Dlaczego przesyłanie energii elektrycznej na odległość odbywa się przy podwyższonym napięciu

Dzisiaj przesyłanie energii elektrycznej na odległość odbywa się zawsze przy podwyższonym napięciu, które jest mierzone w dziesiątkach i setkach kilowoltów. Na całym świecie elektrownie różnego typu wytwarzają gigawaty energii elektrycznej. Ta energia elektryczna jest rozprowadzana w miastach i wsiach za pomocą przewodów, które możemy zobaczyć na przykład na autostradach i liniach kolejowych, gdzie niezmiennie są one przymocowane do wysokich słupów z długimi izolatorami. Ale dlaczego transmisja jest zawsze pod wysokim napięciem? Porozmawiamy o tym później.

Wyobraź sobie, że musisz przesyłać energię elektryczną przewodami o mocy co najmniej 1000 watów na odległość 10 kilometrów w postaci prądu przemiennego przy minimalnych stratach mocy, potężny kilowatowy reflektor. Co zamierzasz zrobić? Oczywiście napięcie będzie musiało zostać przekonwertowane, zmniejszone lub zwiększone w taki czy inny sposób. za pomocą transformatora.

Załóżmy, że źródło (mały generator benzynowy) wytwarza napięcie 220 woltów, podczas gdy masz do dyspozycji dwużyłowy kabel miedziany o przekroju każdego rdzenia 35 mm2. Przez 10 kilometrów taki kabel da aktywną rezystancję około 10 omów.

Obciążenie 1 kW ma rezystancję około 50 omów. A co jeśli przesyłane napięcie pozostaje na poziomie 220 woltów? Oznacza to, że jedna szósta napięcia spadnie (spadnie) na przewód transmisyjny, który wyniesie około 36 woltów. Tak więc po drodze utracono około 130 W — po prostu rozgrzali przewody nadawcze. A na reflektorach dostajemy nie 220 woltów, ale 183 wolty. Sprawność transmisji okazała się 87%, a to nadal ignoruje rezystancję indukcyjną przewodów nadawczych.

Faktem jest, że aktywne straty w przewodach transmisyjnych są zawsze wprost proporcjonalne do kwadratu prądu (patrz Prawo Ohma). Dlatego, jeśli przeniesienie tej samej mocy odbywa się przy wyższym napięciu, spadek napięcia na przewodach nie będzie tak szkodliwym czynnikiem.

Załóżmy teraz inną sytuację. Mamy ten sam generator benzynowy wytwarzający 220 woltów, te same 10 kilometrów drutu o rezystancji czynnej 10 omów i te same reflektory o mocy 1 kW, ale do tego jeszcze dwa transformatory kilowatowe, z których pierwszy wzmacnia 220 -22000 wolty Umieszczony w pobliżu generatora i podłączony do niego przez cewkę niskiego napięcia, a przez cewkę wysokiego napięcia — połączoną z przewodami transmisyjnymi. A drugi transformator, w odległości 10 kilometrów, to transformator obniżający napięcie 22000-220 woltów, do cewki niskiego napięcia, do którego podłączony jest reflektor, a cewka wysokiego napięcia jest zasilana przewodami transmisyjnymi.

Tak więc przy mocy obciążenia 1000 watów przy napięciu 22000 woltów prąd w przewodzie nadawczym (tutaj można to zrobić bez uwzględnienia składnika reaktywnego) wyniesie tylko 45 mA, co oznacza, że ​​\u200b\u200b36 woltów nie spadnie to (jak to było bez transformatorów), ale tylko 0,45 wolta! Straty nie będą już wynosić 130 W, a tylko 20 mW. Sprawność takiej transmisji przy podwyższonym napięciu wyniesie 99,99%. Dlatego skok jest bardziej skuteczny.

W naszym przykładzie sytuacja jest rozpatrywana z grubsza, a użycie drogich transformatorów do tak prostego domowego użytku byłoby z pewnością niewłaściwym rozwiązaniem. Ale w skali krajów, a nawet regionów, jeśli chodzi o odległości setek kilometrów i ogromne przesyłane moce, koszt energii elektrycznej, którą można stracić, jest tysiąc razy wyższy niż wszystkie koszty transformatorów. Dlatego podczas przesyłania energii elektrycznej na odległość zawsze stosuje się podwyższone napięcie, mierzone w setkach kilowoltów — w celu zmniejszenia strat mocy podczas przesyłu.

Ciągły wzrost zużycia energii elektrycznej, koncentracja mocy wytwórczych w elektrowniach, zmniejszanie się wolnych powierzchni, zaostrzanie wymogów ochrony środowiska, inflacja i wzrost cen gruntów oraz szereg innych czynników silnie dyktują wzrost w zdolnościach przesyłowych linii elektroenergetycznych.

Projekty różnych linii energetycznych są przejrzane tutaj: Urządzenie różnych linii energetycznych o różnym napięciu

Połączeniu systemów energetycznych, wzrostowi mocy elektrowni i systemów jako całości towarzyszy wzrost odległości i przepływów energii przesyłanej linią elektroenergetyczną.Bez potężnych linii wysokiego napięcia niemożliwe jest dostarczanie energii z nowoczesnych dużych elektrowni.

Zunifikowany system energetyczny pozwala zapewnić przeniesienie rezerwy mocy tam, gdzie jest taka potrzeba, związana z pracami remontowymi lub stanami awaryjnymi, możliwe będzie przeniesienie nadwyżki mocy z zachodu na wschód lub odwrotnie, dzięki zmianie pasa w samą porę.

Dzięki transmisjom na duże odległości możliwe stało się budowanie supermocarstw i pełne wykorzystanie ich energii.

Inwestycje w przesył 1 kW mocy na określoną odległość przy napięciu 500 kV są 3,5 razy mniejsze niż przy napięciu 220 kV i 30 — 40% mniejsze niż przy napięciu 330 — 400 kV.

Koszty przesłania 1 kW • h energii przy napięciu 500 kV są dwukrotnie mniejsze niż przy napięciu 220 kV io 33 — 40% niższe niż przy napięciu 330 lub 400 kV. Możliwości techniczne napięcia 500 kV (moc naturalna, odległość przesyłu) są 2 — 2,5 razy większe niż napięcia 330 kV i 1,5 razy większe niż 400 kV.

Linia 220 kV może przesyłać moc 200 — 250 MW na odległość 200 — 250 km, linia 330 kV — moc 400 — 500 MW na odległość 500 km, linia 400 kV — moc 600 — 700 MW w odległości do 900 km. Napięcie 500 kV zapewnia przesyłanie mocy 750 — 1000 MW jednym torem na odległość do 1000 — 1200 km.