{"id":11502,"date":"2012-02-05T12:13:48","date_gmt":"2012-02-05T11:13:48","guid":{"rendered":"http:\/\/elektrosystemy.pl\/?p=11502"},"modified":"2015-11-04T12:19:49","modified_gmt":"2015-11-04T11:19:49","slug":"jednoprzewodowe-linie-przesylu-energii-elektrycznej","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/?p=11502","title":{"rendered":"Jednoprzewodowe linie przesy\u0142u energii elektrycznej"},"content":{"rendered":"

\"OkladkaES_02_2012_B\"<\/a>Wady wynikaj\u0105ce z technologii przesy\u0142ania energii elektrycznej sieciami jedno- i tr\u00f3jfazowymi mo\u017cna wyeliminowa\u0107 dzi\u0119ki u\u017cyciu technologii przesy\u0142u jednoprzewodowego.<\/strong><\/p>\n

Przesy\u0142 energii elektrycznej sieciami jedno- i tr\u00f3jfazowymi wi\u0105\u017ce si\u0119 z powa\u017cnymi niedogodno\u015bciami. Do s\u0142abych stron tego tradycyjnego rozwi\u0105zania nale\u017c\u0105:
\n\u2022 znaczne straty mocy w przewodach linii wydzielane w postaci ciep\u0142a,
\n\u2022 konieczno\u015b\u0107 stosowania transformator\u00f3w zmieniaj\u0105cych wysoko\u015b\u0107 napi\u0119cia przesy\u0142u,
\n\u2022 wyst\u0119powanie zak\u0142\u00f3ce\u0144, zw\u0142aszcza zwar\u0107 prowadz\u0105cych do przerw w pracy,
\n\u2022 bardzo du\u017ce zu\u017cycie metali kolorowych,
\n\u2022 wysoki koszt budowy sieci elektroenergetycznych (105-106 z\u0142\/km linii).
\nWymienione wady mo\u017cna wyeliminowa\u0107 lub przynajmniej znacznie ograniczy\u0107 dzi\u0119ki u\u017cyciu technologii jednoprzewodowego przesy\u0142u energii elektrycznej. Jedna z nich znalaz\u0142a ju\u017c dawno szerokie zastosowanie, inne wci\u0105\u017c przechodz\u0105 badania i pr\u00f3by.<\/p>\n

SWER \u2013 alternatywa\u00a0dla tr\u00f3jfazowych sieci\u00a0\u015bredniego napi\u0119cia<\/strong><\/p>\n

W przypadku zasilania odleg\u0142ych, jednofazowych odbiorc\u00f3w jednoprzewodowe uk\u0142ady przesy\u0142u energii elektrycznej SWER (Single Wire Earth Return \u2013 jednoprzewodowa linia z ziemi\u0105 jako torem powrotnym) okaza\u0142y si\u0119 korzystn\u0105 alternatyw\u0105 dla tradycyjnych tr\u00f3jfazowych sieci rozdzielczych \u015bredniego napi\u0119cia (SN). Technologi\u0119 SWER opracowano i wdro\u017cono po raz pierwszy do elektryfikacji rolnictwa Nowej Zelandii w 1925 r. Do tej pory w Australii i Nowej Zelandii oraz na innych kontynentach zbudowano ponad 200 tys. km tych linii.<\/p>\n

\"Rys.

Rys. 1. Schemat jednoprzewodowego\u00a0uk\u0142adu przesy\u0142owego SWER<\/p><\/div>\n

Struktura sieci SWER<\/strong>
\nW australijskich liniach SWER energia jest dostarczana przez transformator separacyjny o mocy maksymalnie 300 kVA i przek\u0142adni napi\u0119ciowej najcz\u0119\u015bciej 22\/19 kV. Linia (rys. 1) sk\u0142ada si\u0119 z jednego przewodu i mo\u017ce rozci\u0105ga\u0107 si\u0119 nawet na 200 km, co jest d\u0142ugo\u015bci\u0105 niespotykan\u0105 dla konwencjonalnych sieci promieniowych SN. Wzd\u0142u\u017c trasy przy\u0142\u0105czeni s\u0105 rozproszeni odbiorcy, kt\u00f3rzy pobieraj\u0105 moc przez transformatory dystrybucyjne (obni\u017caj\u0105ce napi\u0119cie w stosunku 19\/0,24 kV). Najd\u0142u\u017csze z tych ci\u0105g\u00f3w zasilaj\u0105 do 80 transformator\u00f3w o znormalizowanych mocach 5, 10 i 25 kVA. Zwykle g\u0119sto\u015b\u0107 odbieranej mocy nie przekracza 0,5 kVA\/km d\u0142ugo\u015bci linii, co jest wyj\u0105tkowo niskim wska\u017anikiem. W\u0142a\u015bnie tak niewielkie obci\u0105\u017cenie uzasadnia rezygnacj\u0119 z kosztownego przewodu powrotnego i wykorzystanie w przewodzie fazowym stali \u2013 materia\u0142u ta\u0144szego i zarazem wytrzymalszego mechanicznie od aluminium. Koszt budowy linii jednoprzewodowej jest dzi\u0119ki temu wyra\u017anie ni\u017cszy od jej tr\u00f3jfazowego odpowiednika \u2013 oszcz\u0119dno\u015b\u0107 mo\u017ce si\u0119ga\u0107 70%. Zysk ten wynika r\u00f3wnie\u017c z u\u017cycia mniejszej liczby s\u0142up\u00f3w pozbawionych przy tym poprzecznik\u00f3w. Podczas gdy tr\u00f3jfazowe linie SN licz\u0105 \u015brednio siedem s\u0142up\u00f3w na kilometr, dla SWER wska\u017anik ten mo\u017cna obni\u017cy\u0107 do 2,5. Z powodu ni\u017cszych obci\u0105\u017ce\u0144 mechanicznych dopuszcza si\u0119 stosowanie ta\u0144szych, tradycyjnych s\u0142up\u00f3w z \u017celazobetonu, kt\u00f3re odznaczaj\u0105 si\u0119 du\u017c\u0105 odporno\u015bci\u0105 na warunki atmosferyczne i niszcz\u0105ce oddzia\u0142ywanie organizm\u00f3w \u017cywych. W rezultacie uzyskuje si\u0119 tak\u017ce zmniejszenie nak\u0142ad\u00f3w na konserwacj\u0119 linii. Niestety wskutek ni\u017cszej przewodno\u015bci stali straty przesy\u0142owe s\u0105 blisko dwukrotnie wy\u017csze ni\u017c w jednofazowych dwuprzewodowych liniach przenosz\u0105cych dan\u0105 moc i mog\u0105 si\u0119ga\u0107 20%.<\/p>\n

Ograniczenia<\/strong>
\nSpecyfika dzia\u0142ania linii SWER stwarza okre\u015blone trudno\u015bci. Przep\u0142yw pr\u0105d\u00f3w powrotnych ziemi\u0105 wywiera niekorzystny wp\u0142yw na istniej\u0105ce obiekty lub konstrukcje, jednak ryzyko to jest minimalne dzi\u0119ki lokalizowaniu linii w niezagospodarowanym terenie. Wi\u0119kszym problemem bywa zagro\u017cenie pora\u017ceniowe wyst\u0119puj\u0105ce w pobli\u017cu punkt\u00f3w uziemienia transformator\u00f3w separacyjnych i dystrybucyjnych. Jego eliminacja wymaga dotrzymania w\u0142a\u015bciwej oporno\u015bci uziemie\u0144. Odbiorcy zasilani z transformator\u00f3w dystrybucyjnych maj\u0105 do dyspozycji dwie wysoko\u015bci napi\u0119cia jednofazowego: 500 V oraz 250 V. W razie potrzeby stosowania tr\u00f3jfazowych urz\u0105dze\u0144 konieczne jest u\u017cycie specjalnych przetwornic wytwarzaj\u0105cych ten uk\u0142ad napi\u0119\u0107 o odpowiednich parametrach.<\/p>\n

\"Rys.

Rys. 2. Uproszczony schemat jednoprzewodowej linii przesy\u0142owej:
1 \u2013 generator napi\u0119cia wysokiej cz\u0119stotliwo\u015bci,
2 \u2013 obw\u00f3d rezonansowy transformatora podnosz\u0105cego napi\u0119cie,
3 \u2013 przew\u00f3d linii,
4 \u2013 obw\u00f3d rezonansowy transformatora obni\u017caj\u0105cego napi\u0119cie,
5 \u2013 prostownik,
6 \u2013 przekszta\u0142tnik<\/p><\/div>\n

Nowa koncepcja linii jednoprzewodowych<\/strong><\/p>\n

Si\u0119gni\u0119cie do okrytych tajemnic\u0105 pomys\u0142\u00f3w genialnego wynalazcy Nikoli Tesli pokazuje odmienne kierunki poszukiwa\u0144 technologii jednoprzewodowego przesy\u0142u energii elektrycznej. Opracowany przez rosyjskich naukowc\u00f3w uk\u0142ad zawiera dwa dostrojone do rezonansu obwody elektryczne po\u0142\u0105czone jednoprzewodow\u0105 lini\u0105 przesy\u0142ow\u0105 (rys. 2).
\nW tym uk\u0142adzie straty mocy w jedynym przewodzie linii praktycznie nie wyst\u0119puj\u0105. Praca takiej linii jest bezpieczna dla otoczenia i ludzi. Zu\u017cycie metalu na jej wykonanie jest dziesi\u0105tki razy mniejsze ni\u017c w obecnych sieciach. Na rys. 3 por\u00f3wnano tradycyjny kabel tr\u00f3jfazowy i przew\u00f3d nowej linii dla przesy\u0142u tej samej mocy. Kilkukrotne obni\u017cenie przekroju i wagi przewodu daje ponadto wielokrotne zmniejszenie promienia zagi\u0119\u0107 kabla oraz koszt\u00f3w i czasu uk\u0142adania kabli. W liniach jednoprzewodowych wykluczone jest ryzyko zwar\u0107, co podnosi dyspozycyjno\u015b\u0107 linii oraz bezpiecze\u0144stwo jej eksploatacji.
\nWalory omawianej technologii doceniono w Rosji, gdzie po dw\u00f3ch dekadach bada\u0144 i eksperyment\u00f3w zawi\u0105zano wsp\u00f3\u0142prac\u0119 instytut\u00f3w badawczych i firm wdro\u017ceniowych. Dotychczas wykonano tam kilka pilota\u017cowych projekt\u00f3w, w tym jednoprzewodowe linie diodowego o\u015bwietlenia ulicznego i uk\u0142ad zasilania automatyki rakiety no\u015bnej, kt\u00f3ry przyni\u00f3s\u0142 oszcz\u0119dno\u015b\u0107 130 kg miedzi. Inn\u0105 aplikacj\u0105 jest uk\u0142ad zasilania stacji ochrony katodowej ruroci\u0105g\u00f3w naftowych. W systemie tym przemiennik cz\u0119stotliwo\u015bci zasila lini\u0119 o napi\u0119ciu 6,8 kV, 3,4 kHz. Moc 20 kW jest przesy\u0142ana na odleg\u0142o\u015b\u0107 1,7 km przewodem o \u015brednicy zaledwie… 1 mm.<\/p>\n

\"Rys.

Rys. 3. Tradycyjny kabel 3-fazowy i przew\u00f3d nowej linii dla przesy\u0142u mocy 50 kW<\/p><\/div>\n

Badanie zjawiska<\/strong><\/p>\n

Prekursorem koncepcji przesy\u0142u elektryczno\u015bci z pomoc\u0105 jednego przewodu by\u0142 Nikola Tesla. Do\u015bwiadczenia takie demonstrowa\u0142 ju\u017c w 1892 r. lecz dok\u0142adne informacje na ten temat nie zachowa\u0142y si\u0119 do naszych czas\u00f3w. Rosyjskie badania nad jednoprzewodowym przesy\u0142em energii elektrycznej zainicjowa\u0142 in\u017cynier S. Awramienko, kt\u00f3ry przed 25 laty zauwa\u017cy\u0142 nieznany mu efekt. Przy przemieszczaniu naelektryzowanych przedmiot\u00f3w nast\u0119powa\u0142o za\u015bwiecenie znajduj\u0105cej si\u0119 w pobli\u017cu lampy luminescencyjnej. Nasun\u0119\u0142o mu to my\u015bl, \u017ce ruch elektryczno\u015bci statycznej wytwarza zmienne pole elektromagnetyczne, kt\u00f3re wywo\u0142uje \u015bwiecenie gazu w lampie. W uk\u0142adach badanych przez Awramienk\u0119 z generatora napi\u0119cia wysokiej cz\u0119stotliwo\u015bci, rz\u0119du kHz, wymuszany jest \u201eprzep\u0142yw\u201d tzw. pr\u0105du przesuni\u0119cia (tj. zsynchronizowanych drga\u0144 spolaryzowanych atom\u00f3w, czyli dipoli osadzonych w sieci krystalicznej przewodnika) przez jedyny przew\u00f3d do jego drugiego ko\u0144ca. Tu energia elektryczna jest odbierana przez na\u0142o\u017cony na przew\u00f3d transformator odpowiedniej konstrukcji. W obwodzie wt\u00f3rnym tego transformatora parametry pr\u0105du s\u0105 przekszta\u0142cane na warto\u015bci przydatne dla konwencjonalnych odbior\u00f3w. Jednak pe\u0142nego obja\u015bnienia zasady dzia\u0142ania takich uk\u0142ad\u00f3w nadal nie podano. W 2003 r. Awramienko zmar\u0142, lecz kontynuowane badania ujawnia\u0142y dalsze, niezwyk\u0142e w\u0142asno\u015bci tego zjawiska. Jedn\u0105 z najcenniejszych jest brak wydzielania ciep\u0142a przy \u201eprzep\u0142ywie\u201d pr\u0105du przesuni\u0119cia, co jest zreszt\u0105 zgodne z teori\u0105 przewodnictwa. Poniewa\u017c oporno\u015b\u0107 w\u0142a\u015bciwa przewodnika nie ma w tym przypadku znaczenia, mo\u017cna drogie metale kolorowe jak mied\u017a czy aluminium zast\u0105pi\u0107 ta\u0144szym materia\u0142em, np. stal\u0105, a dodatkowo przekr\u00f3j zmniejszy\u0107 do warto\u015bci podyktowanej jedynie wytrzyma\u0142o\u015bci\u0105 mechaniczn\u0105. Mo\u017cliwe jest r\u00f3wnie\u017c wykorzystanie \u015bwiat\u0142owod\u00f3w, wody lub nawet ziemi w charakterze toru przesy\u0142owego.<\/p>\n

Opracowa\u0142 Piotr Olszowiec<\/strong>
\nOpracowano na podstawie artyku\u0142u <\/strong>
\n\u201eEnergo- i materia\u0142ooszcz\u0119dna technologia przesy\u0142u energii elektrycznej na du\u017ce odleg\u0142o\u015bci\u201d, Sistiemy Eko\u0142ogiczieskije 2\/2011<\/strong><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Wady wynikaj\u0105ce z technologii przesy\u0142ania energii elektrycznej sieciami jedno- i tr\u00f3jfazowymi mo\u017cna wyeliminowa\u0107 dzi\u0119ki u\u017cyciu technologii przesy\u0142u jednoprzewodowego. Przesy\u0142 energii elektrycznej sieciami jedno- i tr\u00f3jfazowymi wi\u0105\u017ce si\u0119 z powa\u017cnymi niedogodno\u015bciami. Do s\u0142abych stron tego tradycyjnego rozwi\u0105zania nale\u017c\u0105: \u2022 znaczne straty mocy w przewodach linii wydzielane w postaci ciep\u0142a, \u2022 konieczno\u015b\u0107 stosowania transformator\u00f3w zmieniaj\u0105cych wysoko\u015b\u0107 napi\u0119cia…<\/p>\n","protected":false},"author":3,"featured_media":11504,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":[],"categories":[688],"tags":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/11502"}],"collection":[{"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/3"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=11502"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/11502\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":11506,"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/11502\/revisions\/11506"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/media\/11504"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=11502"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=11502"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=11502"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}