Защо предаването на електричество на разстояние се извършва при повишено напрежение

Днес предаването на електрическа енергия на разстояние винаги се извършва при повишено напрежение, което се измерва в десетки и стотици киловолта. По целия свят електроцентрали от различен тип генерират електричество в гигавати. Това електричество се разпределя в градове и села с помощта на проводници, които можем да видим например по магистрали и железници, където те неизменно се фиксират на високи стълбове с дълги изолатори. Но защо предаването винаги е на високо напрежение? Ще поговорим за това по -нататък.

Представете си, че трябва да предавате електрическа енергия чрез проводници с поне 1000 вата на разстояние 10 километра под формата на променлив ток с минимални загуби на мощност мощен прожектор от киловат. Какво ще направиш? Очевидно напрежението ще трябва да бъде преобразувано, намалено или увеличено по един или друг начин. с помощта на трансформатор.

Да предположим, че източник (малък бензинов генератор) произвежда напрежение от 220 волта, докато на ваше разположение е двужилен меден кабел с напречно сечение на всяко ядро ​​от 35 кв. Мм. В продължение на 10 километра такъв кабел ще даде активно съпротивление от около 10 ома.

Товарът от 1 kW има съпротивление от около 50 ома. И какво, ако предаденото напрежение остане на 220 волта? Това означава, че една шеста от напрежението ще (падне) върху предавателния проводник, който ще бъде под напрежение около 36 волта. И така, около 130 W бяха загубени по пътя — те просто затоплиха предаващите проводници. И на прожекторите получаваме не 220 волта, а 183 волта. Ефективността на предаване се оказа 87%и това все още пренебрегва индуктивното съпротивление на предаващите проводници.

Факт е, че активните загуби в предаващите проводници винаги са право пропорционални на квадрата на тока (вж. Законът на Ом). Следователно, ако прехвърлянето на същата мощност се извършва при по -високо напрежение, тогава спадът на напрежението по проводниците няма да бъде толкова пагубен фактор.

Нека сега приемем различна ситуация. Имаме същия бензинов генератор, произвеждащ 220 волта, същите 10 километра проводник с активно съпротивление 10 ома и същите прожектори от 1 kW, но на всичкото отгоре все още има два киловатни трансформатора, първият, който усилва 220 -22000 волта. Разположени в близост до генератора и свързани към него чрез намотка с ниско напрежение, и чрез намотка с високо напрежение — свързани към предавателните проводници. А вторият трансформатор, на разстояние 10 километра, е понижаващ трансформатор от 22000-220 волта, към нисковолтовата намотка, към която е свързан прожектор, а намотката с високо напрежение се захранва от предаващите проводници.

Така че, при мощност на натоварване от 1000 вата при напрежение 22000 волта, токът в предаващия проводник (тук можете да направите, без да се вземе предвид реактивната компонента) ще бъде само 45 mA, което означава, че върху него няма да паднат 36 волта (както беше без трансформатори), но само 0,45 волта! Загубите вече няма да са 130 W, а само 20 mW. Ефективността на такова предаване при повишено напрежение ще бъде 99,99%. Ето защо пренапрежението е по -ефективно.

В нашия пример ситуацията се разглежда грубо и използването на скъпи трансформатори за такава проста домакинска цел със сигурност би било неподходящо решение. Но в мащабите на държави и дори региони, когато става въпрос за разстояния от стотици километри и огромни предавани мощности, цената на електричеството, което може да бъде загубено, е хиляда пъти по -висока от всички разходи за трансформатори. Ето защо при предаване на електричество на разстояние винаги се прилага повишено напрежение, измерено в стотици киловолта — с цел намаляване на загубите на мощност по време на предаване.

Непрекъснатият ръст на потреблението на електроенергия, концентрацията на производствени мощности в електроцентралите, намаляването на свободните площи, затягането на изискванията за опазване на околната среда, инфлацията и повишаването на цените на земята, както и редица други фактори, силно диктуват увеличаването на преносната мощност на електроенергията преносни линии.

Проектите на различни електропроводи са прегледани тук: Устройството на различни електропроводи с различно напрежение

Взаимосвързаността на енергийните системи, увеличаването на капацитета на електроцентралите и системите като цяло са придружени от увеличаване на разстоянията и потоците на енергия, предавани по електропровода. Без мощни електропроводи за високо напрежение е невъзможно да се доставя енергия от съвременните големи електроцентрали.

Единна енергийна система позволява да се осигури прехвърлянето на резервна мощност към онези райони, където има нужда от това, свързано с ремонтни дейности или аварийни условия, ще бъде възможно да се прехвърли излишната мощност от запад на изток или обратно, поради смяна на колана във времето.

Благодарение на предаванията на дълги разстояния стана възможно изграждането на свръхмощни електроцентрали и пълно използване на тяхната енергия.

Инвестициите за предаване на 1 kW мощност на дадено разстояние при напрежение 500 kV са 3,5 пъти по -ниски, отколкото при напрежение 220 kV, и 30 — 40% по -ниски, отколкото при 330 — 400 kV.

Разходите за пренос на 1 kW • h енергия при напрежение 500 kV са два пъти по -ниски, отколкото при напрежение 220 kV, и с 33 — 40% по -ниски, отколкото при напрежение 330 или 400 kV. Техническите възможности на напрежение 500 kV (естествена мощност, разстояние на предаване) са 2 — 2,5 пъти по -високи от тези на 330 kV и 1,5 пъти по -високи от 400 kV.

Линия 220 kV може да предава мощност 200 — 250 MW на разстояние 200 — 250 km, линия 330 kV — мощност 400 — 500 MW на разстояние 500 km, 400 kV линия — мощност 600 — 700 MW на разстояние до 900 км. Напрежението от 500 kV осигурява предаване на мощност от 750 — 1000 MW през една верига на разстояние до 1000 — 1200 km.