Dlaczego w sieciach WN stosuje się napięcie 110kV zamiast 100kV?

Dlaczego w sieciach przesyłowych stosuje się napięcie 110kV a nie np.100kV? Z czego wynika dokładnie ta wartość?

Sieć wysokiego napięcia (WN), to sieć przesyłowa, w której napięcie wynosi od 60 do 220 kV (w Polsce 110 kV[1]). Sieć ta służy do przesyłania energii elektrycznej na duże odległości pomiędzy elektrowniami a stacjami rozdzielczymi. Wysokie napięcie sprawia sporo kłopotów technicznych. Izolowanie tak wysokich napięć pociąga za sobą konieczność konstruowania specjalnych izolatorów, których rozmiary są wprost proporcjonalne do wartości napięcia. Dlatego też napowietrzne rozdzielnie wysokiego napięcia zajmują zazwyczaj bardzo dużo miejsca - stosuje się więc wszelkie rozwiązania prowadzące do bezpiecznej minimalizacji urządzeń.Z uwagi na wysokie napięcie przyłożone do stosunkowo cienkiego przewodnika jakim jest przewód energetyczny występuje tzw. zjawisko ulotu, które może prowadzić do powstawania znacznych strat przesyłanej energii. Dlatego też, przewody wysokiego napięcia są rozpinane najczęściej jako kilka (od dwóch do czterech) równoległych przewodów umieszczonych w stałej odległości od siebie (tzw. wiązka dwu-, trój- lub czteroprzewodowa). Powoduje to zmniejszenie gradientu pola elektrycznego dookoła takiego układu, co bezpośrednio prowadzi do redukcji ulotu, a tym samym obniżenia ewentualnych strat. Konsekwencją ulotu są straty energii w liniach przesyłowych i stacjach oraz przyspieszone starzenie izolacji w urządzeniach (co skraca ich żywotność). Przy napięciach znamionowych o wartości mniejszej niż 110 kV ulot nie odgrywa większej roli, lecz łączne straty energii w całej sieci WN i NN osiągają wartości mające duże znaczenie ekonomiczne. Innym niepożądanym skutkiem ulotu są zakłócenia radiowe. Z tych względów dąży się do maksymalnego ograniczenia ulotu. W celu ograniczenia skutków ulotu stosuje się odpowiednio duże przekroje przewodów w zależności od napięcia – im wyższe napięcie, tym większy minimalny przekrój przewodu. W Polsce natomiast podyktowane jest to głównie przyczynami geologicznymi na którym w większości przypadków nie można stawiać słupów o określonej wysokości i nośności, więc kompromisowo ustalono na takie napięcie. Nadmienię że są linie przesyłowe największego napięcia (NN) powyżej 400KV. Dla przykładu, sieć przesyłającą prąd o napięciu 750 kV z Ukrainy (obecnie nie eksploatowana). Przy rosnącym zapotrzebowaniu na energię elektryczną konstruuje się linie przesyłowe NN o napięciu nawet 1100 kV. Takie instalacje obecne już są m.in. w Japonii. Sieć najwyższych napięć używana jest w tym samym celu, co sieć wysokiego napięcia, czyli do przesyłu energii elektrycznej na dużych odległościach. Straty mocy w przewodzie są bowiem proporcjonalne do kwadratu natężenia prądu elektrycznego przepływającego przez przewodnik – dlatego też podwyższanie napięcia służy obniżaniu tych strat. Choć wraz ze wzrostem napięcia maleją straty spowodowane nagrzewaniem się przewodu, ale powiększają się straty energii związane z ulotem wysokiego napięcia, szczególnie na wszystkich ostrych krawędziach jak izolatory itp. oraz przy niesprzyjającej pogodzie, ale także wokół przewodu. Ulot, inaczej wyładowanie koronowe albo wyładowanie niezupełne, jest to rodzaj wyładowania elektrycznego zachodzącego bez łuku.

adamq1 napisał:

Z czego wynika dokładnie ta wartość?

Z tradycji i niczego więcej. Podobnie jak inne wartości napięć.

adamq1 napisał:

Dlaczego w sieciach przesyłowych stosuje się napięcie 110kV a nie np.100kV? Z czego wynika dokładnie ta wartość?

Z lenistwa.
Otóż przez dziesiątki lat liczono, sprawdzano wszelkie wartości wielkości elektrycznych dla 110 V. Te wszystkie indukcje elektromagnetyczne, natężenia pola, strumień magnetyczny i kilkanaście innych wielkości, a wyniki były sprawdzane i doświadczalnie i weryfikowane przez innych naukowców oraz użytkowników. Więc kiedy nastała potrzeba przygotowania teoretycznego dla wszystkich zjawisk zachodzących dla znacznie wyższego napięcia, to po co było przeliczać to wszystko dla nowej wielkości np. 100 kV? Komputerów przecież wtedy nie było, więc łatwo było o prostą pomyłkę liczbową, która mogła dużo kosztować! A dla 110 kV to tylko tysiąc razy więcej! Dopisać trzy zera do znanych wielkości było dużo, dużo łatwiej! *)






*) To oczywiście żart.

Idąc tym tokiem myślenia co retrofood powinniśmy mieć linie 220kV (takie są) ale i 330kV, 440kV (a mamy tylko 400kV). Jeśli ma ktoś jeszcze jakieś pomysły to proszę o odp. Interesuje mnie tylko wyjaśnienie dlaczego właśnie 110kV a nie np. 100kV czy 150kV. Kto i kiedy podjął decyzję o takich poziomach napięć jakie mamy w sieciach przesyłowych?

adamq1 napisał:

Idąc tym tokiem myślenia co retrofood powinniśmy mieć linie 220kV (takie są) ale i 330kV, 440kV (a mamy tylko 400kV).

Nie, Kolego. Owszem, 220 kV skonstruowano, ale później, to już były kalkulatory, a dalej komputery, więc moje rozumowanie przestało mieć ważne znaczenie. A dlaczego nie ma 330 kV? bo to bez sensu. 400 kV ma dwa razy wyższe napięcie (mniej więcej, tak jak 220 kV do 110 kV). Mnożenie rodzajów nie ma sensu, bo powstają trudności z typoszeregiem, odmian jest zbyt wiele, by to wszystko później do siebie dopasować z sensem i nie tak drogo.

No przecież musi być jakieś logiczne wytłumaczenie dlaczego sieci przesyłowe mają takie a nie inne napięcia. Przecież ktoś kiedyś musiał podjąć decyzje, że napięcie ma być właśnie 110kV a nie 80kV czy 140kV i miał do tego argumentację.

W swoim poście wyjaśniłem chyba wszystko. Ale napiszę jeszcze raz łopatologicznie. Powyżej 110KV s ą większe straty spowodowane ULOTEM czyli wyładowaniem koronowym. Ponad to pisałem o podłożu geologicznym na którym, większe słupy nie ustoją bo trzeba by robić olbrzymie fundamenty. Ponad to waga izolatorów, przewodów a w końcu dużo droższych oraz większych gabarytowo transformatorów i związanych z obsługą problemów. Większe wyłączniki pneumatyczne, przekładniki prądowo napięciowe itd itd to wszytko generowało by olbrzymie koszta związane z utrzymaniem sieci i obsługa.
Przy wyborze działał kompromis, straty przesyłu- straty przetwarzania, straty ulotu aż w końcu koszta podstacji, rozdzielni itd. A największym argumentem który przemawia to przy wyższym napięciu powyżej 110KV, większe pole elektromagnetyczne i zakłócenia w łączności radiowej i aparatury elektronicznej. Wszak linia napowietrzna to jedna wielka antena o płaskiej charakterystyce przyziemnej.

cooltygrysek napisał:

W swoim poście wyjaśniłem chyba wszystko.

Daleko nie wszystko. W grę, przynajmniej w Polsce, wchodziły tez względy historyczne i konieczność sklecenia w jedną całość różnych fragmentów sieci, oraz ustalenie ich parametrów, nie zapominając o zachowaniu ewentualnej współpracy z sąsiadami. Nie zapominajmy, że to tylko niecałe sto lat temu.
Ulot nie ma nic do rzeczy, potrafimy go ograniczać do rozsądnych rozmiarów, poprzez sieci dwu-, cztero- czy też pięcioprzewodowe. Ale wymiary, konieczność zachowania pewnych odległości, możliwości materiałowe, konstrukcyjne - już tak. Można dużo o tym pisać, w każdym razie nie było jednego czynnika, decydowała cała ich gama.

Historycznych względów nie brałem pod uwagę. Co do współpracy to i tak do Niemiec z elektrowni Opole sprzedajemy prąd o napięciu 400 KV linią 2 torową o mocy termicznej toru 1386 MW. Ze Szwecji do Słupska kupujemy 450 KV linia jednotorową o mocy termicznej toru 600 MW. Do Czech sprzedajemy 220 KV linia jednotorowa o mocy termicznej toru 412 MW, 400 KV linia jednotorowa o mocy termicznej toru 1306 MW.

Przypominam że napięcia podawane są międzyfazowe.
Po drugie łatwo połączyć systemy jak się ma takie same napięcia jak sąsiedzi i zunifikowane.
Dlatego napęd jest na 6Kv , rozdzielcza sieć na 6,15kV i łatwiej dobrać transformatory i osprzęt na zunifikowane napięcia.
I widocznie 110kV pozwala przesłać tyle mocu ile trzeba, ulot w normie , izolatory i wyłączniki nie drożyzna....

My chyba nie do końca się rozumiemy. Mi chodzi o informację z czasów jak kształtowała się energetyka i wtedy podjęto decyzję, że sieci przesyłowe mają być na takim napięciu jak obowiązuje teraz. Kto i dlaczego zadecydował, że napięcie 110kV będzie lepsze dla przesyłu niż 90kV czy 100kV?

Patrz #9.

Cytat:

Można dużo o tym pisać, w każdym razie nie było jednego czynnika, decydowała cała ich gama.

Chodzi mi bardziej o odpowiedz w tym stylu: "w 1890r. międzynarodowa organizacja przesyłu energii elektrycznej w Berlinie podjęła decyzję o znormalizowaniu poziomów napięć. Przyjęto napięcie 110kV jako najwyższe napięcie na jakie są stworzyć aparaturę z zachowaniem bezpiecznego poziomu izolacji itd." To co napisałem nie jest prawdą ale tego typu odpowiedz oczekiwałem. Skoro jednak nikt nie jest w stanie mi pomoc zamykam temat. Dziękuję wszystkim za chęć pomocy. Pozdrawiam

adamq1 napisał:

Chodzi mi bardziej o odpowiedz w tym stylu: "w 1890r. międzynarodowa organizacja przesyłu energii elektrycznej w Berlinie podjęła decyzję o znormalizowaniu poziomów napięć. Przyjęto napięcie 110kV jako najwyższe napięcie na jakie są stworzyć aparaturę z zachowaniem bezpiecznego poziomu izolacji itd." To co napisałem nie jest prawdą ale tego typu odpowiedz oczekiwałem.

Nigdy nie było niczego podobnego i nie jest do dzisiaj. Każde państwo robiło tak, jak uważało, powstawały jedynie lokalne porozumienia, do których czasami ktoś nawiązywał. Stąd też do dzisiaj w Europie nawet kuchenki czy inny sprzęt, producenci produkują na określone rynki. Nawet w normach są odstępstwa, obowiązujące w określonych państwach, ze względu na odmienne sposoby zasilania. Tyle.

cooltygrysek napisał:

Co do współpracy to i tak do Niemiec z elektrowni Opole sprzedajemy prąd o napięciu 400 KV linią 2 torową o mocy termicznej toru 1386 MW.

Proszę mnie skorygować gdy błądzę, ale czy moje rozważania mają sens:
Tor: trójfazowa linia.
Moc (termiczna) na jednej linii: moc toru/3.
Prąd w jednym przewodzie 115A.
Czy 115A to trochę nie za mało jak na możliwości przewodu linii napowietrznej?
Jaki są typowe moce przesyłane w liniach napowietrznych WN/NN?

Po to są wysokie napięcia żeby prądy małe płynęły, w Tarnowie linia skawina azoty 220kV ma obciążenia ok 80A i się wacha.

Strumien swiadomosci swia napisał:

...obciążenia ok 80A i się wacha.

Ehh, taki doświadczony użytkownik i takie błędy ...

http://pl.wiktionary.org/wiki/waha%C4%87

Strumien swiadomosci swia napisał:

Po to są wysokie napięcia żeby prądy małe płynęły, w Tarnowie linia skawina azoty 220kV ma obciążenia ok 80A i się wacha.

A czy kolega może mi zdradzić informację na jaką moc ta linia była projektowana, czyli jaki prąd ciągły może tam przepływać? Chodzi mi o teoretyczną moc linii.

Na przykład z ciekawostek dropsa to taka niepozorna napowietrzna linia miejska w tymże miejscu
http://goo.gl/maps/wuTvH ma napięcie 11.4kV a transformatory na słupach zasilające bloki mieszkalne mają po 300kW (60Hz). Odczytane osobiście z trafoków.

Tutaj jest nawet zdjęcie transformatora z bliska:
Link

Dziękuję za naprowadzenie. Do tej pory dla mnie to 1W = 1VA. Pogrzebałem ciut w Internecie i już wiem o co chodzi.

Jakiś czas temu podróżując po Szkocji natknąłem się na energetyczną linię przesyłową z różnymi izolatorami:



I tak jest na innych słupach rownież.

Pomyślałem sobie, ze to jakiś lokalny wynalazek do momentu kiedy wyjeżdżając z Wrocławia drogą 35 w kierunku Wałbrzycha natknąłem się ma coś podobnego:



Czy ktoś z kolegów może wyjaśnić czy faktycznie po dwóch stronach słupa płynie energia o rożnym napięciu i czy często coś takiego jest stosowane?

sanfran napisał:

Pomyślałem sobie, ze to jakiś lokalny wynalazek do momentu kiedy wyjeżdżając z Wrocławia drogą 35 w kierunku Wałbrzycha natknąłem się ma coś podobnego:

W naszych polskich warunkach dawniej nie łączono różnych napięć na tych samych słupach, ale obecne warunki w których liczy się minimalizacja szerokości korytarza zajętego przez linie wymuszają takie rozwiązania. Na tym słupie przy drodze 35 mamy zapewne linie 110kV i 220kV.
Jeszcze ciekawiej jest w okolicy węzła autostradowego Sośnica, tam na jednym słupie spotykają się linie WN i linie SN, te drugie na pomocniczych wysięgach poniżej linii WN.

sanfran napisał:

cooltygrysek napisał:
Co do współpracy to i tak do Niemiec z elektrowni Opole sprzedajemy prąd o napięciu 400 KV linią 2 torową o mocy termicznej toru 1386 MW.



Proszę mnie skorygować gdy błądzę, ale czy moje rozważania mają sens:
Tor: trójfazowa linia.
Moc (termiczna) na jednej linii: moc toru/3.
Prąd w jednym przewodzie 115A.
Czy 115A to trochę nie za mało jak na możliwości przewodu linii napowietrznej?
Jaki są typowe moce przesyłane w liniach napowietrznych WN/NN?

Tak jeden tor to 3 fazy. Dwu torowe to 2x 3fazy mogą one być o różnych napięciach zazwyczaj 110 i 220kV. I tak na fotach z różnymi izolatorami ma kolega słupy dwu torowe o różnej wartości napięć. Prawdopodobnie 75 i 110kV. Moc termiczna to parametr określający max temperaturę przewodu pod obciążeniem roboczym i wynosi ona od 1989r 60 do 80'C max i wpływa na zwis jak i naprężenia przewodów pomiędzy przęsłami, średnio około 300m dla linii przesyłowych 110kV. Z typowymi przewodami AFL 6 czy 8 przyrosty zwisów wynoszą 3cm/' K. W przypadku linii 220 czy 400kV odległość przęseł wynosi około 450m a przyrosty zwisów 4cm/'K i może się zwiększyć w sekcjach wieloprzęsłowych o około 50%. Oczywiście ma też wpływ kierunek jak i prędkość wiatru czy nasłonecznienia. Przykładowo dla linii napowietrznej 110 kV w okresie letnim wykonanej przewodem AFL6 120 mm2 o temperaturze projektowej 60°C obciążalność prądowa wynosi 205 A. Przepływ prądu o wartości 250 A oznacza przekroczenie obciążalności o 22%.
Prąd dopuszczalny zależy od zastosowanego przekroju przewodu danej linii napowietrznej a te się różnią w zależności od specyfikacji zapotrzebowania odbiorcy. Często tez stawia się linie wielotorowe przy wyższym zapotrzebowaniu na prąd. Typowe moce linii napowietrznych 110kV to przedział od 80 do 875 kVA. przy przewodach 120mm2. Zazwyczaj nie przekraczają 1220kVA przy przewodach o przekroju 240mm2. Dla wyższych mocy stosuje się wyższe napięcie przy zachowaniu takich max przekrojów przewodów.
Przekroje linii NN to już dość indywidualna sprawa gdyż znajduje się za rozdzielniami SN/NN i tą dzieli się na obszary o danej mocy plus zapas. Linie napowietrzne NN dzieli się na I , II lub III kl W zależności od obciążenia i klasyfikacji odgromowej i prądów zwarcia dla linii krótkiej. Typowe przekroje to 10 i 25mm2. Przewody doziemne mają inną klasyfikację i przekroje jednak pomijam tą kwestię gdyż mówimy u o liniach napowietrznych.

Wiem, że moderator pewnie mnie zje za to, że odgrzewam kotleta (lub za zabawę w archeologa), ale temat tak mnie zaciekawił, że postanowiłem przekopać internet w odpowiedzi na to pytanie.

Odpowiedzi tej należy szukać w początkach elektryfikacji, czyli pod koniec zaborów i w okresie międzywojennym. Po odzyskaniu niepodległości utworzona została Spółka Skarbu Państwa "Siła i Światło", której zadaniem było przejęcie z rąk zaborców majątków energetycznych (elektrowni, pierwszych linii przesyłowych itp. itd.) oraz zaplanowanie dalszej elektryfikacji Polski. Wtedy nie istniał jeszcze znany nam dzisiaj system elektroenergetyczny, a "przedsiębiorstwa energetyczne", czyli pierwsze elektrownie, działały bardzo lokalnie i na zasadzie "każdy h...j na swój strój". Jedni używali do dystrybucji energii na bliskie odległości napięcia 6kV, inni 3kV, na dalekie 10kV, inni 30kV, jeszcze inni 60 kV (wtedy to było bardzo wysokie napięcie). I np. w tym ostatnim wypadku powstawały pierwsze GPZ-ty, zmieniające 60 kV na 30kV lub mniej, tworząc coś w rodzaju sieci SN, a te mniejsze napięcia zasilały pierwsze stacje transformatorowe. Nawiasem mówiąc pozostałości tego stanu rzeczy mamy do dziś w postaci kilku rożnych napiec w sieciach SN w rożnych rejonach kraju.

(Wikipedia) napisał:

Jako napięcie przeważające występuje napięcie 15 kV. Na niewielkich obszarach występuje napięcie 3; 5; 6; 10; 20; 30 (Mierzeja Helska); 40; 60 kV (Śląsk). Pierwsze cztery napięcia, tzn. od 3 do 10 kV, spotyka się głównie w sieciach miejskich. Trzy ostatnie od 30 do 60 kV spotyka się w sieciach terenowych. Sieć o napięciu 6 kV jest siecią nierozwojową, która zachowała się w starych dzielnicach dużych miast. W trakcie prac modernizacyjnych sieć ta jest zastępowana napięciem 15 kV. Napięcie 20 kV występuje w kilku rejonach Polski i jest uznawane za rozwojowe głównie ze względu na unifikację międzynarodową.

Pierwszą próba utworzenie ogólnokrajowej sieci elektroenergetycznej była budowa w latach 1934-1937 pierwszego odcinka(Mościce-Starachowice) linii(Rożnów-Warszawa), o astronomicznym jak na tamte czasy napięci 150kV.
Miała ona w zamyśle połączyć wszystkie rozproszone systemy energetyczne na swej drodze w jeden, ale plany te pokrzyżował Adolf H., co prawda jego inżynierowie rękami polskich robotników dokończyli budowę linii, ale potem z pomocą przyszedł towarzysz Józek z bratnią armią i...
https://www.tv.starachowice.pl/artykul/3531,p...sokiego-napiecia-biegnacej-przez-starachowice

http://www.ptpiree.pl/documents/seniorzy/2020/monografia_15.pdf napisał:

System elektroenergetyczny
Po roku 1945 pilną sprawą stało się powiązanie istniejących odcinków sieci o różnym zasięgu i napięciach w jeden krajowy system elektroenergetyczny.
W 1947 r. długość linii o napięciu 100, 110 i 150kV wynosiła około 1000 km, linii 60 kV– około 1500km, linii 30, 40 kV – około 6000 km
i linii o napięciach 20, 15, 10, 8, 6, 5, 3 kV – około 40 000 km.
Moc transformatorów sieciowych wynosiła odpowiednio: 150, 110, 100 kV – około 250 MVA, 60 i 40 kV – około 500 MVA.
Budując, a właściwie łącząc, szczątkowe systemy w całość pod koniec lat czterdziestych wybrano napięcie znamionowe 110 kV. W latach 1946–49 wybudowano m.in. linie110 kV Poznań – Szczecin, Poznań – Bydgoszcz, Bydgoszcz – Gdańsk, Stalowa Wola– Starachowice. Wielką inwestycją energetyczną była pierwsza części linii 220 kVŚląsk – Łódź – Warszawa realizowana w latach 1946–1947. Linia ta o długości 161 km biegła od podstacji w Łagiszy pod Będzinem do podstacji w Janowie pod Łodzią.
W roku 1951 oddano do eksploatacji linię 220 kV z Łodzi do Warszawy.
System oczywiście cały czas rozbudowywano w miarę wzrastającego zużycia energii elektrycznej.
[...]
W połowie lat sześćdziesiątych sieć 220 kV była już tak rozbudowana, że wszystkie elektrownie w kraju pracowały równolegle.
[...]
Lata sześćdziesiąte w energetyce charakteryzowały się utrzymaniem dynamiki rozwoju sieci 110 kV, które stopniowo stawały się siecią rozdzielczą. Ponadto w 1950 r. na podstawie ustawy o powszechnej elektryfikacji wsi i osiedli przystąpiono na wielka skalę do elektryfikacji Polski. W tym czasie wybrano napięcie 15 kV jako podstawowe napięcie dla sieci SN.
[...]
Już pod koniec lat pięćdziesiątych zdecydowano, że napięciem wyższym niż 220 kV będzie napięcie 400 kV wybrane m.in. ze względu na planowane połączenia na tym napięciu z krajami ościennymi. Pierwszą linię 400 kV oddano do użytku w 1963 r. Była to linia Mikułowa – Joachimów długości 320 km. Natomiast od roku 1960 rozpoczęła się równoległa praca z systemami krajów sąsiednich. Polski system został połączony z systemem NRD dwutorową linią 220 kV Mikułowa–Berzdorf i linią 400 kV z 1975 r., z systemem Czechosłowacji linią 220 kV Skawina–Liskovec i linią dwutorową 400 kV z lat 1976–1978 oraz z republikami ZSRR Białoruską i Ukraińską liniami 220 kV Białystok–Roś i Zamość – elektrownia Dobrotworskaja oraz linią 750 kV z elektrowni atomowej Chmielnickaja–Rzeszów z 1985 r.

Tak to w skrócie wyglądało nie było żadnych międzynarodowych konferencji, tylko narodowa komsija w składzie Staszek, Zbyszek, Władek i inni powołana do obalenia 1,75L narodowego dobra ustaliła że tak ma być i tyle...