энергии электричество подается на повышающий трансформатор, затем при помощи воздушных линий электропередач производится транспортировка электроэнергии на значительные расстояния. В конечной точке линия подключается к понижающему трансформатору и от него идет к распределителю.

Метод передачи электроэнергии в виде постоянного тока ( В на рис.6) от предыдущей схемы отличается наличием двух преобразовательных блоков (5 и 6).

Закрывая тему раздела, для наглядности приведем упрощенный вариант схемы городской сети.

  1. Электростанция, где электроэнергия производится.
  2. Подстанция, повышающая напряжение, чтобы обеспечить высокую эффективность передачи электроэнергии на значительные расстояния.
  3. ЛЭП с высоким напряжением (35,0-750,0 кВ).
  4. Подстанция с понижающими функциями (на выходе 6,0-10,0 кВ).
  5. Пункт распределения электроэнергии.
  6. Питающие кабельные линии.
  7. Центральная подстанция на промышленном объекте, служит для понижения напряжения до 0,40 кВ.
  8. Радиальные или магистральные кабельные линии.
  9. Вводный щит в цеховом помещении.
  10. Районная распределительная подстанция.
  11. Кабельная радиальная или магистральная линия.
  12. Подстанция, понижающая напряжение до 0,40 кВ.
  13. Вводный щит жилого дома, для подключения внутренней электрической сети.

Передача электроэнергии на дальние расстояния

Основная проблема, связанная с такой задачей – рост потерь с увеличением протяженности ЛЭП. Как уже упоминалось выше, для снижения энергозатрат на передачу электричества уменьшают силу тока путем увеличения напряжения. К сожалению, такой вариант решения порождает новые проблемы, одна из которых коронные разряды.

С точки зрения экономической целесообразности потери в ВЛ не должны превышать 10%. Ниже представлена таблица, в которой приводится максимальная протяженность линий, отвечающих условиям рентабельности.

Таблица 1. Максимальная протяженность ЛЭП с учетом рентабельности (не более 10% потерь)

Напряжение ВЛ (кВ) Протяженность (км)
0,40 1,0
10,0 25,0
35,0 100,0
110,0 300,0
220,0 700,0
500,0 2300,0
1150,0* 4500,0*

* — на текущий момент ультравысоковольтная ВЛ переведена на работу с напряжением в половину от номинального (500,0 кВ).

Постоянный ток в качестве альтернативы

В качестве альтернативы электропередачи переменного тока на большое расстояние можно рассматривать ВЛ с постоянным напряжением. Такие ЛЭП обладают следующими преимуществами:

  • Протяженность ВЛ не влияет на мощность, при этом ее максимальное значение существенно выше, чем у ЛЭП с переменным напряжением. То есть при увеличении потребления электроэнергии (до определенного предела) можно обойтись без модернизации.
  • Статическую устойчивость можно не принимать во внимание.
  • Нет необходимости синхронизировать по частоте связанные энергосистемы.
  • Можно организовать передачу электроэнергии по двухпроводной или однопроводной линии, что существенно упрощает конструкцию.
  • Меньшее влияние электромагнитных волн на средства связи.
  • Практически отсутствует генерация реактивной мощности.

Несмотря на перечисленные способности ЛЭП постоянного тока, такие линии не получили широкого распространения. В первую очередь это связано с высокой стоимостью оборудования, необходимого для преобразования синусоидального напряжения в постоянное. Генераторы постоянного тока практически не применяются, за исключением электростанций на солнечных батареях.

С инверсией (процесс полностью противоположный выпрямлению) также не все просто, необходимо допиться качественных синусоидальных характеристик, что существенно увеличивает стоимость оборудования. Помимо этого следует учитывать проблемы с организацией отбора мощности и низкую рентабельность при протяженности ВЛ менее 1000-1500 км.

Кратко о свехпроводимости.

Сопротивление проводов можно существенно снизить, охладив их до сверхнизких температур. Это позволило бы вывести эффективность передачи электроэнергии на качественно новый уровень и увеличить протяженность линий для использования электроэнергии на большом удалении от места ее производства. К сожалению, доступные на сегодняшний день технологии не могут позволить использования сверхпроводимости для этих целей ввиду экономической нецелесообразности.

Источник

Передача данных по сети 220/380В

Краткий обзор технологий оборудования и цен устройств передачи данных по сетям 220/380 В.

Передача данных по сети 220/380ВВ связи с бурным развитием домашней автоматики и удорожанием прокладки дополнительных линий связи, большой интерес вызывает передача данных между различными устройствами по существующим линиям 220-380В. «Из розетки в розетку».

Управляющее и управляемое устройство или устройства подключаются штатными сетевыми проводами к домашней электрической розетке и получают от нее питание и сигналы управления.

Так могут быть построены локальные сети между компьютерами, сети охранной и пожарной сигнализации, системы «умный дом» и аналогичных. Сложность организации таких сетей заключается в том, что изначально это не было предусмотрено, нет единых стандартов, сети сильно зашумлены, их параметры сильно меняются при изменении нагрузки. При передаче данных по сетям 220/380В высокочастотный сигнал быстро затухает. Должны быть обеспечены электромагнитная совместимость и развязка передачи данных от электропотребления.

Наиболее широко известными технологиями передачи данных по сетям 220/380В являются:

X-10 одноименной фирмы (http://www.x10.com);

CEBus компании Intellon (http://www.intellon.com);

LonWorks корпорации Echelon (http://www.echelon.com);

Adaptive Networks, предложенная фирмой с таким же названием (http://www.adaptivenetworks.com);

DPL 1000 производства NOR.WEB (http://www.nor.webdpl.com).

PLC Universal Powerline Association, (http://electrointernet.ru)

Передача данных по сети 220/380В

Х10 — наиболее старая технология (1978г) ориентирована на управление бытовыми приборами.

Х10Основные недостатки – это низкая скорость и малое адресное пространство, т.е. вы дистанционно включили свет у себя в доме, а включился еще и в соседском… По этой технологии передача данных осуществляется частотными посылками (120кГц) в момент перехода переменного напряжения 220В через ноль. Двоичная единица – наличие частотной посылки, ноль – ее отсутствие. Для увеличения помехоустойчивости вводятся повторы, квитирование и т.д. Максимальная скорость передачи 60 бит/с (60 бод). Полная команда передается около 0.8с.

Контроллеры и оконечные устройства Х-10 приятно радуют невысокой ценой от 8$ за пассивный приемник, до 100$ за многофункциональное активное устройство.

Подробнее про технологию передачи данных Х10 смотрите здесь: Протокол Х10 в «умном» доме: жить ли дальше ветерану?

Intellon CEBus (Intellon SSC) сделана компанией Intellon для домашней сети CEBus. Стандарт CEBus (EIA-600) дает возможность взаимодействия приборов домашней автоматики на основе различных сетей передачи: линий электропитания, радиоканалов, проводных каналов и др.

Используется технология шумоподобного сигнала, предусматривающая передачу каждого бита данных в полосе частот 100—400 кГц. Скорость передачи, как минимум, на порядок выше по сравнению с Х-10. Фирма Intellon реализует Power Line Evaluation Kit. Комплект для проектирования и построения такой сети. Его стоимость — 245 долл.

LonWorksLonWorks разработка американской корпорацией Echelon для распределенных сетей управления. Основа технологии LonWorks протокол LonTalk обмена информацией. Каждый узел сети содержит микропроцессор, реализующий функции данного протокола.

LonTalk представляет собой семиуровневый коммуникационный протокол, позволяющий осуществлять надежную передачу данных через различные физические среды. Для среды каждого типа разработаны трансиверы, поддерживающие работу сети при различных длинах каналов, скоростях передачи и сетевых топологиях. Цена LonWorks : 42 $ — за трансивер, от 2000 $ — за систему программирования.

Adaptive NetworksAdaptive Networks выпускает ряд устройств, поддерживающих передачу данных по любым видам электропроводки. Эффективная скорость передачи 115 кбит/с .Ее отличительными особенностями являются исключительная надежность и адаптивность (вероятность ошибки 10-9 ), шумоподобный сигнал, возможность использования ПО для витой пары, очень высокая цена.

DPL 1000, позволяет передавать данные по электросетям со скоростью до 1 Мбит/с, разработана компанией NOR.WEB. DPL 1000 это революция в передаче данных по электрическим линиям. Технические подробности реализации в доступных источниках отсутствуют. В Европе пока тестируются пробные подключения по технологии DPL 1000. Если все пойдет удачно, то такая технология — это шанс для РФ сделать быстрый и доступный для ВСЕХ Интернет.

PLC ( Power Line Communication)PLC ( Power Line Communication), технология передачи данных по сетям 220/380 В, 6/10 кВ и коаксиальным сетям. Используется шумоподобный сигнал 1536 поднесущих в диапазоне от 2 до 34 мГц. Причем можно вырезать часть поднесущих, если они мешают другим сетям. Система сама адаптируется к зашумленности и нагрузке электросети. Скорость передачи до 200мбит/с при дистанции между устройствами до 300 м. Стоимость абонентского модема от 120$.

Более подробно с указанным оборудованием и стандартами можно познакомиться на приведенных сайтах. По линиям электропроводки передают не только команды, но и голос. Например, можно реализовать мини АТС или селекторную связь. Технологии передачи информации по электросетям у нас незаслуженно забыты. Как показывает мировой опыт, это очень перспективное направление.

Источник

Системы ВЧ связи по ЛЭП. Коммуникационные решения для электрических сетей

Связь по линиям электропередач снова стала активно обсуждаемой темой, на различных научных уровнях и прессе. В последние несколько лет эта технология пережила много взлетов и падений. В специальных периодических изданиях опубликовано множество статей с противоречивыми взглядами (выводами). Одни специалисты называет передачу данных по электрическим сетям технологией, умирающей, другие предсказывают блестящее будущее в сетях среднего и низкого напряжения, например, в офисах и жилых домах.

Технология, которая сегодня называется ВЧ связь по ЛЭП, на самом деле охватывает несколько различных и независящих друг от друга направлений и приложений. Это с одной стороны узкополосная передача точка-точка по ВЛ высокого напряжения (35-750 кВ), а с другой стороны широкополосная общесетевая передача данных, (BPL — Broadband Power Line), в сетях среднего и низкого напряжения (0,4-35 кВ).

Фирма Siemens является пионером в обоих направлениях. Первые ВЧ системы на высоковольтных линиях, фирмы Siemens были реализованы еще в 1926 году в Ирландии.

Привлекательность этой технологии для операторов сетей электроснабжения состоит в том, что для передачи информационных сигналов используется собственная инфраструктура электросети. Таким образом технология является не только очень экономичной — отсутствуют текущие расходы на содержание каналов связи, но и позволяет быть предприятиям энергоснабжения быть независимыми от провайдеров услуг связи, что особенно важно в аварийных случаях, и даже предписывается на законодательном уровне многих стран. ВЧ связь является универсальным технологическим решением как для предприятий занимающиеся передачей и распределением электроэнергии, так и компаний ориентированных на предоставлении услуг населению.

ВЧ связь в сетях высокого напряжения (35-750 кВ)

Во время бурного развития информационных технологий (90-е гг.) предприятия электроснабжения в промышленно развитых странах делали значительные инвестиции в прокладку линий оптической связи (ВОЛС) по ВЛ высокого напряжения в надежде обеспечить себе прибыльную долю перегретого рынка телекоммуникаций. В это время добрую старую технологию ВЧ похоронили заново. Затем раздутый информационно-технический пузырь лопнул, и во многих регионах наступило протрезвление. И именно в энергетических сетях установка оптических линий была приостановлена по экономическим соображениям, а технология ВЧ связи по ВЛ приобрела новое значение.

В результате применения цифровых технологий на высоковольтных сетях, сформировались новые требования к ВЧ системам.

В настоящее время, передача данных, речи осуществляется по быстрым цифровым каналам, а сигналы и данные систем защиты передаются одновременно (параллельно) по ВЧ линиям, и цифровым каналам (ВОЛС), образуя надежное резервирование (см. следующий раздел).

На ответвлениях сети и длинных участках линий электропередач использование ВОЛС экономически не целесообразно. Здесь технология ВЧ предлагает экономичную альтернативу для передачи речи, данных и сигналов-команд РЗ и ПА (РЗ — релейные защиты, ПА — противоаварийная автоматика) Рисунок1.

В связи c быстрым развитием систем автоматизации электроэнергетики и цифровых широкополосных сетей на магистральных линиях, изменились требования к современным системам ВЧ связи.

Сегодня на отводах сети ВЧ связь рассматривается как система, которая надежно передает данные систем защиты и обеспечивают прозрачный удобный интерфейс для данных и речи от широкополосных цифровых сетей до конечного потребителя при значительно большей пропускной способностью, по сравнению с обычными аналоговыми системами. С современной точки зрения высокая пропускная способность может быть достигнута только путем увеличения полосы частот. То, что в прошлом было невозможно из-за недостатка свободных частот, сегодня реализуется благодаря повсеместному применению оптических линий. Поэтому ВЧ системы усиленно используются только на ответвлениях сети. Также существуют варианты, когда отдельные участки сетей объединены между собой ВОЛС, что позволяет использовать одинаковые рабочие частоты гораздо чаще, чем в случае объединенных систем ВЧ связи.

В современных цифровых ВЧ системах плотность информации при использовании быстрых сигнальных процессоров и цифровых способов модуляции может быть увеличена по сравнению с аналоговыми системами с 0,3 до 8 бит/сек/Гц. Таким образом, для полосы частот 8 кГц в каждом направлении (прием и передача) может быть достигнута скорость 64 кбит/с.

В 2005 году фирма Siemens представила новую цифровую аппаратуру ВЧ связи «PowerLink», подтвердив лидирующее положение в данной области. Аппаратура PowerLink сертифицирована и для использования в России. Создавая PowerLink фирма Siemens создала мультисервисную платформу, пригодную как для аналогового, так и для цифрового применения Рисунок 2.

Ниже приводятся уникальные особенности этой системы

Оптимальное использование выделенной частоты: лучшая аппаратура ВЧ связи позволяют передавать данные со скоростью 64 кбит/с и менее, в то время как у PowerLink данный показатель составляет 76,8 кбит в секунду, занимая полосу 8 кГц.

Больше речевых каналов: еще одной инновацией фирмы Siemens, реализованной в системе PowerLink, является возможность передачи 3-х аналоговых речевых каналов при полосе 8 кГц вместо 2-х каналов в обычной аппаратуре.

Видеонаблюдение: PowerLink — первая система ВЧ связи позволяющая передавать сигнал видеонаблюдения.

AXC (Automatic Crasstalk Canceller) Автоматическое подавление перекрестных помех: раньше сближенные полосы приема-передачи требовали сложную ВЧ настройку для минимизации влияния передатчика на свой приемник. Запатентованный AXC блок заменил сложную гибридную настройку и соответствующий модуль, а качество приема-передачи улучшилось.

OSA (Optimized Sub channel Allocation) Оптимальное распределение подканалов: еще одно запатентованное решение компании Siemens гарантирует оптимальное распределение ресурсов при конфигурировании услуг (Речь, данные, защитная сигнализация) в выделенной частотной полосе. В результате итоговая передающая емкость увеличивается до 50%.

Повышенная гибкость: для обеспечения надежности инвестиций и возможности будущего использования фирма Siemens реализовала функцию «ease-up!» для простого и надежного обновления.

Многофункциональное оборудование: выполняя проект на базе комбинированной аппаратуры PowerLink вы можете забыть об ограничениях которые были в обычных терминалах при планировании частот. С PowerLink Вы сможете спроектировать систему ВЧ связи со всем набором услуг (передача речи, данных, сигналов РЗ и ПА) в доступной полосе. Один комплект PowerLink может заменить три (3) обычных аналоговые системы Рисунок 3.

Передача данных систем защиты

Технология ВЧ связи сейчас, как и раньше, играет важную роль в области передачи данных систем защиты. На магистральных и высоковольтных линиях с напряжением свыше 330 кВ, как правило, используются двойные системы защиты с разными способами измерения (например, дифференциальная защита и дистанционная защита). Для передачи данных систем защиты также используются различные способы передачи для обеспечения полной избыточности, включая коммуникационные каналы. Типичными каналами связи в этом случае является комбинация цифровых каналов по оптическим линиям для данных дифференциальной защиты и аналоговых ВЧ каналов для передачи сигналов-команд дистанционных защит. Для передачи сигналов защиты, технология ВЧ является самым надежным каналом. ВЧ связь является более надежным каналом передачи данных, чем другие, даже оптические линии не могут обеспечить такое качество по прошествии длительного времени. За пределами магистральных линий и на окончаниях сети, ВЧ связь часто становится единственным каналом для передачи данных систем защит.

Проверенная система SWT 3000 фирмы Siemens (Рисунок 4) является инновационным решением для передачи команд РЗ ПА с требуемой максимальной надежностью и одновременно с минимальным временем передачи команд в аналоговых и цифровых коммуникационных сетях.

Многолетний опыт в области передачи защитных сигналов позволил создать уникальную систему. Благодаря сложной комбинации цифровых фильтров и систем цифровой обработки сигналов удалось настолько подавить влияние импульсных помех — самых сильных помех в аналоговых каналах связи, что даже в сложных реальных условиях достигается надежная передача команд РЗ и ПА. Поддерживаются все известные режимы работы прямого отключения или разрешающего срабатывания с индивидуальными таймерами и скоординированной или нескоординированной передачей. Выбор режимов работы осуществляется с помощью программного обеспечения. Специфичные для российских электросетей функции про-тивоаварийной автоматики могут быть реализованы на той же аппаратной платформе SWT 3000.

При использовании цифровых интерфейсов идентификация устройства осуществляется по адресу. Таким образом возможно предотвращение случайного подключения других устройств по цифровым сетям.

Гибкая концепция два в одном позволяет использовать SWT 3000 во всех имеющихся каналах связи — медных кабелях, высоковольтных линиях, оптических линиях или цифровых в любых комбинациях Рисунок 5:

  • цифровая + аналоговая на одной платформе;
  • 2 избыточных канала в 1 системе;
  • дублированный блок питания в 1 системе;
  • 2 системы в 1 среде.

Являясь очень экономичным решением SWT 3000 может интегрироваться в ВЧ систему PowerLink. В этой конфигурации обеспечивается возможность дублированной передачи — аналоговая по технологии ВЧ и цифровая, например, по SDH.

ВЧ связь в сетях среднего и низкого напряжения (распределительные сети)

В отличие от ВЧ связи по ЛЭП высокого напряжения, в сетях среднего и низкого напряжения системы ВЧ разработаны для режимов работы точка — много точек. Также эти системы различаются по скорости передачи данных.

Узкополосные системы (цифровые каналы связи DLC) давно используются в электросетях для определения места сбоев, дистанционной автоматики и передачи измерительных данных. Скорость передачи в зависимости от применения от 1,2 кбит/с до

Источник

Поделиться с друзьями
Электрика и электроника
Adblock
detector