Kodėl elektros energijos perdavimas per atstumą vyksta esant padidintai įtampai
Šiandien elektros energijos perdavimas per atstumą visada atliekamas esant padidintai įtampai, kuri matuojama dešimtimis ir šimtais kilovoltų. Visame pasaulyje įvairių tipų elektrinės gamina gigavatus elektros energijos. Ši elektra miestuose ir kaimuose paskirstoma laidais, kuriuos matome, pavyzdžiui, greitkeliuose ir geležinkeliuose, kur jie visada tvirtinami ant aukštų stulpų su ilgais izoliatoriais. Bet kodėl perdavimas visada yra aukštos įtampos? Apie tai pakalbėsime vėliau.
Įsivaizduokite, kad turite perduoti elektros energiją mažiausiai 1000 vatų laidais 10 kilometrų atstumu kintamosios srovės pavidalu su minimaliais galios nuostoliais, galingas kilovatų prožektorius. Ką ketini daryti? Akivaizdu, kad įtampą vienaip ar kitaip teks konvertuoti, sumažinti ar padidinti. naudojant transformatorių.
Tarkime, kad šaltinis (mažas benzino generatorius) sukuria 220 voltų įtampą, o jūsų žinioje yra dviejų gyslų varinis kabelis, kurio kiekvienos šerdies skerspjūvis yra 35 kv. mm. 10 kilometrų toks kabelis suteiks apie 10 omų aktyvią varžą.
1 kW apkrovos varža yra apie 50 omų. O kas, jei perduodama įtampa išlieka 220 voltų? Tai reiškia, kad šeštadalis įtampos nukris ant perdavimo laido, kuris bus maždaug 36 voltai. Taigi pakeliui buvo prarasta apie 130 W - jie tiesiog sušildė perdavimo laidus. O ant prožektorių gauname ne 220 voltų, o 183 voltus. Paaiškėjo, kad perdavimo efektyvumas yra 87%, ir tai vis dar nepaiso perdavimo laidų indukcinės varžos.
Faktas yra tas, kad aktyvūs nuostoliai perdavimo laiduose visada yra tiesiogiai proporcingi srovės kvadratui (žr Omo dėsnis). Todėl, jei ta pati galia perduodama esant didesnei įtampai, laidų įtampos kritimas nebus toks žalingas veiksnys.
Dabar įsivaizduokime kitokią situaciją. Turime tą patį benzininį generatorių, gaminantį 220 voltų įtampą, tuos pačius 10 kilometrų laidą, kurio aktyvioji varža 10 omų ir tuos pačius 1 kW prožektorius, bet prie to dar du kilovatų transformatoriai, kurių pirmasis sustiprina 220 -22000 voltų. Įsikūręs šalia generatoriaus ir prijungtas prie jo per žemos įtampos ritę, o per aukštos įtampos ritę - prijungtas prie perdavimo laidų. O antrasis transformatorius, esantis 10 kilometrų atstumu, yra 22000-220 voltų žeminamasis transformatorius, prie žemos įtampos ritės, prie kurios prijungtas prožektorius, o aukštos įtampos ritė maitinama perdavimo laidais.
Taigi, kai apkrovos galia yra 1000 vatų, esant 22 000 voltų įtampai, srovė perdavimo laide (čia galite neatsižvelgti į reaktyvųjį komponentą) bus tik 45 mA, o tai reiškia, kad 36 voltai nenukris. tai (kaip ir be transformatorių), bet tik 0,45 volto! Nuostoliai nebebus 130 W, o tik 20 mW. Tokio perdavimo efektyvumas esant padidintai įtampai bus 99,99%. Štai kodėl bangavimas yra efektyvesnis.
Mūsų pavyzdyje situacija vertinama grubiai, o brangių transformatorių naudojimas tokiam paprastam buitiniam tikslui tikrai būtų netinkamas sprendimas. Tačiau šalių ir net regionų masteliais, kalbant apie šimtų kilometrų atstumus ir didžiules perduodamas galias, elektros kaina, kurią galima prarasti, yra tūkstantį kartų didesnė nei visos transformatorių sąnaudos. Štai kodėl perduodant elektrą per atstumą, visada taikoma padidinta įtampa, matuojama šimtais kilovoltų – siekiant sumažinti galios nuostolius perdavimo metu.
Nuolat didėjantis elektros energijos suvartojimas, gamybinių pajėgumų koncentracija elektrinėse, laisvų plotų mažėjimas, aplinkosaugos reikalavimų griežtėjimas, infliacija ir žemės kainų augimas bei daugybė kitų veiksnių, stipriai diktuoja didėjimą. elektros perdavimo linijų perdavimo pajėgumuose.
Čia apžvelgiami įvairių elektros linijų projektai: Skirtingų maitinimo linijų su skirtinga įtampa įtaisas
Energetikos sistemų sujungimą, elektrinių ir visų sistemų galios padidėjimą lydi atstumų ir elektros linija perduodamos energijos srautų padidėjimas.Be galingų aukštos įtampos elektros linijų neįmanoma tiekti energijos iš šiuolaikinių didelių elektrinių.
Vieninga energetikos sistema leidžia užtikrinti rezervinės galios perkėlimą į tas sritis, kur yra jos poreikis, susijęs su remonto darbais ar avarinėmis sąlygomis, perteklinę galią bus galima perkelti iš vakarų į rytus arba atvirkščiai, dėl diržo keitimo laiku.
Tolimojo perdavimo dėka atsirado galimybė statyti superelektrines ir visapusiškai išnaudoti jų energiją.
Investicijos į 1 kW galios perdavimą tam tikru atstumu, esant 500 kV įtampai, yra 3,5 karto mažesnės nei esant 220 kV įtampai ir 30–40% mažesnės nei esant 330–400 kV įtampai.
1 kW • h energijos perdavimo kaštai esant 500 kV įtampai yra du kartus mažesni nei esant 220 kV įtampai ir 33 — 40 % mažesni nei esant 330 ar 400 kV įtampai. 500 kV įtampos techninės galimybės (natūrali galia, perdavimo atstumas) yra 2–2,5 karto didesnės nei 330 kV ir 1,5 karto didesnės nei 400 kV.
220 kV linija gali perduoti 200 — 250 MW galią 200 — 250 km atstumu, 330 kV linija — 400 — 500 MW galią 500 km atstumu, 400 kV linija — 600 km. — 700 MW iki 900 km atstumu. 500 kV įtampa užtikrina 750–1000 MW galios perdavimą viena grandine iki 1000–1200 km atstumu.