Hvorfor transmissionen af ​​elektricitet over en afstand foregår ved øget spænding

I dag udføres transmissionen af ​​elektrisk energi over en afstand altid ved en øget spænding, som måles i titusinder og hundredvis af kilovolt. Over hele verden genererer kraftværker af forskellige typer gigawatt elektricitet. Denne elektricitet distribueres i byer og landsbyer ved hjælp af ledninger, som vi for eksempel kan se på motorveje og jernbaner, hvor de uvægerligt er fastgjort på høje pæle med lange isolatorer. Men hvorfor er transmission altid højspænding? Det taler vi om senere.

Forestil dig at skulle overføre elektrisk energi gennem ledninger på mindst 1000 watt over en afstand på 10 kilometer i form af vekselstrøm med minimale strømtab, en kraftig kilowatt projektør. Hvad vil du gøre? Spændingen skal naturligvis konverteres, reduceres eller øges på den ene eller anden måde. ved hjælp af en transformer.

Antag, at en kilde (en lille benzingenerator) producerer en spænding på 220 volt, mens der til din rådighed er et to-leder kobberkabel med et tværsnit af hver kerne på 35 mm2. I 10 kilometer vil et sådant kabel give en aktiv modstand på omkring 10 ohm.

En belastning på 1 kW har en modstand på omkring 50 ohm. Og hvad hvis den transmitterede spænding forbliver på 220 volt? Det betyder, at en sjettedel af spændingen vil (falde) på transmissionsledningen, som vil være på omkring 36 volt. Så omkring 130 W gik tabt undervejs - de varmede bare sendeledningerne op. Og på projektørerne får vi ikke 220 volt, men 183 volt. Transmissionseffektiviteten viste sig at være 87%, og dette ignorerer stadig den induktive modstand af de transmitterende ledninger.

Faktum er, at aktive tab i transmissionsledninger altid er direkte proportionale med kvadratet af strømmen (se Ohms lov). Derfor, hvis overførslen af ​​den samme effekt udføres ved en højere spænding, vil spændingsfaldet på ledningerne ikke være sådan en skadelig faktor.

Lad os nu antage en anden situation. Vi har den samme benzingenerator, der producerer 220 volt, de samme 10 kilometer ledning med en aktiv modstand på 10 ohm og de samme 1 kW projektører, men oven i købet er der stadig to kilowatt transformere, hvoraf den første forstærker 220 -22000 volt. Placeret nær generatoren og forbundet til den gennem en lavspændingsspole og gennem en højspændingsspole - forbundet til transmissionsledningerne. Og den anden transformer, i en afstand af 10 kilometer, er en step-down transformer på 22000-220 volt, til lavspændingsspolen, som en projektør er forbundet til, og højspændingsspolen fødes af transmissionsledningerne.

Så med en belastningseffekt på 1000 watt ved en spænding på 22000 volt, vil strømmen i sendeledningen (her kan du undvære at tage hensyn til den reaktive komponent) kun være 45 mA, hvilket betyder, at 36 volt ikke falder på den (som den var uden transformere), men kun 0,45 volt! Tabene bliver ikke længere 130 W, men kun 20 mW. Effektiviteten af ​​en sådan transmission ved øget spænding vil være 99,99%. Det er derfor, surge er mere effektiv.

I vores eksempel betragtes situationen groft, og brugen af ​​dyre transformere til et så simpelt husholdningsformål ville helt sikkert være en uhensigtsmæssig løsning. Men på skalaen af ​​lande og endda regioner, når det kommer til afstande på hundreder af kilometer og enorme transmitterede kræfter, er omkostningerne ved elektricitet, der kan gå tabt, tusind gange højere end alle omkostningerne ved transformere. Det er derfor, når der transmitteres elektricitet over en afstand, påføres en øget spænding, målt i hundredvis af kilovolt, altid - for at reducere strømtab under transmission.

Den fortsatte vækst i elforbruget, koncentrationen af ​​produktionskapaciteten i kraftværker, reduktionen af ​​friarealer, skærpelsen af ​​miljøbeskyttelseskravene, inflationen og stigningen i jordpriserne samt en række andre faktorer dikterer kraftigt stigningen i transmissionskapaciteten af ​​eltransmissionsledninger.

Designet af forskellige elledninger gennemgås her: Enheden af ​​forskellige elledninger med forskellig spænding

Sammenkoblingen af ​​energisystemer, stigningen i kapaciteten af ​​kraftværker og systemer som helhed er ledsaget af en stigning i afstande og strømme af energi, der transmitteres langs elledningen.Uden kraftige højspændingsledninger er det umuligt at levere energi fra moderne store kraftværker.

Forenet energisystem gør det muligt at sikre overførsel af reservekraft til de områder, hvor der er behov for det, relateret til reparationsarbejde eller nødforhold, vil det være muligt at overføre overskydende strøm fra vest til øst eller omvendt på grund af båndskiftet i tide.

Takket være langdistancetransmissioner blev det muligt at bygge superkraftværker og udnytte deres energi fuldt ud.

Investeringer til transmission af 1 kW effekt over en given afstand ved en spænding på 500 kV er 3,5 gange lavere end ved en spænding på 220 kV og 30 — 40 % lavere end ved en spænding på 330 — 400 kV.

Omkostningerne ved at overføre 1 kW • h energi ved en spænding på 500 kV er to gange lavere end ved en spænding på 220 kV og 33 — 40 % lavere end ved en spænding på 330 eller 400 kV. De tekniske muligheder for 500 kV spænding (naturlig effekt, transmissionsafstand) er 2-2,5 gange højere end 330 kV og 1,5 gange højere end 400 kV.

En 220 kV-ledning kan overføre en effekt på 200 — 250 MW i en afstand på 200 — 250 km, en 330 kV-ledning — en effekt på 400 — 500 MW i en afstand på 500 km, en 400 kV-ledning — en effekt på 600 — 700 MW i en afstand på op til 900 km. Spændingen på 500 kV giver kraftoverførsel på 750 — 1000 MW gennem et kredsløb i en afstand på op til 1000 — 1200 km.