elnet

Det almene udtryk elnet beskriver et netværk til transmission og distribution af elektrisk energi inden for elektrisk teknik . Det består af elektriske ledninger såsom luftledninger og underjordiske kabler samt de tilhørende faciliteter såsom koblingsudstyr og transformerstationer .

Store, rumligt tilstødende og elektrisk tilsluttede elnet kaldes sammenkoblede netværk , mens små, rumligt adskilte elnet betegnes ø -netværk . Elektriske netværk i køretøjer og fly kaldes køretøjselektriske systemer . Et historisk navn til elnettet er belysning netværk , fordi der i begyndelsen af elektrisk energi blev brugt næsten udelukkende til belysning med glødelamper .

Grov struktur af et elnet

opgaver

Elnet bruges til at forsyne forbrugerne med elektrisk energi og forbinde kraftværkerne og andre energiomformere, f.eks. Vindenergi og solcelleanlæg . Dette gøres ved forskellige spændingsniveauer for at reducere netværkstab. Forøgelse af spændingen reducerer det krævede tværsnit af kraftledningerne og indsatsen for strømskifteindretningerne, på den anden side øges indsatsen og omkostningerne til isolering og adskillelse, dvs. beskyttelse mod overslag og lækstrømme. Strømforsyningsnettet drives med trefaset vekselstrøm og omfatter normalt fire spændingsniveauer, på den ene side til at dække lange afstande og på den anden side til at tilbyde brugervenlige spændinger. Den netfrekvens i Europa er 50  Hertz (Hz), i Nordamerika 60 Hz Dette gør. Transformer transformere muligt på samme tid, disse frekvenser er nemme at generere og anvendelse i roterende elektriske maskiner . Til dette formål bruges også trefaset trefaset net , der kan opdeles i enfaset vekselstrøm ("husstandsstrøm") for nogle af slutforbrugerne og en stor del af de elektriske apparater .

Den trækkraft netværk af forskellige lande drives med enfaset vekselstrøm ved en frekvens på 16,7 Hz. Årsagen er, at elektriske drev til lokomotiver var og ofte stadig er seriesviklede motorer . Gnistdannelse på deres kommutator kan kun begrænses ved at operere med en lav frekvens .

Køreledningsnet til distribution af elektrisk energi bruges også til transmission af meddelelser , tidligere anvendt bærefrekvensmetoder på lederkablerne, over jordkablerne eller via kommunikationskabler (for det meste fiberoptiske kabler ) lagt sammen med dem . Beskedoverførslen bruges af energileverandørerne selv eller tilbydes andre brugere.

teknologi

Kraftværk og ledninger

Spændingsniveauer

Strømnet er klassificeret efter den driftsspænding, ved hvilken de sender elektrisk energi. Med hensyn til netværksgebyrer er der i nogle lande en klassificering i henhold til netværksniveauet, hvorfra der trækkes elektricitet.

  • Ekstra høj spænding : I Vesteuropa normalt 220 kV eller 380 kV. I Canada og USA bruges 735 kV og 765 kV. Der er et omfattende 750 kV netværk i Rusland , hvorfra de enkelte linjer også fører til Polen , Ungarn , Rumænien og Bulgarien . En 1150 kV -ledning fører fra Ekibastus -kraftværket ( Kasakhstan ) til byen Elektrostal (Rusland). I dag drives den dog kun med 500 kV.
  • Højspænding: 60 kV til 150 kV. I Tyskland og Østrig bruges 110 kV næsten konsekvent. Derudover er der linjer med 60 kV driftsspænding i Slesvig-Holsten, nær Winsen (Aller), nær Landesbergen, nær Philippsthal og i det gamle netværk af Städtische Werke Kassel . I Saarland opererede et netværk på 65 kV linjer. I Schweiz er der ingen ensartet værdi i højspændingsnettet.
  • Middelspænding : 1 kV til 35 kV. For netværk med en stor andel luftledninger, omfattende landdistrikter og nye installationer er 20 kV til 25 kV almindelige. I byområder, hvor delvist underjordiske kabler, selv ældre papir-blyudførelsesform med aluminium eller som jordkabel , udføres, anvendes en lavere middelspænding på 10 kV.
  • Lavspænding : 230 V / 400 V. Andre lavspændinger er også almindelige i industrien, f.eks. 500 V eller 690 V.

De maksimale, høje og lave spændinger er stort set standardiseret for Vesteuropa. I tilfælde af mellemspænding kan efterfølgende justering til standardspændinger være for tidskrævende, da et stort antal gamle underjordiske kabler med inkonsekvente maksimale driftsspændinger skulle udskiftes. Størstedelen af ​​investeringsomkostningerne afholdes i mellem- og lavspændingsniveauet, hvor omkring 70% af de samlede omkostninger til elnetværk er bundet. Højspændingsniveauet (110 kV) tegner sig for omkring 20%, og det maksimale spændingsniveau (220/380 kV) 10%.

Funktion af de enkelte netværk

Spændingsregulering

Distributionstransformatorerne i mellemspændingsnettet har generelt et fast transformationsforhold. For at kunne holde netspændingen hos forbrugeren mere eller mindre konstant på trods af de store belastningsudsving, der opstår i løbet af et døgn, er transformatorernes transformationsforhold mellem høj- og mellemspændingsnetværket (f.eks. 110 kV / 20 kV) kan varieres inden for grænser. Til dette formål føres flere vandhaner udad fra primærviklingen. En specialbygget kontakt, en såkaldt trinkontakt , giver dig mulighed for at skifte mellem vandhanerne uden at skulle slukke for transformeren. Denne proces kaldes spændingsregulering . For at mange enheder fungerer korrekt, skal netspændingen holdes inden for snævre grænser. For høje eller for lave spændinger kan skyldes interferens .

DC -linjer

Der er også linjer med højspændings jævnstrøm til transmission over lange afstande, især søkabler i form af højspændings jævnstrømstransmission (HVDC).

Tilslutning af strømnetene til hinanden

Elnet med forskellige spændingsniveauer er forbundet via transformere installeret i understationer . Strømmen gennem netværket og til netværk med samme spændingsniveau finder sted via koblingsudstyr . Strømnet med forskellige frekvenser eller antal faser eller net, der ikke er synkroniseret med hinanden, kan kobles med hinanden via HVDC -systemer eller motor / generatorkombinationer.

Sammenkoblet netværk

Flere kraftværker og kundecentre kombineres i et sammenkoblet netværk, da dette gør det muligt at balancere den lokale forskel mellem udbud og efterspørgsel efter øjeblikkelig strøm inden for netværket. Sammenkoblede net repræsenterer således den modsatte pol til ø net.

Et sammenkoblet netværk har følgende fordele:

  • energisystemet bliver mere stabilt, da over- og underkapacitet absorberes eller kan udlignes,
  • ved at udveksle strøm kan belastningsudsving bedre kompenseres for på kort sigt end blot ved at regulere kraftværkerne, og
  • netværks driftssikkerhed øges.

Alle producenter skal arbejde synkront inden for et netværkssystem. Trefaset vekselstrøm fører til større transmissionstab i kablerne, så den f.eks. Ikke bruges med undersøiske kabler over 30 km i længden. I Central- og Vesteuropa drives et europæisk netværk i Unionens område til koordinering af transmission af elektricitet (UCTE) ; de organisatoriske spørgsmål blev overtaget i 2009 af ENTSO-E .

Feed-in netværk

Et feed-in netværk er et strømnet, der er specielt designet til at modtage og videresende elektricitet fra vedvarende energier, som er forbundet til forsyningsnettet, ofte også til transmissionsnettet , og ikke er oprettet og drevet af netoperatøren, men af ​​operatøren af energisystemerne. I det tyske 50hertz kontrolområde er to transformerstationer udpeget som pilotprojekter. I transformerstationen Altentreptow-Nord og Wessin tilføres kun vindenergi til transmissionsnettet. I modsætning til det offentlige forsyningsnetværk er feed-in netværk mindre redundante og designet til lavere fuld belastningstimer og kan derfor opsættes hurtigt og billigt. Feed-in netværk tjener især til at forbedre systemintegrationen af ​​vedvarende energier i elsektoren. Et eksempel er feed-in netværket fra Enertrag i Uckermark .

fordeling

110 kV, 220 kV og 380 kV linjer i Himberg, Østrig

Den elektriske energi kan kun overføres i disse mængder via ledning via højspændingsledninger - luftledninger og underjordiske kabler . Begge systemer har fordele og ulemper.

De lavere omkostninger samt lettere lokalisering og udbedring af fejl taler for brugen af ​​luftledninger. Køreledninger udsættes for miljøpåvirkninger (f.eks. Storme), kan forringe landskabets udseende og i sjældne tilfælde kunne bringe mennesker, dyr og ejendom i fare.

Der findes forskellige typer luftledningsmaster . For særlige problemer i linjekonstruktion ved krydsning af forhindringer, se luftledningskrydsninger .

Jordkabler kræver mindre plads, er bedre beskyttet mod miljøpåvirkninger og accepteres mere af befolkningen. Imidlertid er deres konstruktion betydeligt dyrere; Vedligeholdelsesindsatsen ved fejl er høj, og der er tekniske problemer, når underjordiske højspændingsledninger overstiger visse kabellængder. F.eks. Garanteres varmeafledning af luftledninger af den omgivende luft, men ikke i tilfælde af underjordiske kabler. Yderligere problemer opstår på grund af den enorme reaktiv effekt , som igen skyldes kablets høje kapacitet.

Det tyske elnet er omkring 1,8 millioner kilometer langt (fra 2014). Netværkskilometerne fordeles mellem de forskellige netværksspændinger som følger:

I 2003 var omkring 71% blevet lagt under jorden. En sammenligning med værdien for 1993 - omkring 64% - viser tendensen til at udvide den underjordiske strømfordeling som følge af linieudvidelsen inden for lavspændingsnet og i nogle tilfælde mellemspænding. I høj- og særligt højspændingsområdet spiller underjordiske kabelsystemer næppe en rolle med hensyn til længde.

Elnettet skal løbende tilpasses udvidelsen af ​​vedvarende energier og de deraf følgende ændringer i den regionale distribution af energisystemer. I forbindelse med forsinkelser i netværksudvidelse fører dette til netværksbelastninger, som netværksoperatørerne skal gribe ind for at stabilisere for at rette op på dem. Dette påvirker transmissionsnettet og i mindre grad distributionsnettet. De genudsendelses- og feed-in-forvaltningsforanstaltninger, der kræves til dette, koster omkring 1,4 milliarder euro i 2017 (ca. 880 millioner euro i 2016, omkring 1,1 milliarder euro i 2015). Disse omkostninger er en del af netværksafgifterne.

Netværkstopologier

Elnet er opbygget på forskellige måder. Den topologi er baseret på forskellige kriterier som f.eks spændingsniveau, rumlige randbetingelser, driftsomkostninger eller forsyningssikkerhed. De vigtigste netværkstyper er:

Strålingsnetværk

Netværket forsynes fra et centralt fodringspunkt, de enkelte linjer, der betegnes stublinjer, løber radialt til de enkelte forbrugspunkter. Lavspændingsnetværk er ofte designet i denne topologi . Fordelen ligger i den lave planlægningsindsats, enkle fejlfinding og lave krav til netværksbeskyttelse. Ulempen er en lav forsyningssikkerhed, da alle forbrugere, der er tilsluttet den, lider af et strømafbrydelse , hvis en filiallinje fejler .

Ringnetværk

Ringnetværk fodres fra et eller flere punkter, de enkelte forbrugere leveres i form af en ringledning: En forbruger kan derfor forsynes fra to sider via ringen. I tilfælde af en teknisk defekt kan ringen omkring fejlpunktet åbnes, så forbrugerne fortsat kan leveres væk fra fejlstedet. Fordelen er en øget forsyningssikkerhed, ulempen er vedligeholdelsespersonellets højere kvalifikationer, da aktivering af et netværksafsnit i ringen kræver aktivering af flere koblingspunkter. En særlig form med øget pålidelighed er et dobbeltringnetværk, hvor to ringnetværk er rumligt parallelle: Hver forbruger kan derefter eventuelt leveres af et af de to ringnetværk. Ringnet bruges i større lavspændingsnet, især i byområder, i mellemspændingsnet og på 110 kV distributionsnetniveau, hvor dobbeltringlinjer normalt forsyner flere underordnede understationer .

Mesh netværk

Mesh -netværk repræsenterer generaliserede ringnetværk, fodres normalt på flere punkter, og forbrugerne distribueres i et netværk, der har flere noder og grene. De enkelte forbrugspunkter fodres normalt via to eller flere linjer; den specifikke form afhænger primært af ydelseskrav og rumlige forhold. Med det rette design, en mesh netværk tilbyder den højeste forsyningssikkerhed, men kræver betydeligt mere komplekst netværk beskyttelse . Der skal også være metoder til styring af de individuelle effektstrømme på individuelle grene, forbindelseslinjerne i netværket, da hver linje kun har en begrænset transportkapacitet. Mesh -netværk bruges blandt andet i transmissionsnetværk med høj og maksimal spænding, såsom 380 kV -niveauet. Tilsluttede netværk er normalt en rumlig kombination af flere mesh -netværk.

Netværksbetingelser

I forbindelse med netværksdrift skelnes der mellem forskellige netværksstater, som giver oplysninger om, hvorvidt forsyningsnettet kan opfylde sin opgave med elektrisk energifordeling. I reglerne for netværksdrift af transmissionsnetværk skelnes der mellem fire forskellige netværksstater, der køres igennem fra top til bund i tilfælde af fejl:

  1. Sikker netværksstatus er det ønskede normale tilfælde og er kendetegnet ved, at de tilladte elektriske grænseværdier overholdes, N-1-kriteriet er opfyldt i hele netværket, tilstrækkelig styrekraft er tilgængelig til at kunne kompensere for belastningsudsving, og alle forbrugere kan leveres.
  2. Den truede netværksstatus betyder, at selvom alle forbrugere kan leveres, er andre kriterier, såsom overholdelse af N-1-kriteriet eller tilgængeligheden af ​​tilstrækkelig kontroleffekt, ikke garanteret.
  3. Den forstyrrede netværksstatus er også kendetegnet ved, at ikke alle forbrugere kan leveres. Der er regionale strømafbrydelser .
  4. Den kritiske netværksstatus er kendetegnet ved, at der er stor risiko for omfattende strømafbrydelser og øjeblikkelige handlinger som f.eks. Adskillelse af netværket i individuelle undernetværk er nødvendige.

Netværksoperatør

Transmissionssystemoperatør (TSO)

Inden for højspændingsnetværk er de enkelte transmissionssystemoperatørers netværk forbundet til det nationale netværk via højspændingsledninger .

Tyskland

Tyske transmissionsnet fra 50Hertz , Amprion , TenneT og TransnetBW

Fire netoperatører (TSO, Transmissions System Operator) er aktive i Tyskland; de er gået sammen om at danne det tyske netværkskontrolnetværk : Amprion , TransnetBW , Tennet TSO og 50Hertz Transmission .

Schweiz

Det schweiziske elnet er af stor betydning for vesteuropæisk elhandel; det fungerer traditionelt som et knudepunkt for at afbalancere spidsbehov og spidsproduktion i de store kontinentaleuropæiske lande. I 2009 blev netværket i snævrere betydning spaltet fra de enkelte energiforsyningsselskaber (EVU) til såkaldte netvirksomheder og blev overført til den landsdækkende transportnetoperatør (TSO) Swissgrid .

Østrig

I Østrig drives det nationale transmissionsnet af det østrigske Power Grid (APG).

Europæisk samarbejde

Den 16. april 1958 blev strømnetene i Tyskland, Frankrig og Schweiz for første gang forbundet med hinanden i nærheden af ​​den schweiziske by Laufenburg am Rhein under kontrol af EGL .

I 2007 dannede de europæiske transmissionssystemoperatører, der var ansvarlige for driften af ​​det højspændte sammenkoblede net, ENTSO-E- foreningen ; før det var der seks gamle foreninger ("ETSO"). På den måde reagerede du på Europa -Kommissionens tredje pakke for det indre energimarked ; dette blev vedtaget i 2009. ENTSO-E repræsenterer også netværksoperatørerne over for Kommissionen.

Distributionsnetværksoperatør (DSO)

Ud over transmissionssystemoperatørerne er der et stort antal distributionsnetværk. I Tyskland er der omkring 900 mindre distributionsnetoperatører, der leverer elektricitet til slutforbrugerne.

Netværksoperatørerne modtager gebyrer for brug af netværket for tjenesten " Gennemgang af elektricitet fra elproducenten til forbrugeren". Federal Network Agency fastsætter priser for denne service i Tyskland .

Jernbanernes elnet

Jernbaneselskaberne driver endnu et energiforsyningsnet i Tyskland, Schweiz og Østrig . Den DB Energie driver det største sammenhængende 110 kV-nettet i Tyskland. Den bruger enfaset vekselstrøm . Køreledningsnettet har en længde på ca. 7.600 km trækkraftledninger . I modsætning til det nationale netværk er netværksfrekvensen i det trækkende nuværende netværk 16,7 Hz. Rübelandbahn bruger en 50 Hz netværksfrekvens og leveres direkte fra det offentlige elnet.

Derudover er der også små regionale elnet som Mariazeller Bahn i Østrig, der drives med enfaset vekselstrøm og en frekvens på 25 Hz . Denne jernbane har sit eget lille 27 kV netværk.

I de andre lande forsynes elektriske jernbaner med energi fra det offentlige elnet. I tilfælde af jævnstrømsbaner gennem ensrettere i understationerne, i jernbaner, der drives med enfaset vekselstrøm ved en frekvens på 50 Hz, adskilles faserne i trefasesystemet i understationen og føres individuelt til forskellige sektioner af linje.

Offshore -netværk, forbindelse til det sammenkoblede netværk på land

Den hurtigt voksende strømforsyning til havvindindustrien med de tre feed-in-stationer Büttel, Dörpen og Dörpen West kan ses på kortet over havvindmøllerne.

DanTysks placering inden for vindmølleparkerne i den tyske bugte

historie

Den nuværende krig var en strid omkring 1890 om, hvorvidt jævnstrømsspændingen foretrukket af Thomas Alva Edison eller vekselstrømsspændingen foretrukket af George Westinghouse var den mere egnede teknologi til storstilede forsyninger i USA med elektrisk energi og konstruktion af elnet.

litteratur

  • Klaus Heuck / Klaus-Dieter Dettmann / Detlef Schulz, elektrisk energiforsyning. Generering, transmission og distribution af elektrisk energi til undersøgelse og praksis , 8. reviderede og opdaterede udgave, Wiesbaden 2010, ISBN 978-3-8348-0736-6 .
  • Adolf J. Schwab: elektriske energisystemer. Generering, transport, transmission og distribution af elektrisk energi. 3. udgave, Springer, Berlin 2012, ISBN 978-3-642-21957-3 .
  • STEAG Aktiengesellschaft Essen (red.): Elektricitet fra stenkul, kraftværksteknologi. Springer-Verlag 1988, ISBN 3-540-50134-7 , trækkraftforsyning side 514 til 534.
  • Yucra-Lino, Oscar: Udvikling af intelligente, robuste og ikke-lineære modeller i dynamisk ækvivalensering til sammenkoblede elsystemer . Duisburg: WiKu-Wissenschaftsverlag (2006). ISBN 3-86553-167-9 .
  • European Technology Platform SmartGrids (European Commission) 2007:

Weblinks

Commons : strømnet  - samling af billeder, videoer og lydfiler
Wiktionary: Stromnetz  - forklaringer på betydninger, ordoprindelse , synonymer, oversættelser

kort

Individuelle beviser

  1. ↑ Udo Leuschner: Fra telefonledning til fiberoptisk kabel: Elleverandørens informationsnetværk.
  2. ↑ Drift og miljøpåvirkning af trefaselinjen Ekibastus-Ural ( erindring af 12. august 2011 i internetarkivet ) (PDF, russisk, med grafik og fotos).
  3. ↑ Städtische Werke Kassel AG: Region Nord -Hesse - Kompetence inden for elektroteknik og informationsteknologi. Udvikling af forsyningen i regionen med elektrisk energi. I: Festschrift "100 års elektricitet til Kassel / 1891–1991". Hentet den 30. juli 2018 (på webstedet for Technik Museum Kassel).
  4. ↑ Eldistribution ( Memento af den originale fra og med august 1 2012 i den Internet Archive ) Info: Den arkiv link blev indsat automatisk, og er endnu ikke blevet kontrolleret. Kontroller venligst det originale og arkivlink i henhold til instruktionerne, og fjern derefter denne meddelelse. , adgang til 22. januar 2013. @1@ 2Skabelon: Webachiv / IABot / www.itoworld.com
  5. ^ Wienstrom rørledningsnetværk med tekniske oplysninger
  6. ↑ Günther Brauner: Energisystemer: regenerativ og decentraliseret. Strategier for energiovergangen . Wiesbaden 2016, s.26.
  7. ↑ arkiveret kopi ( minde om den oprindelige dateret November 5, 2011 i den Internet Archive ) Info: Den arkiv link er indsat automatisk og er endnu ikke blevet kontrolleret. Kontroller venligst det originale og arkivlink i henhold til instruktionerne, og fjern derefter denne meddelelse. @1@ 2Skabelon: Webachiv / IABot / www.geni.ag
  8. ↑ arkiveret kopi ( memento af den originale fra januar den 31. 2012 i den Internet Archive ) Info: Den arkiv link blev indsat automatisk, og er endnu ikke blevet kontrolleret. Kontroller venligst det originale og arkivlink i henhold til instruktionerne, og fjern derefter denne meddelelse. @1@ 2Skabelon: Webachiv / IABot / www.bmu.de
  9. ↑ arkiveret kopi ( memento af den originale fra 29 Juli 2016 i Internet Archive ) Info: Den arkiv link blev indsat automatisk, og er endnu ikke blevet kontrolleret. Kontroller venligst det originale og arkivlink i henhold til instruktionerne, og fjern derefter denne meddelelse. @1@ 2Skabelon: Webachiv / IABot / www.enertrag.com
  10. ↑ Overvågningsrapport 2014 fra Federal Network Agency , side 22 (PDF; 11 MB)
  11. ↑ Federal Network Agency: Kvartalsrapport om netværks- og systemsikkerhedsforanstaltninger. Hele året og fjerde kvartal af 2017. 6. juli 2018, adgang til 30. november 2018 .
  12. ↑ Transmission Code 2010. (PDF; 880 kB) (Ikke længere tilgængelig online.) Swissgrid, arkiveret fra originalen den 13. januar 2014 ; Hentet 20. juli 2013 . Info: Arkivlinket blev indsat automatisk og er endnu ikke kontrolleret. Kontroller venligst det originale og arkivlink i henhold til instruktionerne, og fjern derefter denne meddelelse. @1@ 2Skabelon: Webachiv / IABot / www.swissgrid.ch
  13. ^ Axpo: Axpo Magazin - Netværksstabilitet: "Stjernen i Laufenburg" ændrede alt . ( axpo.com [adgang 7. september 2020]).
  14. ^ VSE: Netværksstabilitet: "Stjernen i Laufenburg" ændrede alt . ( strom.ch [adgang 7. september 2020]).