Передача электроэнергии на расстояние

Потери электроэнергии в линиях электропередачи. Элек­троэнергия производится вблизи источников топлива или гидроресурсов, в то время как ее потребители находятся по­всеместно. Поэтому возникает необходимость в передаче электроэнергии на большие расстояния. При большой длине линии электропередачи ее электрическое сопротивление ста­новится значительным. Это приводит к существенным поте­рям передаваемой мощности в подводящих проводах, про­порциональной сопротивлению линии R. Потери мощности в подводящих проводах составляют

где Р_пот - мощность потерь, Р — мощность источника тока (генератора), U — переда­ваемое напряжение.

Оценим количественно мощность, теряемую в подводя­щих проводах.

Крупный город потребляет электрическую мощность по­рядка 20 МВт. Из-за потерь мощности электростанция долж­на вырабатывать существенно большую мощность. Сопро­тивление 1км двухпроводной линии из медного провода диа­метром 1 см, равно 1 Ом. Тогда при передаче электроэнергии при напряжении 200 В потери мощности на 1 км подводящих проводов составляют: Pп = 10⁷кВт/км.

При передаче на расстояние 1000 км потери мощности со­ставят 10¹⁰ кВт. За 1 ч в подводящих проводах потери со­ставляют 10¹⁰ кВт • ч. Поэтому уменьшение потерь мощности в линиях электропе­редачи (ЛЭП) достигается за счет повышения передаваемого напряжения. Потери мощности обратно пропорциональны квадрату передаваемого напряжения.

Поэтому передача электроэнергии на расстояние требует сначала повышения напряжения с 20 кВ до 400—500 кВ, а за­тем его снижения до 220В, сравнительно безопасно исполь­зуемых потребителем. Подобное изменение напряжения — технически затруднительная проблема при передаче посто­янного тока, которая практически отсутствует в линиях электропередачи переменного тока. Это определяет повсе­местное применение ЛЭП переменного тока, в которых изме­нение напряжения осуществляется с помощью трансформа­торов.

Рас­смотрим принципиальную схему передачи электроэнергии от генератора к потребителю (рис.3). Обычно генераторы переменного тока на электростанциях вырабатывают напря­жение, не превышающее 20 кВ, так как при более высоких напряжениях резко возрастает возможность электрического пробоя изоляции в катушке (обмотке) и в других частях ге­нератора.

1)Генератор электростанции. 2)Трансформатор, повышающий напряжение. 3)Передающая линия (высоковольтная). 4)Трансформатор, понижающий напряжение. 5)Промышленное предприятие. 6)Трансформатор, понижающий напряжение. 7)Электрические сети. 8)Потребитель.

Для сохранения передаваемой мощности (снижения по­терь мощности) напряжение в ЛЭП должно быть максимальным, поэтому на крупных электростанциях ставят повышающие трансформаторы. Однако напряжение в линии электропередачи ограничено: при слишком высоком напряжении между проводами возникают разряды, приводящие к потерям энергии.

Для использования электроэнергии на промышленных предприятиях требуется значительное снижение напряжения, осуществляемое с помощью понижающих трансформаторов. Дальнейшее снижение напряжения до величин рядка 4 кВ необходимо для энергораспределения по местным сетям, т. е. по тем проводам, которые мы видим на окраинах наших городов. Менее мощные трансформаторы снижают напряжение до 220 В (напряжение, используемое большинством индивидуальных потребителей).

В России и странах ЕС (Европейского сообщества) используется переменное напряжение с частотой 50 Гц. Такой эталон частоты выбран с учетом инерционности человеческого зрения, позволяющего различать сигналы длительностью не менее 0,05 с. Частота 50 Гц достаточна для того, чтобы человеческий глаз не замечал изменения интенсивности излучения ламп накаливания.