Почему передачу электроэнергии на расстояние выполняют на повышенном напряжении
Сегодня передачу электрической энергии на расстояние всегда выполняют на повышенном напряжении, которое измеряется десятками и сотнями киловольт. По всему миру электростанции различного типа генерируют электричество гигаваттами. Это электричество распределяется по городам и селам при помощи проводов, которые мы можем видеть например вдоль трасс и железных дорог, где они неизменно закреплены на высоких опорах с длинными изоляторами. Но почему передача всегда осуществляется на высоком напряжении? Об этом расскажем далее.
Представьте что вам необходимо передать по проводам электрическую мощность хотя бы в 1000 ватт на расстояние 10 километров в форме переменного тока с минимальными потерями, чтобы запитать мощный киловаттный прожектор. Что вы предпримете? Очевидно, что напряжение необходимо будет так или иначе преобразовывать, понижать или повышать при помощи трансформатора.
Допустим, источник (небольшой бензиновый генератор) выдает напряжение 220 вольт, при этом в вашем распоряжении есть двухжильный медный кабель с сечением каждой жилы по 35 кв.мм. На 10 километров такой кабель даст активное сопротивление около 10 Ом.
Нагрузка мощностью 1 кВт имеет сопротивление около 50 Ом. И что если передаваемое напряжение оставить на уровне 220 вольт? Это значит, что шестая часть напряжения придется (упадет) на передающий провод, который окажется под напряжением около 36 вольт. И вот, порядка 130 Вт потеряно по пути — просто подогрели передающие провода. А на прожекторе получим не 220 вольт, а 183 вольта. КПД передачи оказалось 87%, и это пренебрегая еще индуктивном сопротивлении передающих проводов.
Дело в том, что активные потери в передающих проводах всегда прямо пропорциональны квадрату тока (см. Закон Ома). Следовательно если передачу той же самой мощности осуществить при более высоком напряжении, то падение напряжения на проводах не окажется столь губительным фактором.
Допустим теперь иную ситуацию. У нас имеется тот же самый бензиновый генератор, выдающий 220 вольт, те же 10 километров провода с активным сопротивлением 10 Ом, и тот же самый прожектор на 1кВт, но плюс ко всему еще есть два киловаттных трансформатора, первый — повышающий 220-22000 вольт, расположенный возле генератора и подключенный к нему обмоткой низкого напряжения, а обмоткой высокого напряжения — присоединен к передающим проводам. А второй трансформатор, на расстоянии 10 километров, — понижающий 22000-220 вольт, к обмотке низкого напряжения которого присоединен прожектор, а обмотка высокого напряжения — получает питание от передающих проводов.
Итак, при мощности нагрузки 1000 ватт при напряжении 22000 вольт, ток в передающем проводе (здесь можно обойтись без учета реактивной составляющей) составит всего 45мА, а значит на нем упадет уже не 36 вольт, (как было без трансформаторов) а всего 0,45 вольт! Потери составят уже не 130 Вт, а всего 20 мВт. КПД такой передачи на повышенном напряжении составит 99,99%. Вот почему передача на повышенном напряжении более эффективна.
В нашем примере ситуация рассмотрена грубо, и использовать дорогие трансформаторы для такой простой бытовой цели было бы конечно нецелесообразным решением. Но в масштабах стран и даже областей, когда речь идет о расстояниях в сотни километров и об огромных передаваемых мощностях, стоимость электроэнергии, которая могла бы потеряться, тысячекратно превышает любые затраты на трансформаторы. Вот почему при передаче электроэнергии на расстояние всегда применяется повышенное напряжение, измеряемое сотнями киловольт — чтобы снизить потери мощности при передаче.
Непрерывный рост электропотребления, концентрация генерирующих мощностей на электростанциях, сокращение свободных от застройки территорий, ужесточение требований по защите окружающей среды, инфляция и рост цен на землю, а также ряд других факторов настоятельно диктуют повышение пропускной способности линий электропередачи.
Конструкции различных линий электропередачи рассмотрены здесь: Устройство различных ЛЭП разного напряжения
Объединение энергетических систем, увеличение мощности электрических станций и систем в целом сопровождаются увеличением расстояний и потоков мощности, передаваемых по линии электропередачи. Без мощных линий электропередачи высокого напряжения невозможна выдача энергии от современных крупных электростанций.
Единая энергетическая система позволяет обеспечить передачу резервной мощности в те районы, где имеется в ней потребность, связанная с ремонтными работами или аварийными условиями, появится возможность передавать избыток мощности с запада на восток или наоборот, обусловленный поясным сдвигом во времени.
Благодаря дальним передачам свервысокого напряжения (500 — 750 кВ) стало возможным строительство сверхмощных гидроэлектростанций и полное использование их энергии. Это хребет современной мощной объединенной энергетической системы.
Например, капиталовложения на передачу 1 кВт мощности на заданное расстояние при напряжении 500 кВ в 3,5 раза ниже, чем при напряжении 220 кВ, и на 30 — 40% ниже, чем при 330 — 400 кВ.
Стоимость передачи 1 кВт•ч энергии при напряжении 500 кВ вдвое ниже, чем при напряжении 220 кВ, и на 33 — 40% ниже, чем при напряжении 330 или 400 кВ.
Технические возможности напряжения 500 кВ (натуральная мощность, расстояние передачи) в 2 — 2,5 раза превышают возможности напряжения 330 кВ и в 1,5 раза — напряжения 400 кВ.
Линия напряжением 220 кВ может передать мощность 200 — 250 МВт на расстояние до 200 — 250 км, линия 330 кВ — мощность 400 — 500 МВт на расстояние до 500 км, линия 400 кВ — мощность 600 — 700 МВт на расстояние до 900 км.
Напряжение 500 кВ обеспечивает передачу мощности 750 — 1 000 МВт по одной цепи на расстояние до 1 000 — 1 200 км.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Почему с увеличением длины ЛЭП необходимо повышать её рабочее напряжение?
Нужна помощь эксперта?
Мы здесь, чтобы помочь вам!
Теоретические вопросы
Сообщений 2
Почему с увеличением длины ЛЭП необходимо повышать её рабочее напряжение?
Здравствуйте. Сопротивление увеличивается в зависимости от расстояния линии электропередач и тем самым увеличиваются потери. Для уменьшения этих потерь необходимо увеличивать рабочее напряжение ЛЭП.
Поделиться
Согласие на обработку персональных данных
Данные, которые вы предоставляете, будут использованы Обществом с ограниченной ответственностью «Электропоставщик» (ИНН 9710008385) (далее – Оператор) для достижения следующих целей обработки персональных данных: обеспечение соблюдения требований законодательства Российской Федерации; ведение переговоров; заключение и исполнение договора; информирование о статусе заказа; осуществление доставки продукции; возврат продукции; предоставление актуальной информации по продукции, проходящим акциям и специальным предложениям; анализ качества предоставляемого Оператором сервиса и улучшению качества обслуживания клиентов Оператора.
Совокупность операций обработки включает сбор, запись, систематизацию, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передачу (предоставление, доступ), обезличивание, блокирование, удаление, уничтожение Данных.
Перечень персональных данных, на обработку которых дается согласие субъекта персональных данных, отражено в Политике в отношении обработки персональных данных Оператора.
Обработка вышеуказанных персональных данных будет осуществляться путем смешанной обработки персональных данных.
Оператор вправе поручить обработку Данных субъектов Данных третьим лицам с согласия субъекта Данных, на основании заключаемого с этими лицами договора. Лица, осуществляющие обработку Данных на основании заключаемого с Оператором договора (поручения оператора), обязуются соблюдать принципы и правила обработки и защиты Данных, предусмотренные Законом. Для каждого третьего лица в договоре определяются перечень действий (операций) с Данными, которые будут совершаться третьим лицом, осуществляющим обработку Данных, цели обработки, устанавливается обязанность такого лица соблюдать конфиденциальность и обеспечивать безопасность Данных при их обработке, указываются требования к защите обрабатываемых Данных в соответствии с Законом.
Настоящее согласие на обработку персональных данных действует с момента его представления оператору на период исполнения обязательств по Договору и может быть отозвано в любое время путем подачи оператору заявления в простой письменной форме. Сроки обработки (хранения) персональных данных определяются исходя из целей обработки персональных данных, в соответствии со сроком действия договора с субъектом персональных данных, требованиями федеральных законов, требованиями операторов персональных данных, по поручению которых Оператор осуществляет обработку персональных данных, основными правилами работы архивов организаций, сроками исковой давности.
Персональные данные субъекта подлежат хранению в течение сроков, установленных законодательством Российской Федерации.
Персональные данные субъекта подлежат хранению в течение сроков, установленных законодательством Российской Федерации. Персональные данные уничтожаются: по достижению целей обработки персональных данных; при ликвидации или реорганизации оператора; на основании письменного обращения субъекта персональных данных с требованием о прекращении обработки его персональных данных (оператор прекратит обработку таких персональных данных в течение 3 (трех) рабочих дней, о чем будет направлено письменное уведомление субъекту персональных данных в течение 10 (десяти) рабочих дней.
Согласие на получение рассылки рекламно-информационных материалов
В соответствии с Федеральным законом от 13.03.2006 № 38-ФЗ «О рекламе» и Федеральным законом от 07.07.2003 г. № 126-ФЗ «О связи», настоящим я, действуя по своей волей и в своем интересе, даю свое согласие Обществу с ограниченной ответственностью «Электропоставщик» (ИНН 9710008385) (далее – Компания) на направление мне на указанные мной на сайте https://cable.ru/ контактные данные (номер телефона и/или электронную почту) сообщений в информационных, рекламно-информационных целях об услугах (сервисах) Компании, а именно: рассылок уведомлений об изменении заказов, предложений и другой информации; новостной рассылки и иных сведений от имени Компании, в виде sms-сообщений, и/или электронных писем, и/или сообщений в мессенджерах, и/или push-уведомлений, и/или посредством телефонных звонков.
Я согласен(а) с тем, что текст данного мной по собственной воле и в моих интересах согласия хранится в электронном виде в базе данных и подтверждает факт согласия на обработку персональных данных в соответствии с вышеизложенными положениями и беру на себя ответственность за достоверность предоставления персональных данных
Я подтверждаю, что владею информацией о том, что в любой момент в течение всего срока действия настоящего согласия, я вправе отозвать согласие и отписаться от получения рассылок путем перехода по соответствующей ссылке, существующей в любом письме
Также я информирован(-а), что при возникновении вопросов относительно отказа от рассылки, я могу обратиться за помощью, отправив письмо в службу технической поддержки Компании.
Настоящее согласие предоставляется на неограниченный срок при отсутствии сведений о его отзыве.
Настоящим подтверждаю, что мои конклюдентные действия является достаточной формой согласия и позволяет подтвердить сторонам факт получения такого согласия, при этом иных доказательств для дополнительного подтверждения моего свободного волеизъявления не потребуется.
Передача электроэнергии
Переда́ча электроэне́ргии, комплекс устройств и сооружений, предназначенных для передачи электроэнергии высокого напряжения переменным трёхфазным током или постоянным током на определённое расстояние (от нескольких десятков до тысяч км и более). Необходимость передачи электроэнергии обусловлена тем, что электроэнергия вырабатывается крупными электростанциями , а потребляется сравнительно маломощными приёмниками электроэнергии, распределёнными на значительной территории, часто существенно удалённой от электростанций. От эффективности передачи электроэнергии зависит работа единых электроэнергетических систем , охватывающих обширные территории.
В комплекс для передачи переменного тока входят: линия электропередачи (ЛЭП), концевые и промежуточные электрические подстанции с коммутационной аппаратурой , трансформаторы и автотрансформаторы на этих подстанциях, устройства продольной и поперечной компенсации, переключательные пункты (при необходимости), устройства релейной защиты и автоматики, телеметрии , связи. Передачи переменным током могут быть транспортными и межсистемными. Транспортная передача предназначена для передачи электроэнергии от удалённой электрической станции в приёмную систему, межсистемная – для связи отдельных электроэнергетических систем и обмена электроэнергией между ними. По ЛЭП передаются потоки мощности, измеряемые сотнями и тысячами МВт. Одной из основных характеристик электропередачи является её пропускная способность, т. е. та наибольшая мощность, которую можно передать по ЛЭП. Передача электроэнергии связана с заметными потерями, т. к. электрический ток нагревает провода ЛЭП. Мощность P P P , передаваемая по линии трёхфазного тока при симметричной нагрузке фаз,
P = 3 I U cos φ , P=\sqrtIU\cos \varphi , P = 3
I U cos φ , ( 1 ) (1) ( 1 )
где I I I и U U U – действующие значения линейной силы тока и линейного напряжения , φ \varphi φ – угол сдвига фаз между фазным напряжением и силой тока.
Мощность, теряемая в проводах,
P l = 3 I 2 R = 3 I 2 ρ l S , P_l=3I^2R=3I^2\rho\frac, P l = 3 I 2 R = 3 I 2 ρ S l , ( 2 ) (2) ( 2 )
P l = 3 P 2 3 U 2 cos 2 φ ρ l S = P 2 U 2 c o s 2 φ ρ l S P_l=\frac\rho\frac=\frac\rho\frac P l = 3 U 2 c o s 2 φ 3 P 2 ρ S l = U 2 co s 2 φ P 2 ρ S l . ( 3 ) (3) ( 3 )
Здесь R R R – нагрузка в электрической цепи , ρ \rho ρ – удельное сопротивление материала проводов, l l l – их длина, S S S – площадь поперечного сечения. Анализируя выражение (3), можно отыскать пути уменьшения теряемой мощности. Передаваемая мощность P P P и дальность передачи энергии l l l определяются условиями электропередачи. Эти величины изменить невозможно. Удельное сопротивление ρ \rho ρ зависит от материала, из которого изготовлены провода. На практике используются преимущественно материалы с наименьшим значением ρ \rho ρ ( медь , алюминий ). Увеличение площади поперечного сечения проводов малоэффективно, а значительное их утолщение невозможно из-за большой массы и стоимости линии. Поэтому остаются 2 пути уменьшения потерь электрической энергии: увеличение напряжения в ЛЭП и повышение коэффициента мощности. Когда коэффициент мощности cos φ \cos \varphi cos φ мал, часть энергии циркулирует по проводам от генератора к потребителям и обратно, что приводит к значительным потерям на нагревание проводов. Предельная передаваемая мощность достигается, когда cos φ = 1 \cos \varphi \!=\!1 cos φ = 1 . Даже при таком сравнительно высоком коэффициенте мощности, как cos φ = 0 , 8 \cos \varphi \!=\!0,8 cos φ = 0 , 8 , потери в ЛЭП примерно в 1,5 раза больше, чем в случае, когда cos φ = 1 \cos \varphi \!=\!1 cos φ = 1 . При современных масштабах передачи энергии повышение значения cos φ \cos \varphi cos φ с 0,8 до 0,9 дало бы огромную экономию мощности, равную мощности нескольких крупных электростанций. Однако главный путь уменьшения потерь мощности в проводах ЛЭП – это повышение напряжения в линии передачи, чем длиннее ЛЭП, тем выгоднее использовать более высокое напряжение. Поэтому при передаче энергии от мощных электростанций электрический ток по шинам поступает на трансформаторные повышающие подстанции. После повышения напряжения на подстанции до 35, 110, 220, 500, 750 кВ энергия направляется в район потребителя на понижающие подстанции, где напряжение понижается до 6–10 кВ. С понижающих подстанций по сети с напряжением 6–10 кВ энергия частично направляется к высоковольтным потребителям, частично на понижающие подстанции, где напряжение понижается обычно до 380 В, далее по низковольтной сети она подводится к потребителям.
Повышение пропускной способности ЛЭП переменного тока возможно и путём усовершенствования конструкции линии, а также посредством включения различных компенсирующих устройств. Устройства продольной компенсации применяются для повышения пропускной способности. Таким устройством служит конденсаторная батарея, включённая в рассечку линии, за счёт чего компенсируется часть индуктивности линии и, как следствие, повышается пропускная способность последней. Устройства поперечной компенсации служат для поглощения избыточной зарядной мощности ЛЭП в режимах малых нагрузок и генерации реактивной мощности в режимах больших нагрузок, стабилизации напряжения в узловых точках передачи. В качестве устройств поперечной компенсации используются управляемые и неуправляемые шунтирующие реакторы, статические тиристорные компенсаторы (устройства, основанные на применении силовой преобразовательной техники ). Переключательные пункты представляют собой промежуточную подстанцию без нагрузки, на которой имеются только выключатели высокого напряжения, разъединители и заземлители, предназначенные для отключения отдельных участков каждой из цепей протяжённой линии при повреждениях на данном участке или для проведения на нём ремонтно-профилактических работ.
Наиболее перспективным способом передачи электроэнергии на дальние расстояния является использование постоянного тока. При передаче электроэнергии постоянным током вырабатываемое генераторами электростанции переменное напряжение предварительно повышают с помощью трансформаторов, а затем с помощью выпрямителей преобразуют в постоянное напряжение. В конце ЛЭП постоянное напряжение снова преобразуют в переменное с помощью инверторов , после чего трансформаторы понижают его до нужного значения. В комплекс для передачи постоянного тока входят: ЛЭП постоянного тока, преобразовательные устройства (выпрямитель и инвертор) со своими трансформаторами, фильтрокомпенсирующие устройства переменного тока, линейные реакторы и фильтры постоянного тока, а также системы управления преобразователями, регулирования, защиты, автоматики, связи. В электропередачах постоянного тока отсутствуют многие факторы, свойственные электропередачам переменного тока и ограничивающие их пропускную способность (например, ЛЭП постоянного тока позволяют передавать по тем же проводам бóльшую энергию). Кроме того, при передаче электроэнергии постоянным током исчезают затруднения, связанные с индуктивным сопротивлением и ёмкостью линии. Ограничениями здесь являются лишь максимальный допустимый кпд линии и мощность преобразователей. Отсутствие зарядной мощности линии (ёмкость между линией и землёй) позволяет сооружать кабельные линии длиной 100–200 км и более, что недостижимо для кабельных линий переменного тока из-за перегрева токоведущих жил кабеля зарядной мощностью. Основные области применения электропередач постоянного тока: связь электроэнергетических систем, работающих несинхронно или с различными частотами (объединение крупных удалённых друг от друга энергосистем); пересечение больших водных пространств с помощью кабельных линий и др. Ограниченность применения электропередач постоянного тока связана главным образом с техническими трудностями создания эффективных недорогих устройств для преобразования переменного тока в постоянный (в начале линии) и постоянного тока в переменный (в конце линии).
Качество передачи электроэнергии определяется надёжной и устойчивой работой электропередачи, что обеспечивается, в частности, применением компенсирующих устройств и систем автоматического регулирования и управления.
Ю. П. Рыжов. Первая публикация: Большая российская энциклопедия, 2014.
Опубликовано 7 июля 2023 г. в 11:53 (GMT+3). Последнее обновление 7 июля 2023 г. в 11:53 (GMT+3). Связаться с редакцией
зачем лЭП проектируют на высокое напряжение?
Мощность, переносимая электрическим током равна произведению напряжения на ток. Таким образом, если хотим передавать бОльшую мощность, можно увеличивать ток, можно — напряжение. Или и то и другое вместе. Если хотим увеличить ток, значит, придётся увеличивать сечение (толщину) передающих проводов. Следовательно, придётся расходовать больше металла, провода будут тяжелее и придётся чаще ставить столбы и опоры для ЛЭП. Таким образом, повышать напряжение оказывается выгоднее, чем ток. Пока воздух выполняет изоляционную функцию, напряжение можно повышать.
Остальные ответы
А это уже физика!
При передаче электричества по проводам часть электричества теряется. И потери тем выше, чем больше токи. А чем токи меньше, а напряжение выше — тем потери меньше. И всего то!
низкое слишком сопротивляемо
при передаче электроэнергии на большие растояния она теряется. шунтируется в землю при дождливой погоде и много еще чего. поэтому приходится с помощью повышения напряжения передавать на много больше. чтобы нужное напряжения дошло до конечной точки
Напряжение — сила отталкивающая электроны друг от друга, вытесняя их на кромку окружности проводника.
Ток — поток количества электронов двужущихся по сечению проводника.
Мощность — это мультипликация напряжения и тока.
Отсюда следует, чем выше напряжение, тем меньше будет ток, соответственно маленькие потери. К томуже экономия дорогостоящих металлов. Для проводки ЛЕП на большие расстояния изготавливают из сплавов стали и лишь верхня оболочка проводов из хорошего проводника. Сплошная экономия и надёжность.