Компоненти енергосистем загального користування звичайно діляться на три класи – генераторні, передавальні і розподільні, хоча раніше виділяли лише генераторні і не відокремлювали один від одного два останніх На Рис 12 показана ієрархія напруг і навантажень

Лінії електропередачі доносять через великі відстані енергію до підстанцій, які знижують напругу до проміжного рівня Деякі високовольтні лінії мають точки зєднання між системами в регіональній мережі Високопотужні навантаження, такі як електродугові печі або електрохімічні установки, можуть харчуватися безпосередньо від ліній електропередачі Інші споживачі живляться від вспо-

Рис i2 Типова секціяенергосістеми

могательних (проміжних) ліній передачі електроенергії або через розподільні фідери, які служать також для енергопостачання малих підприємств, комерційного та житлового секторів Енергосистема в США виросла до теперішнього часу до сумарної потужності більше 1000 ГВт Парові турбіни, що приводяться в дію від горіння вугілля або ядер реакції, а також гідравлічні турбіни поставляють величезну енергію руху для електрогенераторів, однак найбільш швидко росте застосування турбін, що працюють на природному газі, що обумовлено обмеженнями на використання вугілля та ядерного пального в цілях захисту навколишнього середовища Набагато менше електроенергії виробляється вітроелектростанціями, хоча ця область розширюється у відповідності з розвитком техніки Ще менша частина електроенергії виробляється на дизельних електростанціях в маленьких муніципальних мережах

Національна система електропередачі працює в кооперації з регіональними спільнотами виробників електроенергії, оскільки відповідно до урядовими розпорядженнями вироблення електроенергії знаходиться в руках безлічі незалежних операторів З року в рік напругу в лініях електропередачі збільшується і до теперішнього часу досягло 230 кВ Створення електростанції на греблі Гувера (Hoover Dam) зробило можливим збільшити частку електроенергії, що поставляється в Лос-Анджелес, за рахунок гідроенергії Побудована в 1930 р, ця лінія електропередачі була найдовшою і найбільш високовольтної (287 кВ) В країні Значні зусилля були витрачені на дослідження і розробки в області ізоляції та конструювання проводів, з тим щоб зменшити втрати через коронного розряду Вводилися в дію все більш високовольтні лінії електропередачі, і нарешті зараз розроблені стандарти на комутаційні пристрої, здатні працювати при 800 кВ Лінії електропередачі напругою 500 кВ і вище позначаються EHV (Extra High Voltage – надвисока напруга) Найбільш великим проектом EHV в США є лінія «Пасифік Інтерті» (Pacific Intertie) протяжністю 905 миль – з Бонневілл (штат Вашингтон) до Лос-Анджелеса Дві лінії, по 500кВ кожна, поставлять близько 2500 МВт, отриманих на гідроелектростанції на річці Колумбія, в основні центри споживання в Південній Каліфорнії Компанія «Гідро-Квебек» (Hydro-Quebec) розробляє систему ліній електропередачі з напругою 765 кВ, щоб донести енергію з гідроелектростанцій в Північному Квебеку до споживачів в Канаді та США

Хоча більшість ліній електропередачі класифікуються за їх номінальній напрузі, розраховуються вони виходячи з так званого основного рівня імпульсної міцності ізоляції (BIL – Basic Insulation Level), що враховує можливість грозових розрядів і перехідних процесів при комутації Напруга в грозових розрядах було знайдено рівним 5 MB, струми – до 220 кА, а максимальне значення di / dt становило 50 кА / мкс, так що вони здатні привести до серйозних аварій Застосування захисних розрядників буде розглянуто в гол 2

Високовольтні лінії передачі постійного струму (HVDC – HighVoltage DC) стали реальністю з настанням часу силової електроніки Їх переваги перед лініями передачі на змінному струмі полягають у тому, що вони позбавлені ємнісних ефектів і фазових зрушень, які створювали проблеми при регулюванні і послаблювали стійкість системи до відмов Одна з ранніх ліній типу HVDC йшла зі штату Вашингтона в місто Сілмар, Каліфорнія, що в кількох милях на північ від Лос-Анджелеса, і призначалася для живлення системи «Пасифік Інтерті» Вона була розрахована на 1200 МВт при 400 кВ постійного струму Перетворювальна станція в Сілмарі спочатку будувалася з розрахунку на використання ртутних керованих випрямлячів для перетворення постійної напруги в змінну, проте була зруйнована землетрусом При її відновленні були, мабуть вперше використані в техніці HVDC перетворювачі на напівпровідникових тиристорах (SCR) У світі є ще кілька інших великих ліній HVDC: в Японії – з Хонсю на Хоккайдо в Італії – від материка до острова Сардинія у Новій Зеландії – між Північним і Південним островами Компанія «Гідро-Квебек» (Hydro-Quebec) використовує лінію HVDC протяжністю 640 миль, напругою 450 кВ і потужністю 2250 МВт від електростанції Редіссон, близько Джеймс Бей, до перетворювальної станції в Николі (Nicolet) потужністю 1200 MBA, затемлінія триває на 66 миль до перетворювальної станції «Де-Кантонс» (Des Cantons) потужністю 400 MBA, яка є точкою обміну енергією з обєднанням «Нью Інгланд Пауер Пул» (New England Power Pool) в штаті Вермонт Далі лінія проходить через Комерфорд, штат Нью-Хемпшир, а кінцевою точкою є перетворювальна станція «Ейер» (Ayer) (Санді Понд), штат Массачусетс, на північний захід від Бостона

Приватні користувачі електроенергії зазвичай оплачують рахунки, складені на основі спожитої енергії, вираженої в кіловат-чаcax без урахування коефіцієнта потужності використовуваних навантажень А ось рахунки промислових споживачів складаються з двох частин По-перше, вони платять за кіловат-години спожитої енергії в оплачувану період часу Ці виплати в даний час складають 3 .. 5 центів за один кіловат-годину З цих грошей оплачується витрата палива (вугілля, газу або нафти), а також частина витрат на утримання генеруючих структур Навіть електрику, одержуване на гідроелектростанціях, не звільняється від цих платежів \

Друга частина розраховується на основі значення максимального споживання електроенергії, усередненого за півгодини часу в оплачуваній періоді Для цієї мети використовується записуючий кіловаттметр, в якому залишається максимальне значення спожитої потужності Потім проводиться перерахунок спожитої електроенергії у бік збільшення з урахуванням середнього за місяць значення коефіцієнта потужності Для метрополітену типове значення плати по цій частині рахунку складає 5 .. 15 дол в місяць за кожен перерахований з урахуванням коефіцієнта потужності кіловат Ці гроші йдуть на обслуговування трансформаторів, передавальних ліній і розподільних систем, необхідних для доставки енергії споживачу Облік коефіцієнта потужності при розрахунку цих виплат дозволяє привязати їх до числа ампер, насправді поставлених з електромережі Ця система розрахунку платежів створює потужний спонукальний механізм для промислових споживачів електроенергії до поліпшення коефіцієнта потужності їх обладнання, і установка відповідних конденсаторів швидко окупається Наведений вище приклад є просто ілюстрацією методів розрахунку платежів за електроенергію, і на практиці у різних електрокомпаній в США існує багато варіантів цих розрахунків Представники електрокомпаній зазвичай дають корисні поради, як зменшити витрати на електропостачання У гол 14 це ще буде обговорюватися

Важливою проблемою в США є зростаюча навантаження на лінії електропередачі Перед скасуванням державного контролю більшість електрокомпаній виробляли і передавали свою електроенергію у взаємозвязку з іншими мережами, що забезпечувало стабільність системи і її стійкість до аварій Свобода ринку електроенергії в даний час призводить часто до того, що споживачі воліють купувати електроенергію у далеко розташованих виробників, а не у місцевих Це призводить до перевантаження ліній електропередачі та зниження стабільності системи електропостачання Будівництво додаткових передавальних ліній зустрічає труднощі у звязку з реакцією населення, що виражається фразою «тільки не на моєму задньому дворі» (NIMBY – not in my back yard) Крім того, електромережеві компанії не зацікавлені будувати лінії для передачі енергії, за яку вони не зможуть виставити рахунки споживачам Незважаючи на ці проблеми, додаткові запаси по переданої потужності є життєво необхідними для забезпечення надійності системи енергопостачання

Весь північний захід США занурився в пітьму 14 серпня 2003 через велику аварію, що принесла збитки в мільярди доларів внаслідок втрати продукції і доходів А справа була просто в поганому обслуговуванні декількох передавальних ліній в штаті Огайо Великий крик піднявся з приводу «ан т ик в а p н про з т і >> електропередавальних ліній, але суть справи полягає в тому, що електророзподільна промисловість досягла видатних результатів у забезпеченні надійності електропостачання, особливо з урахуванням скасування державного регулювання Однак у майбутньому надійність необхідно ще підвищувати

Значне підвищення стабільності системи електропостачання може бути досягнуто за рахунок розробки систем FACTS Під цією абревіатурою, розшифровується як гнучка система передачі змінного струму (Flexible AC Transmission Systems), ховаються системи керування силовою електронікою, здатні відстежувати дуже швидкі зміни напруги і фазового кута в системі електропостачання Застосування FACTS дозволяє при деяких видах аварій зберегти напругу і частоту в системі електропостачання в межах номінальних значень Стабільність системи електропередачі може бути підтримана навіть при перевищенні її здатності навантаження Установка систем FACTS може відстрочити або навіть усунути необхідність будівництва нових ліній електропередачі, що важко виконати з міркувань охорони навколишнього середовища, складності отримання дозволів на будівництво та вартості смуги відчуження

Джерело: Сукер К Силова електроніка Керівництво розробника – М: Видавничий дім «Додека-ХХI, 2008 – 252 c: Ил (Серія «Силова електроніка»)