Төменгі жоғалту мен жоғары тиімділікке ие жоғары кернеулі толық жинақтар

Жоғары кернеулі жинақталған жабдықтар дегеніміз не және олар қалай жұмыс істейді?

Жоғары кернеулі жинақталған жабдықтардың анықтамасы мен негізгі қызметі

Жоғары кернеу үшін арналған толық жинақтар 36 киловольттан жоғары кернеуді қауіпсіз тасымалдауға және энергияның шығынын минимум деңгейде ұстауға мүмкіндік беретін интеграцияланған электр жүйелерін білдіреді. Бұл жүйе трансформаторлар, әртүрлі түрлері қосқыш аппараттар мен қорғаныс релелік құрылғылар сияқты негізгі бөліктерді бір бірімен үйлесімді түрде біріктіреді. Мұндай орналасу өнеркәсіптік қолданыстарда ұзақ қашықтыққа электр энергиясын беруді едәуір сенімді етеді. Соңғы жылдары жүргізілген зерттеулерге сәйкес, мұндай жүйелер дұрыс бапталған жағдайда дәстүрлі әдістерге қарағанда шамамен 15 пайызға жоғары трансформациялық жоғалтуларды азайтады. Бұл жақсарту бүкіл желі бойынша өткізгіштердің тиімді дизайн таңдауы мен жақсартылған электромагниттік қасиеттерінің арқасында жүзеге асады.

Негізгі компоненттер: Трансформаторлар, Қосқыш аппараттар және Басқару жүйелері

Бұл жүйелердің үш негізгі элементі бар:

• Трансформаторлар қазіргі заманғы қондырғылар 98–99,7% пайдалы әрекет коэффициентіне жету үшін тиімді беру мен тарату үшін кернеу деңгейлерін реттеу.
• Алмасу құрылғылары тізбекті сөндіргіштер мен ажыратқыштарды пайдаланып дұрыс еместікті бөлу арқылы 25 миллисекундтан кем уақыт ішінде тізбектелген істен шығуларды тоқтату.
• Басқару системалары жүктемені теңестіру, кернеуді реттеу және динамикалық жауап протоколдары арқылы жабдықтың кернеуін болдырмау үшін нақты уақыттағы сенсорлар мен автоматтандыруды қолдану.

Электр энергиясын беру және тарату желілеріндегі рөлі

Жоғары кернеулі жүйелер электр станцияларынан адамдардың тұратын және жұмыс істейтін қалаларға дейін үлкен мөлшерде электр энергиясын берудің негізін құрайды. Бұл жүйелер тәулік бойы сұраныстың өсуі мен төмендеуі кезінде электр желісін тұрақты ұстауға көмектеседі. Мысалы, барлық адамдар бір уақытта кондиционерлерін қосқан кезде, біз бәрімізге ұнамайтын қараңғылау құбылыстарын алдын алу үшін осы жүйелер пайдаланылады. Олар кернеуді әдетте екі жаққа да шамамен 5% шеңберінде ұстап, осылай жасайды. Олардың ерекшелігі – барлық маңызды компоненттерді бір жерде біріктіруі. Бұл тәсіл ескі жүйелерге қажет болатын артық бөлшектердің көпшілігін алып тастайды, яғни жалпы алып қарағанда күрделілік азаяды және энергияның зиянға шығуы кемиді.

Жоғары кернеулі жүйелердегі энергия шығынын түсіну

Жоғары кернеулі толық жинақтардағы қуат шығынының негізгі себептері

Электр тогы сымдар арқылы өткенде жылу бөлінуіне байланысты энергияның көп бөлігі жоғалады (бұл I еселенген R шығындары деп аталады), сонымен қатар трансформаторлардың мүлдем дұрыс жұмыс істемеуі де проблема туғызады. Барлық энергия шығынының шамамен 40 пайызы әлдекайсы трансформаторларда өзі болады. Трансформаторлардың осындай шығындарға әкелетін екі негізгі проблемасы бар: бірі — олар жұмыс істемей тұрған кезде өздерінің өзегі арқылы қуатын жоғалтады, ал екіншісі — нақты жұмыс істеп тұрған кезде мыс элементтері қызып кетуіне байланысты одан да көбірек жоғалтады. Ескі электр жүйелері мәселені одан да нашарлатады. Бөлшектердің байланыстары уақыт өте келе тот басуға бейім, ал оқшаулау ондаған жыл пайдаланудан кейін бұзылады. 25 жылдан астам желілерде жалпы кедергі шамамен 15 пайызға дейін арта алады, бұл бүкіл желі бойынша энергияның тағы да көбірек шығына беретінін білдіреді.

Тарату шығындарын есептеу: Ploss = I² × R түсіндірмесі

Ток шығыны P loss = I² × R формуласынан токтың шығындарға қаншалықты үлкен әсер ететінін көруге болады. Токтың бар болғаны 10%-ға өсуі кедергілі шығындарды шынында төрт есе арттырады. Мысалы, 132 кВ желісінде 800 А тогы 1 км-ге шаққанда 0,1 Ом кедергісі бар алюминий сымдар арқылы жүреді делік. Мұндай конфигурация жолдың әрбір километрінде шамамен 64 киловатт электр энергиясын шығындайды, бұл шамамен 70 үйдің электрмен жабдықталуына жетеді. Қызықтысы, инженерлер сымдардың өлшемдерін дұрыс таңдау кернеуді жай ғана көтеруге қарағанда осы шығындарды одан да тиімді төмендететінін байқаған. Математикалық есептеулер дұрыс, бірақ практикалық тәжірибе кернеудің қауіпсіздік мәселелері туындамас бұрын қаншалықты жоғары деңгейге дейін шынында көтеруге болатынының шектеулі екенін көрсетеді.

Ескірген инфрақұрылымдағы жиі кездесетін тиімсіздіктер мен нақты әсері

Ескірген ЖЖ компоненттері бірнеше тиімсіздіктерді енгізеді:

• Жеткіліксіз диэлектрлік беріктікке байланысты нашарлаған изоляторлар мен бушингтер корона разрядын арттырады
• Бос шинаның қосылыстары түйін санына шаққанда 0,5–2 © дейінгі кедергі қосады
• Минералды майлы трансформаторлар әрбір 8–12 жылда шамамен 2,5% пайдалы әсер коэффициентін жоғалтады
  Жиналғанда бұл факторлар нашар қолдау көрсетілетін желілерде жыл сайынғы энергия шығынының 6–9%-ына үлес қосады, ол әрбір 100 км желі үшін жылына $740,000 қажетсіз шығындарға әкеледі (Ponemon, 2023)

Зерттеу жағдайы: Қалалық желіні жаңарту кезіндегі энергия шығынын азайту

2023 жылғы қалалық желіні жаңарту энергия шығынын үш негізгі шара арқылы 12% азайтты:

1. Аморфты-ядролы модельдермен 40 жылдық трансформаторларды ауыстыру, жүктеме жоқ кездегі шығындарды 3% азайтты
2. 230 кВ өткізгіштерді ACSR-дан GZTACIR-ге дейін жаңарту, I²R шығындарын 18% азайтты
3. Трансформаторлардың 65–80% қуаттылық диапазонында жұмыс істеуін қамтамасыз ету үшін нақты уақытта жүктемені бақылау жүйесін енгізу
   14 миллион долларлық инвестиция қазір жылдық 2,1 миллион доллар үнемдеуге әкеледі, қайтарым мерзімі — 6,7 жыл

Төмен шығынды, жоғары пайдалы әсер коэффициенті бар жоғары кернеулі толық жинақталған жиынтықтар үшін жобалау принциптері

Минималды резистивті және тежеу шығындары үшін оптимизацияланған жүйе жобасы

Тиімді жобалар шиналардың орналасуында тиісті жүктеме таралуын, импеданс келісімін және өткізгіштердің ұзындығын азайтуды негізге алады. Динамикалық жүктеме басқаруы 30% сыйымдылықтан төмен жұмыс істеуді болдырмақта — онда тежеу шығындары әдетте 18–22%-ға дейін өседі (Energy Systems Journal, 2023) — бұл компоненттердің ең тиімді пайдалы әсер коэффициенті диапазонында жұмыс істеуін қамтамасыз етеді.

I²R шығындарын азайту үшін өткізгіштің өлшемі мен материалды таңдау

Негізгі стратегияларға мыналар жатады:

• Минималды ток өткізу қабілетінің талаптарынан 15–20% үлкен көлденең қимаға ие өткізгіштерді қолдану
• Таза мыс аналогтарымен салыстырғанда резистивті шығындарды 27% азайтатын болатпен күшейтілген алюминий өткізгіш (ACSR) кабельдерін таңдау
• Беттік қосымша токтарды басу үшін изоляторларға гидрофобты қаптама жағу
  Жергілікті деректерге сәйкес, дұрыс материалды таңдау 15 жылдық жұмыс істеу мерзімінде жүйенің жалпы шығындарын 11,4% азайтады.

Трансформатордың пайдалы әсер коэффициенті: Жүктеме сұранысы үшін өлшемдеу және жүктемесіз жағдайдағы шығындарды азайту

Трансформаторлар жоғары кернеулі жүйелердегі жалпы шығындардың 38% құрайды. Алдыңғы қатарлы конструкциялар орамалар материалдарын тиімдестіру арқылы және дәл жүктеме тепе-теңдігі арқылы өнімділікті арттырады:

Дизайн ерекшелігі	Стандартты трансформатор	Жоғары қызметкерлік моделі
Ядро материалы	Crgo болаты	Аморфты металл
Бос режимте құпиясы	2.3 кв	0,9 кВт (-61%)
Жүктеме шығыны @ 75°C	9.5 КВт	7,2 кВт (-24%)
Жылдық энергия үнемдеу	—	22 200 кВт·сағ

Трансформаторларды пик сұранысқа емес, нақты жүктеме профиліне сәйкес өлшемдеу екі онжылдық ішінде жалпы иелік құнын 19% азайтады, осы туралы трансформаторлардың пайдалы әсер коэффициенті бойынша зерттеулер деректері келтірілген.

Қазіргі заманғы жоғары кернеулі жабдықтардың тиімділігін арттыратын инновациялар

Жоғары тиімділікке ықпал ететін жаңашылдықтарға мыналар жатады:

• Газбен оқшауланған коммутаторлық құрылғылар (ГИС) 40% кішірек қақпалы және 15% төмен доғалық шығындармен
• Механикалық релелерге қарағанда 5 мс жылдам жауап беретін қатты күйдегі қорғау релелері
• 500 кВ-да энергияны 98,7%-ға жеткізу тиімділігін қамтамасыз ететін модульдік қосылыс жүйелері
  Бұл технологиялар бірге жүйе тиімділігін дәстүрлі қондырғыларға қарағанда 2,8 - 3,4% арттырады және техникалық қызмет көрсету аралықтарын 30% -ға ұзартады.

Жоғары кернеулі жүйелерде трансформатордың тиімділігі мен кернеуді реттеу

Трансформаторлардың жалпы жүйе тиімділігіне қалай әсер ететіндігі

Трансформатордың құрылымы жұмыс істеу кезінде қанша энергия жоғалтуына әсер етеді. Жаңа модельдер бұл мәселені шешу үшін арнайы болат ламинациясын қолданады. Өткен жылы жарық көрген электр желілерін жаңарту туралы зерттеулерге сәйкес, ескі трансформаторларды аморфтық өзектілерге ауыстыру бос уақыттағы энергияны тұтынуды үштен екіге қысқартуға мүмкіндік береді. Бұл жетістіктер маңызды, өйткені тіпті кішкентай жетістіктер де нақты үнемдеуге айналады. Тәжірибеде 1%-ға арту үшін, біз жылына 4,7 миллион ватт сағатты 100 мегавольт амперлік құрылғыдан ғана үнемдейміз. Оны бүкіл электр тарату жүйелеріне көбейтіп, жиынтық әсер уақыт өте келе едәуір болады.

Қондырғыштарды реттеудегі қиындықтар мен шешімдер

Қазіргі уақытта үлкен электр желілерінде кернеуді шамамен 5% ішінде тұрақты ұстау үшін әлдекандай күрделі басқару әдістері қажет. Көптеген электр желілері сұраныстың салдан өзгеруін реттеу үшін жүктеме астындағы трансформатордың тапсырмасын өзгерту құрылғыларын (OLTC) немесе статикалық VAR компенсаторлары сияқты реактивті қуатты компенсациялау құрылғыларын пайдаланады. Трансформатордың тапсырмасын өзгерту адаптивті жүйелері кең аймақты бақылау жүйелерімен (WAMS) бірге жұмыс істегенде, олар нақты уақыт режимінде әртүрлі трансформаторлық станцияларда кернеуді түзетуді синхрондай алады. Жергілікті сынақтар осы комбинацияның кернеудің төмендеуінен кейінгі қалпына келу уақытын шамамен 92% қысқартатынын көрсетті. Сонымен қатар, соңғы зерттеулерге сәйкес, осы жүйелер дұрыс енгізілген кезде операторлар тасымалдау желілері бойынша энергия шығынының шамамен 12-18 пайызға азайғанын хабарлайды.

Трансформаторды таңдауда алғашқы құны мен ұзақ мерзімді пайдалылықты теңестіру

Жоғары тиімділікті трансформаторлар бастапқыда 15-30 пайызға қымбат болуы мүмкін, бірақ олар жетіден он жылға дейінгі уақыттан кейін өзін-өзі төлей бастайды. 99,7% тиімділікпен жұмыс істейтін 150 МВА трансформаторды 98,5% тиімділігі бар трансформатормен салыстырыңыз. Қазіргі электр энергиясының бағасы (киловатт-сағатына 0,08 доллар) шегінде жақсы жұмыс істейтін қондырғы 25 жылдық қызмет ету мерзімі ішінде шамамен 1,2 миллион доллар үнемдейді. Көптеген компаниялар тек бастапқы сатып алу құнын қарастыратын болғанда, бұл өте елеулі. Сонымен қатар, электр желілері пик сағаттарында қосымша ақы талап ететін аймақтарда орналасқан компаниялар үшін осындай тиімді модельдер тұрақты кернеу деңгейін сақтау арқылы жылына әрбір кВА үшін 180 долларға дейін үнемдеуі мүмкін. Қатаң сұраныс ақысы саясаты бар жерлерде үнемдеу тез қосылады.

Тиімді жоғары кернеулі толық жинақтардың жұмыс істеу артықшылықтары мен құнының үнемделуі

Қазіргі заманғы жоғары кернеулі толық жинақтар максималды тиімділікке ие болу үшін жобаланған кезде өмірлік құнды төмендетіп, тораптың сенімділігін арттыра отырып, маңызды қаржылық және жұмыс істеу табысын әкеледі.

Ұзақ мерзімді пайдалану тиімділігі және техникалық қызмет көрсету шығыстарының төмендеуі

Төзімділікпен жасалған жүйелер жылдық қызмет көрсету шығыстарын 12-18% төмендетеді (Energy Infrastructure Journal 2023). Ұзаққа созылатын өткізгіш қорытпалар мен контакт бетін өңдеу доғаның тозуын азайтады, қызмет көрсету аралықтарын 40% -ға ұзартады. Газдан оқшауланған бұрылыс құрылғылары 15 жыл ішінде бөлшектермен байланысты ақаулардың 97% азаюын көрсетеді, бұл жоспарланбаған жөндеулерді күрт қысқартады.

ҚВ/ЖЖ жүйесінің жаңғыртылуы арқылы энергия үнемдеу

Қазіргі заманғы жоғары кернеулі толық жиынтыққа көтеру жалпы тарату желілерінде беріліс шығындарын 9 - 14% азайтады. 2022 жылға арналған бір қала құрылысы жобасы үш фазалы теңгерімдеу және динамикалық кернеуді реттеу арқылы жоғалған энергияның 11,7%-ын қалпына келтірді, бұл қазіргі өнеркәсіптік бағамен бір қосалқы станцияға 480 000 доллардан асатын жылдық үнемдеуге әкелді.

ҚО жүйелеріндегі ақылды бақылау және болжаушылық қызмет көрсету үрдістері

Көшбасшы операторлар қазір жабдықтың изоляциясының бұзылуын жұмыс істеуден 6–8 ай бұрын анықтау үшін IoT датчиктерін машиналық үйрену анализімен интеграциялауды қолданады. Болжау әдісі күтпеген тоқтап қалуларды 73% азайтады және диагностикалық еңбек шығындарын 55% төмендетеді. Нақты өмірдегі іске асырулар осындай интеграциялар трансформаторлардың қызмет ету мерзімін шарттағы бағалаулардан 4–7 жылға дейін ұзартуы мүмкін екенін көрсетеді.

Қызмет ету циклінің құнын талдау: Жоғары пайдалы әсер коэффициентіне ие жинақтарға инвестицияның негіздемесі

Бастапқы құны 15–20% жоғары болса да, жоғары тиімділікті жүйелер энергия шығынының төмендеуіне байланысты 4–8 жыл ішінде мықты ROI (инвестициядан түскен табыс) әкеледі:

• 18–22% төмен энергия шығыны
• жөндеу жиілігінің 35% азаюы
• ауыстыру бөлшектерінің қорының 60% азаюы
  2024 жылғы өнеркәсіпке қатысты талдау стандартты конфигурациялармен салыстырғанда оптимизацияланған жоғары кернеуі бар толық жинақтардың 25 жыл ішінде 2,3:1 қатынасындағы таза ағымдағы құнды генерациялайтынын көрсетті.

Жиі қойылатын сұрақтар

Жоғары кернеулі толық жинақтар деген не?

Жоғары кернеулі жинақтар 36 киловольттан жоғары кернеуді өңдеуге арналған интегралды электр жүйелері болып табылады және энергияның шығынын азайту үшін трансформаторлар, қосқыш аппараттар мен релелік құрылғылар сияқты компоненттерді біріктіреді.

Жоғары кернеулі жинақтар энергия шығынын қалай азайтады?

Олар өткізгіштердің ақылды конструкциясын қолданады және электромагниттік қасиеттерді оптимизациялайды, бұл дәстүрлі әдістерге қарағанда беріліс шығындарын 15%-ға дейін азайтады.

Беріліс шығындарын есептеу формуласы қандай?

Беріліс шығындарын есептеу формуласы P_loss = I² × R, мұндағы I — ток, ал R — кедергі.

Қазіргі заманғы жоғары кернеулі жүйелер неге ескілеріне қарағанда тиімдірек?

Қазіргі заманғы жүйелер аморфты-негізді трансформаторлар мен ақылды бақылау жүйелері сияқты алдыңғы қатарлы технологиялар мен материалдарды пайдаланады, бұл тиімділікті арттырады және шығындарды азайтады.