Hvorfor overføring av elektrisitet over en avstand skjer ved økt spenning
I dag utføres overføring av elektrisk energi over en avstand alltid med økt spenning, som måles i titalls og hundrevis av kilovolt. Over hele verden genererer kraftverk av ulike typer gigawatt elektrisitet. Denne elektrisiteten distribueres i byer og landsbyer ved hjelp av ledninger som vi kan se for eksempel på motorveier og jernbaner, hvor de alltid er festet på høye stolper med lange isolatorer. Men hvorfor er overføring alltid høyspent? Vi snakker om det senere.
Tenk deg å måtte overføre elektrisk energi gjennom ledninger på minst 1000 watt over en avstand på 10 kilometer i form av vekselstrøm med minimalt strømtap, en kraftig kilowatt-lyskaster. Hva skal du gjøre? Det er klart at spenningen må konverteres, reduseres eller økes på en eller annen måte. ved hjelp av en transformator.
Anta at en kilde (en liten bensingenerator) produserer en spenning på 220 volt, mens du har en to-kjerners kobberkabel med et tverrsnitt av hver kjerne på 35 mm2 til disposisjon. I 10 kilometer vil en slik kabel gi en aktiv motstand på ca 10 ohm.
En belastning på 1 kW har en motstand på ca. 50 ohm. Og hva om den overførte spenningen forblir på 220 volt? Dette betyr at en sjettedel av spenningen vil (falle) på overføringsledningen, som vil være på ca 36 volt. Så rundt 130 W gikk tapt underveis - de varmet bare opp sendeledningene. Og på flomlysene får vi ikke 220 volt, men 183 volt. Overføringseffektiviteten viste seg å være 87 %, og dette ignorerer fortsatt den induktive motstanden til overføringsledningene.
Faktum er at aktive tap i overføringsledninger alltid er direkte proporsjonale med kvadratet av strømmen (se Ohms lov). Derfor, hvis overføringen av samme kraft utføres ved en høyere spenning, vil spenningsfallet på ledningene ikke være en så skadelig faktor.
La oss nå anta en annen situasjon. Vi har den samme bensingeneratoren som produserer 220 volt, de samme 10 kilometerne med ledningen med en aktiv motstand på 10 ohm og de samme 1 kW lyskasterne, men på toppen av det er det fortsatt to kilowatt transformatorer, hvorav den første forsterker 220 -22000 volt. Plassert i nærheten av generatoren og koblet til den gjennom en lavspentspole, og gjennom en høyspentspole - koblet til overføringsledningene. Og den andre transformatoren, i en avstand på 10 kilometer, er en nedtrappingstransformator på 22000-220 volt, til lavspentspolen som en lyskaster er koblet til, og høyspentspolen mates av overføringsledningene.
Så, med en belastningseffekt på 1000 watt ved en spenning på 22000 volt, vil strømmen i sendeledningen (her kan du gjøre uten å ta hensyn til den reaktive komponenten) bare være 45 mA, noe som betyr at 36 volt ikke vil falle på den (som den var uten transformatorer), men bare 0,45 volt! Tapene blir ikke lenger 130 W, men kun 20 mW. Effektiviteten til slik overføring ved økt spenning vil være 99,99 %. Dette er grunnen til at surge er mer effektivt.
I vårt eksempel vurderes situasjonen grovt, og bruk av dyre transformatorer til et så enkelt husholdningsformål vil absolutt være en upassende løsning. Men på skalaen til land og til og med regioner, når det gjelder avstander på hundrevis av kilometer og enorme overførte krefter, er kostnaden for elektrisitet som kan gå tapt tusen ganger høyere enn alle kostnadene til transformatorer. Det er derfor når elektrisitet overføres over en avstand, påføres det alltid en økt spenning, målt i hundrevis av kilovolt – for å redusere strømtap under overføring.
Den kontinuerlige veksten i elektrisitetsforbruket, konsentrasjonen av produksjonskapasiteten i kraftverk, reduksjonen av friområder, skjerpingen av miljøvernkravene, inflasjonen og økningen i tomteprisene, samt en rekke andre faktorer, dikterer økningen sterkt. i overføringskapasiteten til kraftoverføringslinjer.
Designene til ulike kraftledninger er gjennomgått her: Enheten av forskjellige kraftledninger med forskjellig spenning
Sammenkoblingen av energisystemer, økningen i kapasiteten til kraftverk og systemer som helhet er ledsaget av en økning i avstander og strømmer av energi som overføres langs kraftlinjen.Uten kraftige høyspentledninger er det umulig å levere energi fra moderne store kraftverk.
Samlet energisystem gjør det mulig å sikre overføring av reservekraft til de områdene der det er behov for det, knyttet til reparasjonsarbeid eller nødforhold, vil det være mulig å overføre overskuddskraft fra vest til øst eller omvendt, på grunn av beltet i tide.
Takket være langdistanseoverføringer ble det mulig å bygge superkraftverk og utnytte energien deres fullt ut.
Investeringer for overføring av 1 kW effekt over en gitt avstand ved en spenning på 500 kV er 3,5 ganger lavere enn ved en spenning på 220 kV, og 30 — 40 % lavere enn ved en spenning på 330 — 400 kV.
Kostnadene ved å overføre 1 kW • h energi ved en spenning på 500 kV er to ganger lavere enn ved en spenning på 220 kV, og med 33 — 40 % lavere enn ved en spenning på 330 eller 400 kV. De tekniske egenskapene til 500 kV spenning (naturlig kraft, overføringsavstand) er 2 - 2,5 ganger høyere enn for 330 kV og 1,5 ganger høyere enn 400 kV.
En 220 kV-linje kan overføre en effekt på 200 — 250 MW i en avstand på 200 — 250 km, en 330 kV-ledning — en effekt på 400 — 500 MW i en avstand på 500 km, en 400 kV-ledning — en effekt på 600 — 700 MW i en avstand på opptil 900 km. Spenningen på 500 kV gir kraftoverføring på 750 — 1000 MW gjennom en krets i en avstand på opptil 1000 — 1200 km.