EGYÜTTMŰKÖDŐ VILLAMOSENERGIA-RENDSZEREK

1. EGYÜTTMŰKÖDŐ VILLAMOSENERGIA-RENDSZEREK Készítette: Szalai László

2. Napjainkban életünk minden területén nélkülözhetetlenné vált a villamos energia. Jelentőségét csak akkor vesszük észre, ha valamilyen okból kifolyólag rövidebb időre megszűnik. A villamos energia nem tárolható nagy mennyiségben, ezért azt folyamatosan kell előállítani. A folyamatos, zavartalan villamosenergia-szolgáltatás csak úgy biztosítható, ha az egyes fogyasztókörzetek között összeköttetéseket építünk ki, vagyis rendszeregyesítést végzünk.

3. A villamosenergia-rendszerek kialakítása A fogyasztók elektromos árammal való ellátása gyakorlatilag az egész világon az együttműködő villamosenergia-rendszerek által valósul meg. Ezek az általában nagy földrajzi kiterjedésű rendszerek adják meg a lehetőségét annak, hogy az energiaellátás biztonságos és magas színvonalú legyen. A rendszeren belül a villamos hálózatok biztosítják az átvitelt, a szállítást és az elosztást, eljuttatják a megtermelt energiát a fogyasztókig.

4. Nagyfeszültségű hálózat elemei Vezetékek, feladata a villamos erőátvitel. A hálózatok kialakítása történhet szabadvezetékek vagy kábelek alkalmazásával. A nagyfeszültségű hálózatok túlnyomórészt mégis szabadvezetékes kialakításúak, mivel a csupasz vezetékek távvezetékoszlopokra való szerelése jóval olcsóbb, mint a kábelvonalak létesítése.

5. Villamosenergia-rendszerek általános bemutatása, valamint a magyar energiarendszer kialakulásának, felépítésének és irányításának leírása. • A villamos energia áru. Előállítják, kereskednek vele, elosztják, van minősége, jellemző paraméterei, egységára, valamint a kereskedelmét jogszabályok irányítják (VET � villamos energia törvény). Külön cégek foglalkoznak az energia előállításával, kereskedelmével, szállításával és elosztásával. • villamos energiát kizárólag nagyteljesítményű erőművekben állítjuk elő. Az erőművek helyét földrajzi, gazdasági és felhasználási szempontok figyelembevételével határozzák meg.

6. Üzemek jelentős távolságra lehetnek az erőművektől, ezért a fogyasztókat a termelőkkel vezetékhálózat köti össze. A villamos energia fogyasztása a mindennapi élethez igazodik, ezért földrajzi helytől, évszaktól és napszaktól függően az igényelt villamos teljesítmény időben erősen változó jellegű. A villamos energiát az erőművek generátorai állítják elő, és ezt kiterjedt elosztóhálózat szállítja a fogyasztókhoz. Egészen a XIX. század végéig csak egyenáramot termeltek, mert ez közvetlenül felhasználható volt a fogyasztók számára. Az egyenáram hátránya, hogy nagy távolságú átvitele kisfeszültségen igen veszteséges

7. 1885-ben a budapesti Ganz-gyár mérnökei (Bláthy, Déri és Zipernovszky) szabadalmaztatták a transzformátort, amely a váltakozó feszültséget minimális veszteséggel kisebb vagy nagyobb feszültségre alakítja át. Ez tette lehetővé az energia nagy távolságra való gazdaságos szállítását. Minél nagyobb a feszültség, akkor egy adott teljesítmény átviteléhez annál kisebb áram szükséges. A vezeték vesztesége az árammal négyzetesen arányos (P v = I2*R) • egyenáramot ma már csak kevés helyen használnak, pl: elektrolízis

8. A villamos energia útja az erőműtől a fogyasztóig.

9. Az erőművek generátorai 6-18 kV nagyságú feszültséget állítanak elő. Ez a feszültség még nem megfelelő a nagyobb távolságokhoz szükséges energiaátvitelre, ezért a generátorok feszültségét még a helyszínen feltranszformálják a szállításhoz megfelelő értékűre. Ez lehet 35, 120, 220, 330, 400 vagy 750 kV. A feszültséget a távolság és az átviteli teljesítmény határozza meg.

10. Az erőművek transzformátorai táplálják az alaphálózatot. Az alaphálózat feszültsége 220, 330 (Oroszországban), 400 vagy 750 kV (régebben Magyarországon 120 kV volt). Az alaphálózat látja el a jelentősebb csomópontokban lévő transzformátorállomásokat

11. Magyarország 750,400,120kV-os hálózati térképe

12. Villamos állomások A villamos állomás azoknak a berendezéseknek az összessége, amelyek a villamos energiát transzformálják, egyen irányítják, elosztják és a villamos hálózat vezetékeit összekötik, kapcsolják és védik. Rendeltetésük szerint megkülönböztetünk erőművi állomást, hálózati állomást és fogyasztói állomást.

13. A 70-es években a kelet-európai országok egyesített villamosenergia-rendszerei együttműködésének megerősítése céljából szükség volt egy nagy átviteli teljesítményű távvezeték és álállomás létesítésére. Albertirsa Az álállomás 750 kV-os másfél megszakítós, transzformátorsínes kapcsoló berendezéséhez csatlakozik a hazai és az ukrán energiarendszert összekötő 477 km hosszúságú, 2140 MW átviteli teljesítményű és 1100 Mvar kapacitív töltésljesítményű Albertirsa-ZapadnoUkrainszkaja távvezeték. A 750 kV-on érkezo villamos energia 400 kV-os feszültségszintre való transzformálását két 750/400 kV-os, 1100 MVAes, egyfázisú egységekből összeállított transzformátorcsoport végzi. Az álállomás 400 kV-os kapcsoló berendezése SF6 gázszigetelésű, szabadtéri tokozott kivitelben létesült.

14. A hálózatokat gyűjtősínek, szabadvezetékek és kábelek alkotják. A hálózatokat csoportosíthatjuk rendeltetésük, feszültségük és alakzatuk szerint. A villamos hálózatok frekvenciája általában 50 Hz, viszont Amerikában a 60 Hz terjedt el.      A villamos hálózatokkal valósítják meg az erőművek együttműködését, a termelt energia országon belüli elosztását, valamint az egyes országok villamosenergia-rendszerei közötti kapcsolatot, azaz együttműködést (kooperációt)

15. A hálózatok szabványos feszültségei az MSZ 1 szerint • - törpefeszültségű hálózat: 50 V alatt • - kisfeszültségű hálózat: 0,4 kV (3 x 400/230 V) • - ipari üzemek belső elosztóhálózata: 1, 6, 10, 20 kV • - elosztóhálózat: 10, 20, 35 kV • - főelosztóhálózat: 120, 220, 330 kV • - országos alaphálózat: 330, 400, 750 kV • - nemzetközi kooperációs hálózat: 120, 220, 400, 750 kV

16. Kooperációs hálózat      Nemzetközi kooperációs hálózaton azokat a hálózatokat értjük, amelyek a szomszédos országok alaphálózatait kötik össze. A nemzetközi kooperáció villamosenergia-import illetve-export céljára szolgálnak.

17. Célvezeték Célvezeték (tápvezeték), az olyan vezeték, amely az elosztóhálózat táppontjaiból indul, és egyetlen fogyasztót lát el úgy, hogy a vezetékhez más fogyasztói leágazások nem kapcsolódnak. Párhuzamos vezeték: nagy fontosságú csomópontokat vagy üzemeket köt össze két vagy több vezetéken keresztül. Ilyen lehet például a kétrendszerű távvezeték vagy két párhuzamosan lefektetett kábel. Ezek egymás tartalékául szolgálnak.

18. Energiaátvitel      Nagyfeszültségű, egyenáramú energiaátvitel. A nagy távolságú, nagyfeszültségű váltakozó áramú energiaátvitel hátrányi, hogy a vezeték kapacitása miatt és a nagy térerősség általi kisugárzás miatt nagy a levezetési veszteség. Az áram a vezető felületén fénysebességgel terjed, ezért pl. az 50 Hz-es váltakozófeszültség 750 km-re a tápponttól már 1 periódussal marad le.

19. Levezetési veszteség főbb tényezői Önálló vezetés légköri nyomású gázokban A gázok normális körülmények között szigetelők, de kevés töltéshordozó mindig van bennük. Ezek a töltéshordozók a talajban, levegőben elenyésző mennyiségben jelenlévő radioaktív anyagok sugárzása során, valamint a kozmikus sugárzás során keletkeznek.

20. Az önálló vezetés fajtái Szikrakisülés Ha két elektróda között nagy potenciálkülönbség, akkor az elektródákról vakító, szétágazó nyalábok indulnak ki. Ilyenkor fény, hő és hang formájában szikrakisülés jön létre.

21. Egyenáramú átvitel • Az első közüzemi egyenáramú átvitel az 1950-es években készült, és a Balti-tengeren fekvő Gotland szigetet látja el energiával, amely a szárazföldtől 100 km-re található. A sziget 30 kV-os háromfázisú hálózatát 100 kV-os, egyenáramú tengeralatti kábellel kötötték össze a szárazföld 132 kV-os háromfázisú energiarendszerével. A feszültség-átalakítást egyenirányítók segítségével oldották meg.

22. Nemzetközi rendszeregyesítések A nemzetközi gyakorlatban megvalósított rendszeregyesítések két kategóriába sorolhatók. •      Az egyik a kölcsönös kisegítésre orientált egyesítés. Az összekapcsolt rendszerek kölcsönösen kisegítik egymást, az energiaszállítás az összekötő vezetékek teljesítőképességét nem használja ki teljesen. A szállítási távolságok és mennyiségek általában nem nagyok, ezért az átvitel megvalósítható akár 120 kV-os távvezetékekkel is. Ilyen például a nyugat-európai országok energiarendszere is, az UCTE. •      A másik típus a szállításra orientált rendszeregyesülés, melynek alapvető célja a nagy teljesítményű, állandó, tervszerű energiaszállítás. Az átvitel igen nagy feszültségű távvezetékeken történik. Ilyen például a volt Szovjetunió energiarendszere.

23. Erőművek párhuzamos kapcsolása • A villamos energiát kizárólag nagyteljesítményű erőművekben állítjuk elő. Az erőművek helyét földrajzi, gazdasági és felhasználási szempontok figyelembevételével határozzák meg. •      Az erőművek párhuzamos üzemének legfontosabb feltétele, hogy minden generátor frekvenciája pontosan egyforma legyen, mégpedig 50 Hz. Ez azért szükséges, hogy az egyes hálózatok között ne induljon kiegyenlítő áram

24. „Kölcsönös kisegítés” • Nagyobb földrajzi távolság esetén a hajnali és alkonyati időeltérés is jelentősebb, így a terhelések és a terhelésváltozások maximumának időpontjai is távolabb esnek egymástól, ezért a kölcsönös kisegítés gazdaságilag is előnyös. •      A kooperációs vezetékeknek el kell bírniuk a terhelést teljesítményingadozás és esetleges kiesések esetén is. Az egyes országok energiarendszereit gyakran nagyfeszültségű, egyenáramú szabadvezetékekkel kötik össze, mert így az átvitel gazdaságosabb

25. Magyarország villamosításainak fázisai: • 1900-ig - Magyarországon 40 villamos erőmű és hozzá tartozó hálózat létesült. Ezt az időszakot a szolgáltatás rendszerének sokfélesége jellemzi: • egyenáram 2x150V, 2x120V, 2x135V, 2x220V, 2x250V, 2x210V feszültséggel, egy- és háromfázisú váltakozó áram 1800V, 2850/105V, 2000/100V, 2000/120V, 2100/105V, 3000/105V feszültséggel, 50 Hz 42 Hz, 26 Hz frekvenciával. • A telepek többségében a dinamók illetve generátorok teljesítménye nem haladta meg a néhány száz kW-ot, hajtásukat gőzgép biztosította

26. Magyar villamosenergia-törvény • 1934 Októberben lépett hatályba az első magyar villamosenergia-törvény. Célja az egységes energia-gazdálkodási szempontok megvalósítása a villamos hálózatok és átalakító kapcsoló állomások létesítésénél, és védeni a fogyasztók érdekeit. • 1935-ben Magyarországon a városok teljes mértékben (56 város), a községeknek kb.30%-a (1020 kisebb település) volt villamosítva.

27. Frekvencia tartás • A frekvencia tartására a Kelenföldi Erőművet jelölték ki. A villamosenergia-rendszer (VER) irányítását az Országos Villamos Teherelosztó (OVT) végezte. Az Erőművek Ipari Központja (ERIK) megalapítása ágazati minisztériumi felügyelet alatt. Feladata a nagy- és közepes teljesítményű erőművek központi irányítása. • A dinamikusan növekvő fogyasztói igény (1945-ben 700 GWh, 1949-ben 2200 GWh)

28. Áramszolgáltatók • öt, mai is működő regionális áramszolgáltató vállalat: ÉDÁSZ, ÉMÁSZ, DÉDÁSZ, DÉMÁSZ, TITÁSZ (a hatodik áramszolgáltató, az ELMU már a század első fele óta működik).

29. Importált energia • Magyarország és Csehszlovákia (Kisigmánd-Érsekújvár) között, amelyen a magyar VER villamos energiát importált. Ez volt az első lépés a kooperáció nemzetközi kiterjesztésének irányába. 1953 - 100 kV-ról 120 kV-ra növelték a hálózat feszültségét, ezáltal annak áteresztő képessége több mint 40%-kal növekedett

30. Távvezetékek feszültség szintjeinek kialakulása • 1960 Az első 220 kV-os távvezeték (Göd-Bistricany) és az első 220 kV-os transzformátor üzembe helyezése. • 1968 - Bánhidin üzembe áll a 100 MW-os erőműi blokk. Megépül az első 400 kV-os távvezeték (Göd-Munkács), üzembe helyezik az első 400 kV-os transzformátort. • 1978 - A 750 kV-os ZapadnoUkrainszkaja-Albertirsatávvezeték és az albertirsai 750/400 kV-os álállomás üzembe állítása. • Megalakult a lengyel, a cseh, a szlovák és a magyar energiarendszerek közös szervezete, a CENTREL.

31. Távvezetékek • A 400 illetve 750 kV-os hálózatokon a nagyobb energiaátvitel biztosítása érdekében a vezetékeket kötegelik, ilyenkor 3-4 sodrony is lehet egymás mellett. Ezáltal nő a vezeték keresztmetszet, csökken az ellenállás és csökken a vezeték sugárzása is.

32. 400kV 750kV

33. Erőművek • Az MVM adatai szerint a hazai villamosenergia-termelés a 2000-es évben 34887 GWh volt. A különböző energiaforrások arányai, amelyből ezt az energiát előállították: atom 40,6 %, szén 26,5 %, kőolaj és földgáz 30,9 %, egyéb 2,0 %. • A Paksi Atomerőmű 1976-ban alakult, teljesítménye 1850 MW.

34. Köszönöm a figyelmet!