Varför överföring av el över ett avstånd sker vid ökad spänning

Idag sker överföringen av elektrisk energi över ett avstånd alltid med en ökad spänning, som mäts i tiotals och hundratals kilovolt. Över hela världen genererar kraftverk av olika slag gigawatt el. Denna elektricitet distribueras i städer och byar med hjälp av ledningar som vi kan se till exempel på motorvägar och järnvägar, där de alltid är fästa på höga stolpar med långa isolatorer. Men varför är transmission alltid högspänning? Vi ska prata om det senare.

Föreställ dig att behöva överföra elektrisk energi genom ledningar på minst 1000 watt över ett avstånd på 10 kilometer i form av växelström med minimala strömförluster, en kraftfull kilowattstrålkastare. Vad ska du göra? Uppenbarligen måste spänningen omvandlas, minskas eller ökas på ett eller annat sätt. med hjälp av en transformator.

Antag att en källa (en liten bensingenerator) producerar en spänning på 220 volt, medan till ditt förfogande finns en tvåtrådig kopparkabel med ett tvärsnitt av varje kärna på 35 kvm. Under 10 kilometer kommer en sådan kabel att ge ett aktivt motstånd på cirka 10 ohm.

En belastning på 1 kW har ett motstånd på cirka 50 ohm. Och vad händer om den överförda spänningen förblir på 220 volt? Det betyder att en sjättedel av spänningen kommer att (falla) på transmissionsledningen, som kommer att ligga på cirka 36 volt. Så cirka 130 W gick förlorade på vägen - de värmde bara upp sändningsledningarna. Och på strålkastarna får vi inte 220 volt, utan 183 volt. Överföringseffektiviteten visade sig vara 87 %, och detta ignorerar fortfarande det induktiva motståndet hos sändningsledningarna.

Faktum är att aktiva förluster i överföringsledningar alltid är direkt proportionella mot kvadraten på strömmen (se Ohms lag). Därför, om överföringen av samma effekt utförs vid en högre spänning, kommer spänningsfallet på ledningarna inte att vara en sådan skadlig faktor.

Låt oss nu anta en annan situation. Vi har samma bensingenerator som producerar 220 volt, samma 10 kilometer tråd med ett aktivt motstånd på 10 ohm och samma 1 kW strålkastare, men utöver det finns det fortfarande två kilowatttransformatorer, varav den första förstärker 220 -22000 volt. Ligger nära generatorn och ansluten till den genom en lågspänningsspole och genom en högspänningsspole - ansluten till överföringsledningarna. Och den andra transformatorn, på ett avstånd av 10 kilometer, är en nedtrappningstransformator på 22000-220 volt, till lågspänningsspolen som en strålkastare är ansluten till, och högspänningsspolen matas av transmissionsledningarna.

Så, med en belastningseffekt på 1000 watt vid en spänning på 22000 volt, kommer strömmen i sändningstråden (här kan du göra utan att ta hänsyn till den reaktiva komponenten) bara vara 45 mA, vilket betyder att 36 volt inte kommer att falla på den (som den var utan transformatorer), men bara 0,45 volt! Förlusterna blir inte längre 130 W, utan bara 20 mW. Effektiviteten för sådan överföring vid ökad spänning kommer att vara 99,99 %. Det är därför surge är mer effektivt.

I vårt exempel betraktas situationen grovt, och användningen av dyra transformatorer för ett så enkelt hushållsändamål skulle verkligen vara en olämplig lösning. Men på skalan för länder och till och med regioner, när det gäller avstånd på hundratals kilometer och enorma överförda krafter, är kostnaden för el som kan gå förlorad tusen gånger högre än alla kostnader för transformatorer. Det är därför som när man sänder elektricitet över avstånd, appliceras alltid en ökad spänning, mätt i hundratals kilovolt, för att minska effektförlusterna under överföringen.

Den kontinuerliga ökningen av elförbrukningen, koncentrationen av produktionskapaciteten i kraftverk, minskningen av fria områden, skärpta miljöskyddskrav, inflationen och höjningen av markpriserna, samt en rad andra faktorer, dikterar starkt ökningen i överföringskapaciteten för elledningar.

Designen av olika kraftledningar granskas här: Enheten av olika kraftledningar med olika spänning

Sammankopplingen av energisystem, ökningen av kapaciteten hos kraftverk och system som helhet åtföljs av en ökning av avstånden och flödena av energi som överförs längs kraftledningen.Utan kraftfulla högspänningsledningar är det omöjligt att leverera energi från moderna stora kraftverk.

Enat energisystem gör det möjligt att säkerställa överföring av reservkraft till de områden där det finns ett behov av det, relaterat till reparationsarbete eller nödsituationer, kommer det att vara möjligt att överföra överskottskraft från väst till öst eller vice versa, på grund av bytet av bältet i tid.

Tack vare långdistansöverföringar blev det möjligt att bygga superkraftverk och utnyttja sin energi fullt ut.

Investeringar för överföring av 1 kW effekt över ett givet avstånd vid en spänning på 500 kV är 3,5 gånger lägre än vid en spänning på 220 kV och 30 — 40 % lägre än vid en spänning på 330 — 400 kV.

Kostnaderna för att överföra 1 kW • h energi vid en spänning på 500 kV är två gånger lägre än vid en spänning på 220 kV och 33 — 40 % lägre än vid en spänning på 330 eller 400 kV. Den tekniska kapaciteten för 500 kV spänning (naturlig effekt, överföringsavstånd) är 2–2,5 gånger högre än för 330 kV och 1,5 gånger högre än 400 kV.

En 220 kV-ledning kan överföra en effekt på 200 — 250 MW på ett avstånd av 200 — 250 km, en 330 kV-ledning — en effekt på 400 — 500 MW på ett avstånd av 500 km, en 400 kV-ledning — en effekt på 600 — 700 MW på ett avstånd av upp till 900 km. Spänningen på 500 kV ger kraftöverföring på 750 — 1000 MW genom en krets på ett avstånd av upp till 1000 — 1200 km.