Wartości napięcia sieci elektrycznej, jaki jest sekret przesyłu ogromnej energi przy minimalnej stracie?

Rok 1887, to właśnie wtedy geniusz Tesli dał o sobie znać gdy odkrył on podstawy generowania i przesyłu napięcia przemiennego, jego niezłomne działania doprowadziły do powstania pierwszej elektrowni prądu przemiennego a następnie lini przesyłowej. Konsekwencją tego odkrycia są linie wysokiego, średniego i niskiego napięcia które odpowiadają za dystrybucje energii na terenie całego świata.

Geneza odkrycia elektryczności, skąd wziął się pierwotny popyt na energie

Początku historii elektrotechniki tak jak większości dobrodziejstw dzisiejszej technologi należy doszukiwać się w czasach starożytnych cywilizacji. Grecy już na długo przed błyskiem pierwszej żarówki Thomasa Edisona poznali zjawiska z zakresu elektrostatyki pocierając kawałkiem bursztynu o futro zwierzęce, przez co kamień ten zyskiwał zdolność przyciągania drobnych pyłków i niewielkich fragmentów metali.

Następnie temat ten podczas ciemnych wieków europy stracił na zainteresowaniu wynalazców aż do odkrycia Versorium przez Williama Gilberta. Przyrząd ten był prekursorem dzisiejszych aparatów pomiarowych oraz rozpoczął dziedzinę nauki znaną dzisiaj jako metrologia elektryczna, a mianowicie umożliwiał on wykrycie obecności naładowanych statycznie ciał.

Benjamin Franklin jeden z ojców założycieli Stanów Zjednoczonych również dołożył swoją cegiełkę do rozwoju przemysłu energetycznego. Przeprowadził szereg doświadczeń z latawcami które stały się pierwowzorem dzisiejszych piorunochronów a także był pomysłodawcą zabezpieczenia przed wyładowaniami elektrycznymi poprzez uziemienie.

Natomiast najbardziej wybitne postacie które na szeroką skale rozpropagowały samą elektrotechnikę a także stworzyły rozwiązania techniczne które do dzisiaj wykorzystywane są w przemyśle, to niewątpliwie Thomas Edison odpowiedzialny za generatory prądu stałego których energia wykorzystywana jest do dzisiaj na przykład w kolejnictwie oraz Nicola Tesla twórca pierwszego  silnika indukcyjnego i układu wielofazowego bez którego nie można by wyobrazić sobie dzisiejszego świata.

Czym jest wysokie, średnie oraz niskie napięcie?

Pierwszym pytaniem na jakie odpowiemy będzie "Co to w ogóle jest napięcie?". Fizycy definiują to zjawisko jako różnica potencjału elektrostatycznego, jeśli mówi ci to niewiele to nic nie szkodzi nie każdy jest prymusem z zakresu zagadnień elektrotechniki, poza tym ciężko sobie wyobrazić różnice niewidocznego potencjału ładunków o wielkości rzędu dwóch do trzech femtometrów. Najczęściej w celu wytłumaczenia samego zjawiska napięcia używa się dla porównania instalacji hydraulicznej gdzie płynąca woda jest odpowiednikiem prądu elektrycznego który jest wynikiem wymuszenia powodowanego przez napięcie tak samo jak nurt z jakim płynie woda w rurze jest wynikiem wymuszenia przez wartość ciśnienia wody płynącej przez tą rure.

Interesujący również jest fakt, że podczas lat rozwoju w zakresie produkcji dystrybucji i odbioru energii elektrycznej a także maszyn i urządzeń które tą energie pobierają z sieci, przemysł energetyczny dorobił się podziału napięć na takie jak:

Napięcie wysokie - jest to napięcie elektryczne w obwodach prądu zmiennego o wartości przekraczającej tysiąc woltów dla częstotliwości równej lub mniejszej niż sześćdziesiąt herców, w przypadku obwodów prądu stałego przekracza ono wartość tysiąca pięciuset woltów.

Jednak jeśli rozmawiamy o interesujących nas zagadnieniach energetycznych, to wysokie napięcie oznaczać będzie napięcie przewyższające wartość sześćdziesięciu tysięcy wolt jednak nie większe niż czterysta tysięcy wolt, powyżej tej granicy występuje tylko napięcie najwyższe.

Średnie napięcie - mianować tak można każde napięcie którego wartość znamionowa przewyższa tysiąc wolt natomiast jest równe lub mniejsze od wartości sześćdziesięciu tysięcy wolt.

Niskie napięcie - jest to napięcie którego wartość dla układów prądu przemiennego nie przekracza tysiąca wolta, natomiast w przypadku sieci prądu stałego jest mniejsze niż wartość tysiąca pięciuset wolta. Warto również wspomnieć o długotrwałym napięciu dotykowym dopuszczalnym inaczej napięciu bezpiecznym które w normalnych warunkach środowiskowych nie może przekraczać wartości pięćdziesięciu wolta dla obwodów prądu przemiennego oraz stu dwudziestu wolt jeśli mowa o układach prądu stałego. Nieco inaczej sytuacja z napięciem bezpiecznym ma się w tak zwanych warunkach niekorzystnych to jest na przykład w wilgotnych pomieszczeniach gdzie wartość napięcia dla obwodów prądu przemiennego nie może przekraczać dwudziestu pięciu wolt a w układach prądu stałego sześćdziesiąt wolt. Natomiast z najniższymi wartościami napięcia bezpiecznego będziemy mieli do czynienia w warunkach szczególnie niekorzystnych są to warunki w których nie będziemy w stanie uniknąć kontaktu z materiałami silnie przewodzącymi na przykład na basenie lub saunie. W takim wypadku napięcie bezpieczne będzie wynosiło odpowiednio trzydzieści woltów dla prądu stałego oraz dwanaście dla prądu przemiennego.

Jakie zastosowanie w przesyle energii znajdą  wysokie, średnie oraz niskie napięcie

Aby zrozumieć role wyżej wymienionych napięć w dystrybucji energii elektrycznej, należałoby najpierw zrozumieć pojęcie strat w przesyle tejże energii. Strata energii występuje zawsze kiedy zamierzamy ją przesłać zależna jest od wartości napięcia prądu oraz rezystancji nośnika tej energii. Główne straty jakie występują podczas dystrybucji energii wynikają z oporności linii przesyłowych, gdzie strata równa sie iloczynowi tejże rezystancji oraz wartości prądu podniesionej do kwadratu, przydatna również będzie zasada zachowania energii zgodnie z którą wypadkową rezystancji i płynącego przez nie prądu będzie ciepło czyli również energia która zostanie utracona poprzez wytworzenie się wysokiej temperatury na liniach przesyłowych co również mogłoby źle wpłynąć na charakterystykę mechaniczną tych linii.

Wykluczenie strat tego typu jest możliwe zatem tylko przez zmniejszenie rezystancji linii dystrybucyjnych lub prądu przepływającego przez te linie, o ile możliwości jeśli chodzi o zmianę rezystancji są znikome z powodu olbrzymich kosztów takiej renowacji sieci to zmiana wartości prądu jest dziecinnie prosta. Wystarczy wiedzieć, że energia przesyłana przez daną linię równą jest iloczynowi napięcia i prądu, człowiek uzbrojony w tę wiedzę łatwo wywnioskuje, że podnosząc napięcie sieci wymusza obniżenie wartości prądu a w konsekwencji wymusza obniżenie strat cieplnych na linii przesyłowej. Warto zaznaczyć, że już dwukrotne podwyższenie wartości napięcia zmniejszy straty czterokrotnie.

Straty na wszystkich możliwych sieciach dystrybucji napięcia wynikają również w dużej mierze z niewłaściwej konserwacji urządzeń które obsługują daną sieć dlatego warto zadbać o to, by w tej kwestii wyeliminować wszelkie możliwe zaniedbania. Jeśli mówimy o konserwacji tego typu urządzeń nie możemy zapomnieć również o firmie ARM Energia która oferuje kompleksowe usługi w zakresie czyszczenia oraz konserwacji urządzeń i maszyn na napięcie do stu dziesięciu tysięcy wolt. Wykonuje również wszystkie niezbędne pomiary elektryczne.

Dlatego też zastosowanie wyżej wymienionych napięć jako sieci dystrybucyjnych ma następujący rozkład:

Sieć przesyłowa najwyższego napięcia - to sieć o strukturze siatkowej, posiadająca liczne węzły. Służy do połączeń elektrowni, produkujących energię elektryczną, z transformatorami, w których prąd o najwyższym napięciu jest rozdzielony oraz przesłany dalej w wysokim lub średnim napięciu przez dostawców energii.

Sieć dystrybucyjna wysokiego napięcia - jest to sieć do której dostarczana jest energia z sieci najwyższego napięcia mimo mniejszej wartości napięcia tej sieci nie jest ona wykorzystywana jako sieć z której odbiorca energii może bezpośrednią tę energię otrzymać.

Sieć dystrybucyjna średniego napięcia - W transformatorach tej sieci dystrybucyjnej przemienia się prąd z wysokiego do średniego napięcia. Warto zaznaczyć, że transformatory średniego napięcia mogą być wykorzystywane do zaopatrywania w energie odbiorców o dużym zapotrzebowaniu na przykład zakłady produkcyjne czy magazyny wielkopowierzchniowe.

Sieć niskiego napięcia - To ostatni odcinek dostawy prądu do użytkowników końcowych między innymi gospodarstw domowych. Ostateczna dostawa odbywa się na niskim napięciu w układzie jednofazowym to jest o wartości napięcia dwieście trzydzieści wolt oraz trójfazowym o wartości napięcia rzędu czterystu wolt.