Для чего при передаче на дальние расстояния электрической энергии повышают ее напряжение в цепи
Перейти к содержимому

Для чего при передаче на дальние расстояния электрической энергии повышают ее напряжение в цепи

  • автор:

С какой целью при передаче электроэнергии на большие расстояния повышают напряжение в линии?

При передаче электроэнергии нам важно передать ток потребителям.
I = U/R Чтобы передать ток к потребителю с меньшими потерями надо чтобы сопротивление R в проводах было как можно меньше, а напряжение U как можно больше.

Остальные ответы
происходит падение напряж-я из-за сопротивления провода,

при увеличении длинны проводника увеличивается сопротивление, что и пытаются исправить поиском и применением новых материалов, или используют в некоторых иные условия напр. температуру близкую к 0К

чтобы при той же мощности понизить ток и использовоть кабель сечением поменьше.

потери в проводах составляют I^2*R, поэтому для их уменьшения необходимо уменьшать ток в линии. уменьшив ток в 10 раз, потери уменьшаются в 100 раз. при этом необходимая эдс генератора возрастает в 10 раз.

Мощность = напряжение Х ток. увеличиваем напряжение, ток уменьшаем, мощность одна и та же. на проводах падение мощности = ток в квадрате х сопротивление проводов. уменьшаем ток, уменьшаем потери на передачу энергии. или при той же потери мощности можно уменьшить сечение проводов — экономия

Для чего при передаче на дальние расстояния электрической энергии повышают ее напряжение в цепи

Дальние передачи электроэнергии переменным и постоянным током.

Схемы электропередач переменного тока.

Линии электропередачи напряжением 500—750 кВ предназначаются как для передачи больших количеств электрической энергии в районы ее потребления от крупных тепловых и гидравлических электростанций, удаленных от промышленных центров, так и для взаимного обмена мощностями между энергосистемами. В зависимости от передаваемой мощности и назначения электропередачи 500—750 кВ строятся одно-цепными, двух-цепными и с большим количеством цепей (как, например, электропередача 735 кВ Маникуаган — Монреаль в Канаде). Линии передачи этих напряжений сооружаются преимущественно на одно-цепных опорах. Двухцепные опоры для линий 500 кВ применяются в Японии и частично в США, из-за ограниченности места и большой стоимости отчуждаемой земли. Межсистемные связи, как правило, выполняются одно-цепными; вторая цепь предусматривается в том случае, если имеются перспективы передачи по ним большой мощности.

Рис. 13-1. Электропередача 500 кВ

Двухцепные (и трех-цепные) электропередачи выполняются только по связанной схеме, с рядом промежуточных подстанций или переключательных пунктов, расположенных друг от друга на расстоянии 250—350 км. Примером такой электропередачи может служить представленная на рис. 13-1 (с небольшими упрощениями) электропередача 500 кВ Волгоград — Москва.

Назначение переключательных пунктов продольной емкостной компенсации индуктивности линий, поперечной индуктивной компенсации емкости линии, поперечной емкостной компенсации.

Переключательные пункты на двух-цепных электропередачах сооружаются в том случае, когда строительство промежуточных подстанций в данное время экономически не оправдывается из-за отсутствия достаточной нагрузки. С развитием экономики этих районов переключательные пункты переоборудуются в промежуточные подстанции. Так, например, было при строительстве первой электропередачи 500 кВ Куйбышев — Москва, на трассе протяженностью 850 км были построены три переключательных пункта. В настоящее время все переключательные пункты переоборудованы в подстанции.

Назначение переключательных пунктов — повышение пропускной способности электропередачи. Как известно, предельная передаваемая мощность по условиям устойчивости параллельной работы электростанции с приемной системой (идеальный предел передаваемой мощности) определяется формулой:

где Р — активная мощность, передаваемая приемной системой; Е и U э. д. с. генераторов передающей станции и напряжение приемной системы, приведенные к расчетному напряжению; ХS — результирующее сопротивление всей системы электропередачи (рис. 13-1), приведенное к тому же напряжению.

При связанной схеме электропередачи повреждение на линии выводит из работы не всю, а только часть линии (на рис. 13-1 при мерно 1/4 ее). Сопротивление электропередачи при этом изменится не столь значительно, как это имело бы место при выходе из работы всей линии; пропускная способность линии, как это видно из формулы (14-1), сохранится на высоком уровне. Для примера укажем, что при наличии двух —трех переключательных пунктов на двухцепной электропередаче 500 кВ протяженностью 800—1000 км пропускная способность ее повышается на 45—60%.

Расщепление проводов, применяемое на всех линиях напряжением 500—750 кВ, существенно снижает общее реактивное сопротивление линий. На линиях 500 кВ расщепление фазы производится на 3 провода с шагом расщепления 400 мм, что дает снижение ХЛ на 33% по сравнению с тем, которое было бы в линии с одним проводом в фазе. В линиях 750 кВ расщепление фазы производится на 4 провода с шагом 600 мм (линия Донбасс — Днепр — Винница) или на 5 проводов с шагом 300 мм (Ленинград — Конаково).

Продольная емкостная компенсация индуктивного сопротивления линии служит средством дальнейшего повышения пропускной способности электропередачи. Компенсируется около 40—50% индуктивного сопротивления линии. Большая степень компенсации может вызвать параметрическую неустойчивость — самовозбуждение генераторов. При компенсации реактивного сопротивления на 25% пропускная способность электропередачи увеличивается на 30— 40%, а при 50% —в 1,7— 2 раза.

Установки продольной компенсации (УПК) размещаются на промежуточных подстанциях или на переключательных пунктах.

При относительно небольшой степени компенсации ограничиваются одной УПК на электропередачу. Для повышения надежности работы конденсаторы УПК разбиваются на две или три параллельных цепи (рис. 13-3). Применение продольной компенсации на первой электропередаче 500 кВ Куйбышев — Москва протяженностью 850 км со степенью компенсации 25% повысило ее пропускную способность с 1350 до 1800 МВт, а па электропередаче Братск — Иркутск (586км, XК/XЛ, = 0,35) с 1150 до 1600МВт. Предусмотрено устройство продольной компенсации также на двух подстанциях электропередачи Волгоград — Москва и на других линиях.

Рис. 13-2. Электропередача, связывающая электростанцию с электрической системой:
а—принципиальная схема; б—схема замещения.

Поперечная и индуктивная к компенсация емкости линий предназначается для снижения избыточной реактивной мощности и выравнивания напряжения вдоль линий при работе их с нагрузками меньше натуральной мощности и при холостом ходе. Поперечная компенсация осуществляется с помощью шунтовых реакторов, подключенных к линиям в разных ее точках.

Генерируемая линиями передачи реактивная мощность зависит от рабочего напряжения в них. Потери же реактивной мощности в индуктивном сопротивлении линий зависят от величины и коэффициента мощности нагрузки линий. При нагрузке, равной натуральной мощности, генерируемая и теряемая в индуктивном сопротивлении реактивная мощность приблизительно компенсируют друг друга. При нагрузке свыше натуральной мощности потери реактивной мощности больше генерируемой и, следовательно, возникает недостаток реактивной мощности на приемном конце линии, а при нагрузке меньше натуральной мощности — обнаруживается ее избыток.

Рис. 13-3. Переключательный пункт с установкой продольной компенсации 500 кВ

При фиксированных равных напряжениях в начале и конце электропередачи напряжение в середине линии при нагрузках меньше натуральной мощности повышается из-за избытка реактивной мощности, генерируемой линией. При относительно малых нагрузках напряжение в середине линии может достигнуть значения выше допустимого по изоляции для данного класса напряжения. При холостом ходе линии, связанном, например, с подготовкой к синхронизации питающей станции с приемной системой, влияние емкости линии скажется значительным повышением напряжения на отключенном конце линии, тем большим, чем больше длина включаемого участка электропередачи.

При наличии шунтовых реакторов избыточная реактивная мощность, генерируемая линией, направляется в реакторы, чем и обеспечивается нормальный уровень напряжения в линии. Наличие реакторов приводит также к уменьшению потерь активной мощности в линиях и снижению уровня внутренних перенапряжений. Мощность реакторов обычно определяется условиями работы линий в режиме холостого хода. Степень компенсации зарядной мощности линий 500 кВ различна: от 42—64% в СССР до 100% за рубежом. Установка реакторов на приемных концах электропередач напряжением 500 кВ в СССР не применяется, а генерируемая частью приемного конца линии реактивная мощность используется в приемной системе. Размещение реакторов на передающем конце и в середине линии дает нужные результаты по улучшению распределения напряжения вдоль нее при малых нагрузках и холостом ходе линии.

ШВ — шунтирующий выключатель; ШР шунтирующий разрядник; R—успокаивающее сопротивление

Реакторы могут включаться как непосредственно в линию электропередачи, так и на вторичном (110, 35 кВ) напряжении трансформаторов промежуточных подстанций. Наибольший эффект при равной мощности дают реакторы, включенные непосредственно в линию. На электропередаче Волгоград — Москва (рис, 13-1) и других принят смешанный способ включения: 70% суммарной мощности реакторов включают на высшем напряжении и 30% на вторичном. Реакторы на передающем конце линии включаются наглухо, остальные — через выключатели. При больших нагрузках в линии, когда создается недостаток реактивной мощности, эти реакторы могут быть выведены из работы.

На линиях напряжением 735 кВ за рубежом (рис. 13-4) реакторы устанавливаются на всех участках электропередачи протяженностью 240 км и более по обоим их концам, при этом все реакторы включены в линию наглухо. На линии электропередачи 750 кВ Ленинград — Конаково протяженностью 524 км по условиям холостого хода линии запроектирована 100%-ная компенсация зарядной мощности, с установкой по две группы реакторов на каждом ее конце (2 Х 300 MB-A).

Рис. 13-4. Одна из трех цепей электропередачи 735 кВ Маникуаган—Квебек—Монреаль (Канада)

Поперечная емкостная компенсация, осуществляемая на приемных подстанциях путем установки СК или У Б К, обеспечивает снабжение реактивной мощностью потребителей при больших нагрузках в электропередаче. Поперечная компенсация вместе с шунтовыми реакторами, присоединенными в начале и в середине линий, позволяют эффективно регулировать напряжение вдоль электропередачи при самых разнообразных режимах ее работы.

Схемы эл. передач постоянного тока.

Электропередачи постоянного тока (ППТ) предназначаются для транспорта больших количеств электроэнергии на дальние расстояния, передачи мощности через большие водные пространства по кабельным линиям и для связи между энергосистемами.

Связь отдельных электрических систем друг с другом посредством ППТ делает допустимой несинхронную совместную работу их на различных частотах. Направление потока мощности по линии передачи легко изменить автоматическим переключением в устройствах сеточного управления вентилей. Токи короткого замыкания в приемной системе переменного тока не могут возрастать при передаче электроэнергии постоянным током за счет передающей системы и наоборот, так как инвертор не подпитывает точку короткого замыкания. ППТ используются также для связи энергосистем в тех случаях, когда требуется иметь независимое регулирование частоты в каждой из объединенных систем.

Допустимая напряженность электрического поля для кабелей постоянного тока в 5— 6 раз выше, чем для кабелей переменного тока. Для примера можно сказать, что кабели, рассчитанные для работы с номинальным напряжением 35 кВ переменного тока, могут быть использованы для постоянного тока напряжением 200 кВ. Поэтому, несмотря на большую стоимость концевых устройств ППТ, передачи постоянного тока с кабельными линиями при длинах 30—40 км становятся соизмеримыми по стоимости с кабельными передачами переменного тока или даже выгоднее их ППТ с кабельными линиями высокого напряжения ±250 кВ эксплуатируются за рубежом (Англия, Новая Зеландия и др ).

Кратности внутренних перенапряжений на воздушных линиях постоянного тока ниже, чем для линий переменного тока. Это значит, что при одинаковых уровнях изоляции для ППТ можно применить более высокое напряжение. Конструкция линии ППТ много проще, чем линии переменного тока, меньше количество гирлянд изоляторов, меньше затрата металла Важно отметить также, что предел передаваемой мощности ППТ не зависит от длины электропередачи, как для переменного тока, поскольку устойчивость работы ППТ определяется в основном преобразователями (инверторами)

В СССР впервые в мировой практике в 1965 г была осуществлена передача энергии постоянным током при напряжении ±400 кВ по воздушной биполярной линии Волгоград — Донбасс, связывающей Центральною и Южную энергосистемы Пропускная способность электропередачи 720 МВт, протяженность линии 473 км, ППТ Волгоград — Донбасс в настоящее время успешно работает в реверсивном режиме.

Обладая значительными достоинствами, передача электроэнергии постоянным током не лишена и крупных недостатков. Появляется необходимость в возведении сложных концевых подстанций с большим количеством преобразователей высокого напряжения и вспомогательной аппаратуры, меньшая надежность в работе из-за пропусков и обратных зажиганий в ртутных вентилях, требуется большая мощность установок для компенсации реактивной мощности преобразователей. Усложняется и удорожается промежуточный отбор мощности для электроснабжения районов, расположенных вдоль трассы линии передачи постоянного тока.

В экономическом отношении применение электропередач постоянного тока с воздушными линиями оправдывается при транспорте больших количеств энергии на дальние расстояния. Экономическая граница между передачами переменного и постоянного тока по дальности транспорта энергии лежит в пределах 800—1000 км — для передач без промежуточного отбора мощности и 1000—1400 км — с промежуточным отбором 25—50% передаваемой мощности. Чем больше передаваемая мощность, тем меньше граничное расстояние выгодности передачи мощности постоянным током.

На рис 13-5 представлена принципиальная схема ППТ. Вырабатываемый генераторами электростанции трехфазный переменный ток поступает в повысительный трансформатор 1, обмотки СН которого, работающие на выпрямительную установку, имеют различные соединения — звездой и треугольником. Переменный ток от каждой обмотки со сдвигом фаз в 30° поступает в выпрямительную установку, состоящую из вентилей (ртутных выпрямителей с сеточным управлением), включенных по мостовой схеме (рис. 13-6). Таким образом, вся установка состоит из четырех мостов, в каждой фазе которых включено по два вентиля. Все вентильные мосты соединены последовательно (каскадная схема) Средняя точка четырех-мостовой схемы заземлена наглухо, образуя две полуцепи “полюс — земля” биполярной передачи. Каждая из полуцепей может оставаться в работе при выведенной другой полуцепи в ремонт или по другой причине. В этом случае передача будет работать по униполярной схеме с возвратом тока через землю и со сниженной вдвое мощностью.

Рис 13 5 Схема электропередачи энергии постоянным током с биполярной линией.

1 — трехо-бмоточный трансформатор (группа) с расщепленными обмотками СН и НН 2 — вольтодобавочный трансформатор 3 — вентильный мост, 4 — шунтирующий вентиль, 5 — шунтирующий аппарат 6 — линейный реактор, 7 — токоограничивающий реактор, 8 — конденсаторная батарея фильтр, 9 — синхронный компенсатор.

Вентильный мост является основным агрегатом преобразовательной подстанции Подключенный к обмотке трехфазного трансформатора (рис. 13-6) он создает шестифазный режим выпрямления тока, а каскадное соединение двух мостов с подключением каждого моста к обмоткам трансформатора, имеющим сдвиг в 30° (соединенным звездой и треугольником), создает 12-фазный режим выпрямления. Выпрямленный ток поступает в двухпроводную линию и передается на приемную подстанцию. Для сглаживания пульсации выпрямленного тока в линии установлены реакторы с большим индуктивным сопротивлением, а для снижения амплитуды аварийного тока при обратном зажигании вентиля последовательно с обмотками трансформаторов, питающими выпрямительные мосты, установлены токоограничивающие реакторы. Параллельно каждому мосту включен шунтирующий вентиль и шунтирующий аппарат, назначение которых исключить из схемы мост в случае его повреждения.

Для инвертирования постоянного тока, т. е. преобразования его в трехфазный, на приемной подстанций используют такие же управляемые

ртутные вентили, как и для выпрямления переменного тока. Мостовая схема соединения инверторной установки такая же, как у выпрямительной, но с обратным включением полюсов. Инвертор работает как быстродействующий переключатель, включающий каждую фазу понизительного трансформатора дважды за один период изменения напряжения приемной системы — при прямом и обратном его направлениях, и тем самым обусловливает протекание в цепи трансформатора переменного тока. Реактивная мощность, необходимая для инвертирования тока (около 0,55 квар на 1 кВт передаваемой мощности) и для покрытия потребности нагрузки, получается от конденсаторных батарей-фильтров, включенных на приемные шины инверторной подстанции. Эти же установки служат и для фильтрации высших гармоник инвертированного переменного тока. В случае необходимости дополнительно устанавливают также СК с присоединением его к третичной обмотке трансформатора.

Рис. 13-6. Схема вентильного моста UН = 110 кВ
1 — вентиль; 2 — анодный реактор.

Современные мощные вентили изготавливаются на анодное испытательное напряжение 130 кВ и, следовательно, максимальное рабочее напряжение электропередачи, изображенной на рис. 13-5, составляет ±200 кВ. Чтобы получить в линии передачи более высокое напряжение, применяют последовательное включение большего количества мостов, а чтобы повысить надежность работы установки, вентили включают на половинное номинальное напряжение. Так, например, для линии передачи Волгоград—Донбасс напряжением ±400 кВ принято восемь вентильных мостов, включенных последовательно, с двумя вентилями в каждом плече моста, работающих при половинном номинальном напряжении.

При проектировании ППТ большой пропускной способности идут на параллельное включение вентилей в плече моста, что позволяет довести ток и мощности моста до требуемой величины. В настоящее время созданы полупроводниковые приборы (тиристоры), позволяющие построить выпрямительную аппаратуру на напряжение 1500 кВ. Так, например, преобразовательные подстанции электропередачи Экибастуз — Центр будут оборудованы уже не ртутными выпрямителями, а полупроводниковыми.

Эта электропередача, протяженностью 2400 км, напряжением 1500 кВ (±750 кВ) предназначается для передачи до 40 млрд. кВт -ч электрической энергии в год при мощности передачи до 6 млн. кВт. Электрическая энергия будет вырабатываться на пяти тепловых электростанциях мощностью по 4000- кВт, с энергоблоками по 500 МВт. Электростанции, первая из которых уже начата строительством, будут работать на местном буром угле.

Передача энергии из Итатского бассейна, где намечено построить десять электростанций по 6,4 млн. кВт с энергоблоками по 800 МВт, потребует применения для ППТ более высокого напряжения — 2200 кВ (±1000 кВ).

Зачем нужно высокое напряжение?

Задумывались ли вы, зачем для передачи электроэнергии на большое расстояние нужно такое высокое напряжение, заставляющее строить высокие башни-опоры и гигантские изоляторы? Почему бы не передавать электричество низкого напряжения по сверхпрочным проводам, протянутым между скромными сооружениями или даже под землей? Тому есть причина.

Для заданной мощности электроэнергии, потребляемой конечными потребителями (нагрузка сети), сила тока в линиях электропередачи с ростом напряжения понижается. Уменьшение силы тока сокращает потери электроснабжения в линии электропередачи. Обратившись к формуле из школьного курса физики, вы поймете почему:

где Р — мощность в ваттах, Е — напряжение в вольтах, а / — сила тока в амперах. Из нее следует, что на данном уровне мощности сила тока обратно пропорциональна напряжению:

Потери электроснабжения (т. е. потери мощности) в линии электропередачи пропорциональны квадрату силы тока. Эти потери — мощности, которые не доходят до конечных потребителей; они уходят на нагрев проводов. Это соотношение описывается следующей формулой:

где Р — мощность в ваттах, I — сила тока в амперах, a R — сопротивление провода в омах. Конструкторы не могут изменить сопротивление провода или мощность нагрузки сети, но они могут довести до максимума напряжение, минимизируя таким образом «лишний» ток, который вынуждена нести линия передачи для обеспечения потребности сети.

Предположим, напряжение, подаваемое в сеть, повышается десятикратно, а потребительские нагрузки в сети постоянны. Рост напряжения уменьшает силу тока в десять раз, и в результате потери мощности сокращаются в(1/10)2, т. е. в сто раз! Разумеется, использовать повышающий трансформатор в одном месте проще и дешевле, чем протягивать на многие километры провода, тяжесть которых (без трансформатора) оказывалась бы в сто раз больше.

Вид высоковольтной линии переменного тока под напряжением, скажем, 500 000 вольт страшноват? Возможно. Но угрозу здоровью, исходящую от линий электропередачи (реальный уровень этой угрозы — вопрос спорный), на самом деле несут магнитные поля, генерируемые этими линиями. Сила этих колеблющихся полей прямо пропорциональна силе тока, а не напряжению. Если бы такая линия, проходящая по вашему пригороду, имела напряжение в 500 вольт, а не в 500 000, магнитные поля, окружающие ее, были бы гораздо интенсивнее и потенциальная угроза здоровью, соответственно, выше.

Для чего при передаче на дальние расстояния электрической энергии повышают ее напряжение в цепи

Бог проявил щедрость,
когда подарил миру такого человека.

Светлане Плачковой посвящается

Издание посвящается жене, другу и соратнику, автору идеи, инициатору и организатору написания этих книг Светлане Григорьевне Плачковой, что явилось её последним вкладом в свою любимую отрасль – энергетику.

  • Книга 1. От огня и воды к электричеству
  • Книга 2. Познание и опыт — путь к современной энергетике
  • Книга 3. Развитие теплоэнергетики и гидроэнергетики
  • Книга 4. Развитие атомной энергетики и объединенных энергосистем
  • Книга 5. Электроэнергетика и охрана окружающей среды. Функционирование энергетики в современном мире

Книга 2. Познание и опыт — путь к современной энергетике

  • Книга 2. Познание и опыт — путь к соврем
  • ЧАСТЬ 3. Развитие учения об электричеств
  • Раздел 11. Создание первых систем переда

11.3. Передача электроэнергии переменным током

Рис. 11.2. Линия передачи однофазного переменного тока в Портленде (1889 г.)

Значительный прогресс в технологии передачи электрической энергии на большие расстояния был достигнут в середине 80-х годов XIX века с началом использования переменного тока. Было установлено, что получение тока высокого напряжения непосредственно от динамо-машины переменного тока достигается значительно легче, чем от динамо-машины постоянного тока. Кроме того, необходимое высокое напряжение электропередачи можно получать не в самой динамо-машине, а посредством повышающего трансформатора, что значительно проще и эффективнее. При этом в конце электропередачи может быть установлен понижающий трансформатор для обратного понижения напряжения. Первый опыт электропередачи переменным током был осуществлен Л.Голардом (1850– 1888) в 1884 г. в Турине. В этом опыте были использованы трансформаторы, которые повышали напряжение до 2 кВ. Длина линии составляла 40 км и по ней передавалась мощность 20 кВт. В конце 80-х годов XIX века крупнейшие установки однофазного переменного тока были построены в России и Украине. В Одессе (1887 г.) от сети переменного тока напряжением 2000 В через трансформаторы питались электролампы в Оперном театре и в частных домах. В том же году в Царском Селе (ныне г. Пушкин) под Петербургом началась эксплуатация электростанции постоянного тока. Протяженность воздушной сети была 64 км. В 1890 г. станция и воздушная сеть были реконструированы и переведены на однофазный переменный ток напряжением 2000 В. Царское Село (по свидетельству современников) было первым городом в Европе, который освещался исключительно электричеством. Рис. 11.2. Линия передачи однофазного переменного тока в Портленде (1889 г.) С 1882 г. начали строиться генераторы английского инженера Дж. Гордона (1852–1893). В 1885 г. венгерскими электротехниками О. Блати, М. Дери и К. Циперновским был разработан промышленный трансформатор с замкнутой магнитной системой, который стал выпускаться заводом в Будапеште. Это открыло возможность получать необходимое высокое напряжение в начале электропередачи на повышающем трансформаторе вне динамомашины, что оказывалось проще и эффективней. При этом в конце электропередачи низкое напряжение у потребителей можно было получать за счет установки понижающего трансформатора. Рис. 11.3. Конструкция первичной станции в Лауфене на Неккаре В 1889 г. в США была построена линия промышленной электропередачи однофазного тока протяженностью 28 км от гидростанции до осветительных установок в г. Портленде. На гидростанции были установлены 19 генераторов, каждый из которых питал 100 ламп по отдельной линейной цепи, так как синхронизация генераторов еще не производилась. Из рис. 11.2 легко понять, насколько неэкономичными при таких условиях оказывались электрические сети, на сооружение которых расходовались колоссальные количества проводниковой меди и изоляторов. Небольшое немецкое местечко Лауфен, расположенное на берегу реки Неккар, сыграло значительную роль в истории развития электротехники. В нем был цементный завод, снабжаемый значительным количеством водяной энергии от близлежащего водопада. При этом завод мог использовать лишь небольшую ее часть. Дирекция завода, зная об удачных опытах по передаче электрической энергии на большие расстояния, решила, что существует возможность продавать избыток своей водяной энергии промышленному Франкфурту-на-Майне, расположенному на расстоянии 175 км от Лауфена, в форме электрического тока. Оскар Миллер – создатель всей этой по тем временам грандиозной системы передачи электрической энергии – предложил использовать трехфазный переменный ток, о котором в то время только начинали говорить, на что и получил согласие заводской дирекции. Конструкция первичной станции в Лауфене на Неккаре показана на рис. 11.3, а схема электропередачи Лауфен – Франкфурт-наМайне приведена на рис. 11.4. Рис. 11.4. Схема электропередачи Лауфен–Франкфурт-на-Майне (1891 г.): Г – синхронный генератор; Т1и Т2– трансформаторы Напряжение электропередачи Лауфен – Франкфурт-на-Майне с 15 кВ было вскоре повышено до 30 кВ. В 1901 г. в США на р. Миссури была построена электропередача напряжением 50 кВ, а к 1903 г. предельное напряжение возросло до 60 кВ, передаваемая мощность – до 17 тыс. кВт (Ниагара – Буффало), а дальность достигла 350 км. В 1891 г. система была введена в эксплуатацию. Для получения электрической энергии были установлены три водяные турбины по 300 л.с., соединенные передаточным редуктором с динамо-машиной переменного тока (рис. 11.5). Линия состояла из трех медных проволок, подвешенных на столбах высотой 8 м при помощи особой конструкции из фарфоровых изоляторов. По проводам передавался переменный ток напряжением в 8500 В, получаемый с помощью первичного повышающего трансформатора. Во Франкфурте-на-Майне в конце электропередачи напряжение понижалось до 65 В и использовалось для питания электродвигателей и ламп накаливания. Коэффициент полезного действия такой электропередачи достигал 75%. Вся дальнейшая история развития линий электропередачи вплоть до конца XX века сопровождалась увеличением напряжения, передаваемых мощностей и протяженности линий. На первом этапе преобладающей по важности проблемой было уменьшение потерь в линиях, что требовало повышения напряжения. Дальнейший рост номинального напряжения линий электропередачи ограничивался возможностями использовавшихся в то время штыревых изоляторов, не позволявших поднять напряжение выше 70 кВ. Только изобретение в начале ХХ века подвесных изоляторов позволило резко увеличить применявшееся напряжение, и уже в 1908–1912 гг. в Америке и Германии были построены первые линии электропередачи переменного тока напряжением 110 кВ. Дополнительное затруднение на пути роста номинального напряжения возникло в связи с увеличением потерь на корону (коронный разряд с поверхности проводов). Теоретические исследования показали, что уменьшить потери можно путем увеличения действительного либо «электрического» диаметра провода. Первое направление привело к применению алюминиевых, сталеалюминиевых и полых проводов большего диаметра. Второе направление (предложенное В.Ф. Миткевачем в 1910 г.) привело к применению расщепленных фаз, состоящих из нескольких проводов. Удачное завершение Лауфенского проекта, доказавшего принципиальную техническую возможность передачи электрической энергии на большие расстояния, обратило на себя внимание электротехников во всем мире, стремившихся решить сложную техническую задачу использования огромного количества дешевой водяной энергии и в первую очередь энергии падающей воды. В 1889 г., т.е. еще до осуществления Лауфенского проекта, созданная в США компания приобрела права на использование энергии Ниагарского водопада в размере 450 тыс. л.с. с американской и канадской сторон. Полученная электрическая энергия распределялась по заводам, расположенным в районе г. Ниагары, а также использовалась для городского электрического освещения. Часть электрической энергии направлялась по специально сооруженной линии электропередачи в г. Буффало, для чего предварительно напряжение повышалось до 22000 В с помощью трансформаторов. Рис. 11.5. Динамомашина переменного тока

  • Введение
  • ЧАСТЬ 1. Искусство познавать окружающий мир
  • ЧАСТЬ 2. Развитие учения о теплоте, термодинамику, теплопередачу и тепловые машины
    • Раздел 1. Теплота
      • 1.1. Агрегатные состояния тел
      • 1.2. Природа теплоты. Принцип эквивалентности. Закон сохранения энергии
      • 1.3. Энергия. Виды энергии и их особенности
      • 1.4. Теплоемкость
      • 2.1. Предмет и метод термодинамики
      • 2.2. Основные понятия и определения
      • 2.3. Первый закон термодинамики
      • 2.4. Второй закон термодинамики
      • 2.5. Понятие эксергии
      • 2.6. Третий закон термодинамики (тепловой закон Нернста)
      • 2.7. Энтропия и беспорядок (cтатистический характер второго закона термодинамики)
      • 2.8. Философско-методологические основы второго закона термодинамики
      • 2.9. Термодинамика на рубеже XXI века. Состояние и перспективы
      • 3.1. Способы переноса теплоты
      • 3.2. Классификация способов переноса теплоты
      • 3.3. Некоторые основные направления развития теории и практики теплопередачи на современном этапе
      • 4.1. Паровые двигатели (паровые машины; паровые турбины)
        • 4.1.1. Паровые машины
        • 4.1.2. Паровые турбины
        • Раздел 5. Первые наблюдения и экспериментальные исследования электричества и магнетизма. Открытие основных свойств и законов электричества
          • 5.1. Первые сведения об электричестве трения и магнетизме
          • 5.2. Электропроводность. Проводники и изоляторы
          • 5.3. Два рода электрических зарядов. Закон Кулона
          • 5.4. Электрическое поле и его характеристики
          • 5.5. Электрическая емкость. Конденсатор
          • 5.6. Электрическая машина трения. Индукционная машина
          • 5.7. Опыты с электрическим разрядом. Изучение атмосферного электричества
          • 6.1. Открытие гальванического тока
          • 6.2. Исследование электрической цепи. Законы Ома и Кирхгофа
          • 6.3. Электромагнетизм. Электромагнитная индукция
          • 7.1. Оборачиваемость электрической и тепловой энергии. Закон Джоуля-Ленца
          • 7.2. Открытие вольтовой дуги. Дуговые электрические лампы
          • 7.3. Лампы накаливания
          • 7.4. Термоэлектрический ток
          • 7.5. Зарождение основ электродинамики
          • 8.1. Первые электрические машины
          • 8.2. Создание центральных электростанций
          • 9.1. Первые электродвигатели
          • 9.2. Использование электрической тяги
          • 9.3. Электродвигатели переменного тока
          • 10.1. Электролиз, гальваностегия, гальванопластика
          • 10.2. Другие направления применения химического действия тока
          • 10.3. Техническое применение теплового действия тока
          • 11.1. Первые опыты по передаче электричества на расстояние
          • 11.2. Первые системы передачи электроэнергии постоянным током
          • 11.3. Передача электроэнергии переменным током
          • 11.4. Трансформация электроэнергии
          • 11.5. Усовершенствование конструкции линий электропередачи
          • 12.1. Первые шаги по объединению
          • 12.2. Основные способы соединения сетей
          • 12.3. Реализация объединения электрических сетей в первой трети ХХ века
          • 12.4. Преимущества соединения сетей
          • 12.5. Основные технические проблемы соединения сетей
          • 15.1. От первых электростанций и линий электропередачи к объединенной энергетической системы Украины
          • 15.2. Создание и становление Киевской энергосистемы
          • 15.3. Становление энергетики Западной Украины

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *