Sieć z różnym napięciem
Energia elektryczna musi czasem przebyć setki kilometrów między miejscem wytworzenia a odbiorcą. Przesyłanie jej na dużą odległość przy napięciu takim jak w domowym gniazdku powodowałoby ogromne straty i wymagało przewodów o bardzo dużych przekrojach.
Dlatego napięcie jest najpierw podnoszone, a następnie stopniowo obniżane w kolejnych stacjach elektroenergetycznych. Przy tej samej przesyłanej mocy wyższe napięcie oznacza mniejsze natężenie prądu, a niższe natężenie ogranicza nagrzewanie przewodów i straty energii. Najwyższe poziomy wykorzystuje się więc do transportu na duże odległości, a najniższe – bezpośrednio u odbiorców.
Droga energii może wyglądać następująco:
elektrownia → sieć 400 lub 220 kV → sieć 110 kV → sieć średniego napięcia → transformator → sieć 230/400 V → dom, firma albo ładowarka.
Nie każda elektrownia i każdy odbiorca przechodzą dokładnie przez wszystkie poziomy. Duży zakład przemysłowy może zostać przyłączony bezpośrednio do sieci 110 kV, a farma fotowoltaiczna do sieci średniego napięcia.
Co to jest sieć niskiego napięcia?
Sieć niskiego napięcia, oznaczana skrótem nN, obejmuje napięcia znamionowe nieprzekraczające 1 kV. W Polsce odbiorcy domowi korzystają standardowo z sieci 230/400 V: 230 V występuje między przewodem fazowym a neutralnym, natomiast 400 V między dwiema fazami.
To ostatni odcinek drogi energii do odbiorcy. Sieć niskiego napięcia zasila między innymi:
- domy i mieszkania,
- małe sklepy i punkty usługowe,
- oświetlenie uliczne,
- niewielkie zakłady,
- domowe i część publicznych punktów ładowania.
Energia trafia do tej sieci ze stacji transformatorowej SN/nN. Transformator obniża napięcie, przykładowo z 15 kV do 400 V, a następnie prąd jest rozprowadzany przewodami napowietrznymi lub kablami podziemnymi do poszczególnych budynków.
Sieć niskiego napięcia a ładowanie samochodu
Domowy wallbox jest podłączony do tej samej instalacji, z której korzystają pozostałe urządzenia w budynku. Jednofazowa ładowarka wykorzystuje napięcie 230 V, a trójfazowa 400 V.
Typowe moce ładowania prądem przemiennym wynoszą:
- 2,3 kW ze zwykłego gniazdka przy prądzie 10 A,
- 3,7 lub 7,4 kW przy zasilaniu jednofazowym,
- 11 albo 22 kW przy instalacji trójfazowej.
Osiągnięcie określonej mocy zależy nie tylko od wallboxa. Znaczenie mają również możliwości ładowarki pokładowej samochodu, moc przyłączeniowa budynku, zabezpieczenia i stan instalacji. Auto przyjmujące maksymalnie 11 kW prądu przemiennego nie zacznie ładować się z mocą 22 kW tylko dlatego, że taką wartość ma wallbox.
Niektóre publiczne ładowarki, szczególnie pojedyncze urządzenia AC albo DC o umiarkowanej mocy, również mogą być zasilane z sieci niskiego napięcia. Ograniczeniem staje się jednak dostępna moc przyłączeniowa. Zasilanie kilku stanowisk po 150 lub 300 kW z lokalnego przyłącza 400 V najczęściej nie jest możliwe bez większej przebudowy infrastruktury.
Czym jest sieć średniego napięcia?
Sieć średniego napięcia, czyli SN, obejmuje napięcia wyższe niż 1 kV, ale niższe niż 110 kV. W Polsce spotyka się przede wszystkim poziomy 6, 10, 15, 20 i 30 kV.
Jej zadaniem jest rozprowadzanie energii na obszarze miast, gmin i dzielnic. Sieć SN zasila lokalne stacje transformatorowe, które obniżają napięcie do 400 V. Jest również wykorzystywana do bezpośredniego przyłączania większych odbiorców i źródeł energii, takich jak:
- zakłady przemysłowe,
- centra handlowe i biurowce,
- osiedla mieszkaniowe,
- magazyny i centra logistyczne,
- farmy fotowoltaiczne oraz wiatrowe,
- duże huby ładowania.
Obiekt przyłączony do sieci średniego napięcia zazwyczaj potrzebuje własnej stacji transformatorowej. Dopiero w niej napięcie zostaje obniżone do poziomu wykorzystywanego przez budynek lub ładowarki.
Dlaczego szybkie stacje korzystają z sieci średniego napięcia?
Jedna ładowarka o mocy 350 kW może chwilowo pobierać więcej energii niż kilkadziesiąt domów jednorodzinnych. Jeżeli w hubie znajduje się osiem takich stanowisk, ich łączna moc teoretyczna sięga 2,8 MW. Do tego dochodzą straty, systemy chłodzenia, oświetlenie i pozostałe wyposażenie obiektu.
Z tego powodu większe stacje najczęściej wymagają przyłącza średniego napięcia oraz transformatora. Nie oznacza to, że każda ładowarka przez cały czas pobiera maksymalną moc. Operator może stosować dynamiczny podział mocy, który rozdziela dostępne zasoby pomiędzy podłączone samochody.
Możliwość budowy hubu zależy więc nie tylko od miejsca przy autostradzie czy zainteresowania operatora. Kluczowa jest dostępność mocy w lokalnej sieci. Operator systemu dystrybucyjnego może wydać warunki wymagające budowy nowego przyłącza, transformatora, linii kablowej albo rozbudowy istniejącej stacji. To jeden z powodów, dla których przygotowanie dużej stacji ładowania trwa znacznie dłużej niż samo ustawienie ładowarek.
Co to jest sieć wysokiego napięcia?
W polskiej nomenklaturze sieć wysokiego napięcia, oznaczana jako WN, pracuje na poziomie 110 kV. Łączy sieć przesyłową z regionalnymi systemami dystrybucyjnymi i transportuje duże ilości energii na odległości sięgające kilkudziesięciu kilometrów.
Energia z linii 110 kV trafia między innymi do głównych punktów zasilania, określanych skrótem GPZ. Znajdujące się tam transformatory obniżają napięcie najczęściej do poziomu wykorzystywanego przez lokalną sieć średniego napięcia.
Bezpośrednio do sieci 110 kV przyłączane są przede wszystkim bardzo duże zakłady, źródła wytwórcze oraz rozbudowane obiekty infrastrukturalne. Typowy dom, salon samochodowy czy nawet zwykła stacja szybkiego ładowania nie korzystają bezpośrednio z takiego przyłącza.
Awaria linii niskiego napięcia może pozbawić zasilania ulicę lub grupę budynków. Problem na poziomie średniego napięcia może objąć większą część miejscowości. Sieci 110 kV są projektowane z większą liczbą połączeń i zabezpieczeń, ale poważna awaria na tym poziomie może mieć konsekwencje dla dużego obszaru.
Są jeszcze sieci najwyższych napięć
Oprócz nN, SN i WN istnieje sieć najwyższych napięć, oznaczana skrótem NN. W Polsce są to przede wszystkim linie 220 i 400 kV zarządzane przez Polskie Sieci Elektroenergetyczne. Służą do przesyłania energii na największe odległości, łączenia dużych elektrowni z systemem oraz wymiany energii z sąsiednimi państwami.
Warto zwrócić uwagę na zapis skrótów:
- nN – niskie napięcie,
- SN – średnie napięcie,
- WN – wysokie napięcie,
- NN – najwyższe napięcie.
Mała litera „n” odróżnia więc sieć niskiego napięcia od sieci najwyższych napięć.
350 kW ładowarki nie oznacza sieci wysokiego napięcia
Moc i napięcie to dwie różne wielkości. Napięcie wyraża się w woltach lub kilowoltach, a moc w watach lub kilowatach.
Informacja „ładowarka 350 kW” opisuje maksymalną moc przekazywaną do samochodu. Nie oznacza, że urządzenie jest podłączone bezpośrednio do sieci wysokiego napięcia. Hub może być zasilany z sieci średniego napięcia, a jego transformator obniża napięcie do poziomu potrzebnego urządzeniom.
Nie należy też mylić napięcia sieci z napięciem akumulatora trakcyjnego. Określenia „architektura 400 V” i „architektura 800 V” dotyczą instalacji prądu stałego w samochodzie.
Podczas ładowania AC prąd z sieci 230 lub 400 V jest przekształcany na prąd stały przez ładowarkę pokładową auta. Przy szybkim ładowaniu DC konwersja odbywa się w stacji, a do akumulatora trafia już odpowiednio przygotowany prąd stały.
Który poziom napięcia jest najważniejszy dla kierowcy elektryka?
Podczas ładowania w domu kierowca korzysta przede wszystkim z sieci niskiego napięcia. Jej stan, dostępna moc i obciążenie lokalnego transformatora mogą wpływać na możliwość zamontowania wallboxa oraz osiąganą moc ładowania.
Sieć średniego napięcia ma największe znaczenie dla operatorów dużych stacji. Od jej dostępności zależy, czy w danej lokalizacji uda się uruchomić kilka mocnych ładowarek bez kosztownej i długotrwałej rozbudowy.
Sieci wysokiego i najwyższego napięcia pozostają dla użytkownika niewidoczne, ale to one umożliwiają przesyłanie dużych ilości energii między elektrowniami, regionami i lokalnymi sieciami. Wszystkie poziomy tworzą jeden system – od linii 400 kV aż po gniazdko 230 V w garażu.
PS
