Zasilanie elektryczne w USA

Podobnie jak na całym świecie, w USA oczywiście istnieje prąd trójfazowy. Prąd trójfazowy, tak jak wszędzie, produkowany jest przez generatory energii elektrycznej w elektrowniach. Jedynie częstotliwość pulsacji napięcia przemiennego jest tu inna niż europejska 50Hz, i wynosi 60Hz (turbiny jednobiegunowe obracają się z częstotliwością nie 3000 obr/min, ale 3600 obr/min. Podobnie jak wszędzie na świecie, w USA prąd trójfazowy rozprowadzany jest na większe odległości liniami wysokiego napięcia. Prąd trójfazowy rozprowadzany jest także liniami średniego napięcia do zakładów przemysłowych, do większych indywidualnych odbiorców energii, do osiedli mieszkaniowych. Tu podobieństwo do europejskiego, elektroenergetycznego systemu amerykańskiego się kończy.

Do celów domowych, nie wyłączając mniejszych firm i nawet dużych wiejskich farm, w USA stosowane jest zgoła inne niż w Europie elektroenergetyczne przyłącze. Średnie napięcie trójfazowe, a nawet oszczędnościowo dwufazowe, lub jednofazowe, rozprowadzone jest wzdłuż amerykańskich dróg i ulic na najczęściej drewnianych słupach. W pobliżu posesji, na ulicznym słupie, zainstalowany jest transformator, obniżający dwufazowe (międzyfazowe), lub jednofazowe napięcie średnie do niskiego - przeznaczonego do zasilenia jednego lub więcej lokalnych odbiorców, albo też lokalną linię niskiego napięcia, prowadzoną wzdłuż ulicy na niewielką odległość. Transformator ten posiada uzwojenie wtórne 240V, pośrodku z odczepem. Realizuje zasilenie dwufazowe o napięciu 120/240V, przy fazach przesuniętych o kąt półpełny.

Na rysunku 1. pokazano taki właśnie drewniany słup, na którym kończy się prowadzona z pobliskiego miasta trójfazowa linia średniego napięcia, a dalej ciągnie się, często rozgałęziając na sąsiednie drogi, lokalne farmy i innych odbiorców, już linia średniego napięcia jednofazowa. Rysunek 2. na najwyższym piętrze słupa, przedstawia odgałęzienie dwufazowe od linii trójfazowej średniego napięcia. Na niższym piętrze słupa widać prójprzewodową lokalną linię niskiego napięcia zasiloną z uzwojenia wtórnego jednego z nasłupowych transformatorów, wyposażonego w uzwojenie pierwotne zasilane napięciem międzyfazowym linii średniego napięcia. Na rysunku 3. pokazano typowy drewniany słup wyposażony w transformator obniżający napięcie ze średniego jednofazowego na niskie, przeznaczone dla lokalnego odbiorcy, do którego w tym przypadku przyłącze poprowadzone jest rurą wzdłuż słupa w dół i pod ziemią. Na rys. 4. pokazano słup z transformatorem zasilonym z dwufazowej linii średniego napięcia, z wyprowadzonym z niego niskim napięciem rozprowadzonym trójprzewodową linią wzdłuż ulicy, od której prowadzi się do poszczególnych budynków, znacznie bardziej popularne niż w Europie, przyłącza napowietrzne. Na rysunkach 2. i 4., poniżej trójprzewodowej linii niskiego napięcia, widoczne są przewody telekomunikacyjne.

 

Rys.1. Przejście linii średniego napięcia trójfazowej w jednofazową (źródło: Google, Inc.).

 

 

Rys.2. Dwufazowe odgałęzienie od trójfazowej linii średniego napięcia (źródło: Google, Inc.).

 

 

Rys.3. Typowy transformator przeznaczony do zasilenia z jednofazowej linii średniego napięcia, niskim napięciem lokalnego odbiorcy linią podziemną (źródło: Google, Inc.).

 

 

Rys.4. Typowy transformator przeznaczony do zasilenia z międzyfazowego średniego napięcia, niskim napięciem, lokalnej naziemnej linii (źródło: Google, Inc.).

W Ameryce Północnej, bezpośrednio od wspomnianego transformatora, lub pośrednio od lokalnej ulicznej linii niskiego napięcia zasilanej tym transformatorem, do budynku doprowadzone są 3 przewody (te wprowadzone do pionowej rury przy słupie z rysunku 3. lub odgałęzione od trójprzewodowej linii poprowardzonej wzdłuż ulicy tuż pod transformatorem z rysunku 4.). Są to przewody: L1, L2 i N, przy czym przewód N wyprowadzony jest ze środkowego odczepu, wtórnego uzwojenia transformatora. Używa się tu powszechnie zasilania jednofazowego o napięciu 120V (połowa wspomnianego uzwojenia wtórnego), zaś na potrzeby urządzeń o większej mocy, stosuje się zasilanie dwufazowe 240V (całe wspomniane uzwojenie wtórne). W zasadzie, poza przemysłem, nie używa się w USA odbiorników trójfazowych.

Linie wewnętrzne w budynku są trojakiego rodzaju, a gniazda odbiorcze w USA są niestety bardzo różne:

1. Napięcie jednofazowe 120V wewnątrz budynku doprowadzone jest do punktów odbioru linią trójprzewodową L1 / N / PE, a do innych punktów odbioru w tymże budynku linią trójprzewodową L2 / N / PE. Gniazdo jednofazowe 120V zawiera więc 3 styki, podobnie jak w Europie. W tym zastosowaniu, obecnie powszechnie wykorzystywane jest 15 amperowe gniazdo NEMA 5-15, doprowadzające moc 1,8kW. Dla porównania: europejskie 16 amperowe gniazdo 230V doprowadza moc 3,6kW.

2. Napięcie dwufazowe 240V wewnątrz budynku doprowadzone jest do punktów odbioru linią trójprzewodową L1 / L2 / PE. Występuje tu niestety wiele różnych gniazd.

3. Napięcie dwufazowe 120/240V wewnątrz budynku doprowadzone jest do punktów odbioru linią czteroprzewodową L1 / L2 / N / PE. Występuje tu niestety wiele różnych gniazd. Ostatnio popularność zdobywa gniazdo 50 amperowe: NEMA 14-50. Umożliwia ono doprowadzenie mocy 12kW. Dla porównania: najpopularniejsze europejskie gniazdo „siłowe” trójfazowe 230/400V 32A, doprowadza moc 22kW.

W Ameryce Północnej, oznaczenia poszczególnych przewodów w wieloprzewodowym kablu są następujące: przewód neutralny N (kolor izolacji biały); przewody fazowe L1, L2 (kolory izolacji czarny, czerwony); przewód ochronny PE (kolor izolacji żółto zielony, zielony, lub przewód bez izolacji - goły).

 

Rys.5. Najczęściej stosowane północnoamerykańskie złącza elektroenergetyczne.

 

Zapewne nie bez racji, Amerykanie uważają swój system elektroenergetyczny za przestarzały. Wystarczy popatrzeć na infrastrukturę „ostatniej mili”. Na przeważnie drewniane słupy z wszechobecnymi „puszkami” transformatorów, na girlandy napowietrznych przewodów średniego napięcia, głównie wzdłuż ulic i niskiego napięcia, głównie w poprzek ulic. To nie przydaje estetyki i nie budzi zaufania, nawet u laika.

 

 

Rys.5. Przykład pajęczyny przewodów elektroenergetycznych i telekomunikacyjnych typowej dla osiedli mieszkaniowych w USA (źródło: Google, Inc.).

 

 

Rys.6. Mało estetyczny widok pajęczyny przewodów elektroenergetycznych i telekomunikacyjnych typowej dla osiedli mieszkaniowych o gęstej zabudowie w USA (źródło: Google, Inc.).

W tej sytuacji wydaje się, że szczególnie Stany Zjednoczone i Kanada, ale także niektóre inne kraje technologicznie rozwinięte, choć z systemem elektroenergetycznym prawie niezmienionym od samego jego powstania, stoją przed wielkim wyzwaniem skokowego unowocześnienia tego systemu. Za nimi oczywiście podąży także Europa i reszta świata. Może to oznaczać, że wkrótce te dalekie nam geograficznie kraje będą w awangardzie światowych elektroenergetycznych przemian. Czeka nas tu zapewne jakiś przełom. Wiele na to wskazuje, że będzie to „rewolucja stałoprądowa” aż do ostatniej mili, czyli w zakresie także średnich napięć MVDC, oraz niskich napięć LVDC, a nie jedynie w zakresie długodystansowych linii przesyłowych ultra wysokich napięć (UHVDC) oraz wysokich napięć (HVDC), które to linie istnieją już obecnie. Zapewne ten technologiczny zwrot nastąpi nie bez związku z nietrudnym do przewidzenia gwałtownym i znacznym wzrostem zapotrzebowania na moc elektryczną, której coraz wiecej potrzeba w miejscach odbioru zamieszkałych przez ludzi, a więc w lokalizacjach rozproszonych. Ten nagły wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną może mieć związek między innymi z planowaną przez wielu producentów pojazdów i wydaje się nieuniknioną w niedalekiej już przyszłości, zmasowaną elektyfikacją transportu .

Osobny artykuł pod tytułem Wolne i półszybkie ładowanie pojazdów elektrycznych, omawia elektroenergetyczną infrastrukturę wewnątrzbudynkową, w szczególności tzw. „garażową”, przeznaczoną do ładowania pojazdów elektrycznych.

 

Ostatnia aktualizacja strony: 2019-02-05
strona główna