De ce transmiterea energiei electrice pe o distanță are loc la tensiune crescută

Astăzi, transmiterea energiei electrice la distanță se realizează întotdeauna la o tensiune crescută, care se măsoară în zeci și sute de kilovolți. Peste tot în lume, centralele electrice de diferite tipuri generează gigawați de energie electrică. Această energie electrică este distribuită în orașe și sate folosind fire pe care le putem vedea de exemplu pe autostrăzi și căi ferate, unde sunt fixate invariabil pe stâlpi înalți cu izolatori lungi. Dar de ce transmisia este întotdeauna de înaltă tensiune? Vom vorbi despre asta mai târziu.

Imaginați-vă că trebuie să transmiteți energie electrică prin fire de cel puțin 1000 de wați pe o distanță de 10 kilometri sub formă de curent alternativ cu pierderi minime de putere, un proiector puternic de kilowați. Ceea ce ai de gând să faci? Evident că tensiunea va trebui convertită, redusă sau mărită într-un fel sau altul. folosind un transformator.

Să presupunem că o sursă (un mic generator de benzină) produce o tensiune de 220 de volți, în timp ce la dispoziție este un cablu de cupru cu două fire cu o secțiune transversală a fiecărui miez de 35 mm pătrați. Pentru 10 kilometri, un astfel de cablu va oferi o rezistență activă de aproximativ 10 ohmi.

O sarcină de 1 kW are o rezistență de aproximativ 50 ohmi. Și dacă tensiunea transmisă rămâne la 220 de volți? Aceasta înseamnă că o șesime din tensiune va (scădea) pe firul de transmisie, care va fi la aproximativ 36 de volți. Așa că aproximativ 130 W s-au pierdut pe parcurs - au încălzit doar firele de transmisie. Și la proiectoare nu obținem 220 de volți, ci 183 de volți. Eficiența transmisiei s-a dovedit a fi de 87%, iar acest lucru încă ignoră rezistența inductivă a firelor de transmisie.

Faptul este că pierderile active în firele de transmisie sunt întotdeauna direct proporționale cu pătratul curentului (vezi Legea lui Ohm). Prin urmare, dacă transferul aceleiași puteri se efectuează la o tensiune mai mare, atunci căderea de tensiune pe fire nu va fi un factor atât de dăunător.

Să presupunem acum o situație diferită. Avem același generator de benzină care produce 220 de volți, aceiași 10 kilometri de sârmă cu o rezistență activă de 10 ohmi și aceleași proiectoare de 1 kW, dar pe deasupra mai există încă două transformatoare de kilowați, primul dintre care amplifică 220 -22000 volți. Situat lângă generator și conectat la acesta printr-o bobină de joasă tensiune și printr-o bobină de înaltă tensiune - conectată la firele de transmisie. Iar al doilea transformator, la o distanță de 10 kilometri, este un transformator coborâtor de 22000-220 volți, la bobina de joasă tensiune la care este conectat un proiector, iar bobina de înaltă tensiune este alimentată de firele de transmisie.

Deci, cu o putere de sarcină de 1000 wați la o tensiune de 22000 volți, curentul din firul de transmisie (aici puteți face fără să luați în considerare componenta reactivă) va fi de doar 45 mA, ceea ce înseamnă că 36 de volți nu vor cădea pe el (cum era fără transformatoare), dar doar 0,45 volți! Pierderile nu vor mai fi de 130 W, ci de doar 20 mW. Eficiența unei astfel de transmisii la tensiune crescută va fi de 99,99%. Acesta este motivul pentru care surge este mai eficientă.

În exemplul nostru, situația este considerată grosolan, iar utilizarea transformatoarelor scumpe pentru un scop atât de simplu ar fi cu siguranță o soluție nepotrivită. Dar la scara țărilor și chiar a regiunilor, când vine vorba de distanțe de sute de kilometri și puteri transmise uriașe, costul energiei electrice care se poate pierde este de o mie de ori mai mare decât toate costurile transformatoarelor. De aceea, atunci când se transmite energie electrică la distanță, se aplică întotdeauna o tensiune crescută, măsurată în sute de kilovolți, pentru a reduce pierderile de putere în timpul transmisiei.

Creșterea continuă a consumului de energie electrică, concentrarea capacității de producție în centralele electrice, reducerea suprafețelor libere, înăsprirea cerințelor de protecție a mediului, inflația și creșterea prețurilor terenurilor, precum și o serie de alți factori, dictează puternic creșterea în capacitatea de transport a liniilor de transport a energiei electrice.

Proiectele diferitelor linii electrice sunt revizuite aici: Dispozitivul diferitelor linii electrice cu tensiune diferită

Interconectarea sistemelor energetice, creșterea capacității centralelor și sistemelor în ansamblu sunt însoțite de o creștere a distanțelor și a fluxurilor de energie transmise de-a lungul liniei electrice.Fără linii puternice de înaltă tensiune, este imposibil să se furnizeze energie de la centralele mari moderne.

Sistem energetic unificat permite asigurarea transferului puterii de rezerva in acele zone in care este nevoie de aceasta, legate de lucrari de reparatii sau conditii de urgenta, se va putea transfera puterea in exces de la vest la est sau invers, ca urmare a schimbarii centurii. la timp.

Datorită transmisiilor pe distanțe lungi, a devenit posibilă construirea centralelor superputere și utilizarea pe deplin a energiei acestora.

Investițiile pentru transmiterea a 1 kW de putere pe o anumită distanță la o tensiune de 500 kV sunt de 3,5 ori mai mici decât la o tensiune de 220 kV și cu 30 — 40% mai mici decât la o tensiune de 330 — 400 kV.

Costurile transferului a 1 kW • h de energie la o tensiune de 500 kV sunt de două ori mai mici decât la o tensiune de 220 kV și cu 33 — 40% mai mici decât la o tensiune de 330 sau 400 kV. Capacitățile tehnice ale tensiunii de 500 kV (putere naturală, distanță de transmisie) sunt de 2 — 2,5 ori mai mari decât cele de 330 kV și de 1,5 ori mai mari decât 400 kV.

O linie de 220 kV poate transmite o putere de 200 — 250 MW la o distanță de 200 — 250 km, o linie de 330 kV — o putere de 400 — 500 MW la o distanță de 500 km, o linie de 400 kV — o putere de 600 — 700 MW la o distanță de până la 900 km. Tensiunea de 500 kV asigură o transmisie de putere de 750 — 1000 MW printr-un circuit la o distanță de până la 1000 — 1200 km.