Меню

Для чего повышают напряжение при передаче переменного тока

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

  • Вычислительная техника
    • Микроконтроллеры микропроцессоры
    • ПЛИС
    • Мини-ПК
  • Силовая электроника
  • Датчики
  • Интерфейсы
  • Теория
    • Программирование
    • ТАУ и ЦОС
  • Перспективные технологии
    • 3D печать
    • Робототехника
    • Искусственный интеллект
    • Криптовалюты

Чтение RSS

Сравнение способов передачи энергии с помощью постоянного и переменного тока

Какие существуют виды передачи энергии по проводам

Электрическая энергия может передаваться как с помощью систем постоянного тока, так и с помощью систем переменного тока. Но есть некоторые преимущества и недостатки обеих систем.

Сравнение способов передачи энергии с помощью постоянного и переменного тока

Поэтому в данном материале мы обсудим технические преимущества и недостатки как систем переменного тока, так и систем постоянного тока.

Передача энергии постоянного тока

Некоторое время назад передача электроэнергии осуществлялась постоянным током из-за следующих преимуществ.

  1. При передаче постоянного тока используются два провода, а для передачи переменного тока, как правило, требуются три проводника.
  2. В передаче постоянного тока нет индуктивности и скачков (волны высокого напряжения в течение очень короткого времени).
  3. Из-за отсутствия индуктивности происходит очень низкое падение напряжения в линиях передачи постоянного тока по сравнению с переменным током (если нагрузка и конечное передаваемое напряжение передачи).
  4. Система постоянного тока имеет меньший потенциал напряжения в системе переменного тока для такого же уровня напряжения. Поэтому линия постоянного тока требует меньшей изоляции.
  5. Для DC-систем требуется проводник небольшой площади поперечного сечения.
  6. В системе постоянного тока нет помех относительно систем связи.
  7. В высоковольтных линиях постоянного тока DC отсутствуют диэлектрические потери.
  8. В системе передачи постоянного тока нет проблем с синхронизацией и стабильностью.
  9. В системе постоянного тока диапазон регулирования скорости больше, чем в системе переменного тока.
  10. В системе питания постоянного тока потери в оболочке подземных кабелей низки.
  11. Система постоянного тока больше подходит для высокомощной передачи за счет высокого значения тока.

Но есть и недостатки систем постоянного тока.

  1. Из-за коммутационных проблем электрическая энергия не может производиться при высоком постоянном напряжении.
  2. Для передачи высокого напряжения мы не можем изменять уровень напряжения постоянного тока (поскольку трансформатор не может работать на постоянном токе).
  3. Существует предел DC-переключателей и автоматических выключателей (к тому же они дорогостоящие).
  4. Мотор-генераторный агрегат используется для снижения уровня напряжения постоянного тока, а КПД мотор-генератора ниже, чем трансформатора.
  5. Уровень напряжения постоянного тока не может быть легко изменен. Таким образом, мы не можем получить желаемое напряжение для электрических и электронных приборов (например, 5 вольт, 9 вольт 15 вольт, 20 и 22 вольта и т. д.) непосредственно из системы передачи.

Передача энергии переменного тока

Из-за перечисленных выше недостатков систем постоянного тока на сегодняшний день распространена передача энергии посредством переменного тока, которая имеет приведенные ниже преимущества.

  1. Позволяет передавать энергию дальше, если затраты на оборудование подстанций схожи.
  2. Уровень напряжения переменного тока может быть легко увеличен или уменьшен благодаря повышающим напряжение и понижающим трансформаторам.
  3. Автоматические выключатели переменного тока дешевле, чем автоматические выключатели постоянного тока.
  4. Ремонт и обслуживание подстанций переменного тока легче и дешевле, чем подстанций постоянного тока.

Впрочем, есть и недостатки таких систем.

  1. В линии переменного тока размер проводника больше, чем в линии постоянного тока.
  2. Потери в системе переменного тока больше.
  3. В линиях переменного тока имеется емкость, поэтому наблюдается постоянная потеря мощности при отсутствии нагрузки на линии или при разрыве линии.
  4. Требуется дополнительная изоляция в системе переменного тока.
  5. Наблюдается влияние систем связи.

Вследствие «войны токов» победила в конечном счете сторона, продвигавшая идеи передачи энергии за счет переменного тока. Впрочем, некоторые недостатки систем постоянного тока устраняет современная электроника. Так, в настоящее время можно повысить или понизить уровень напряжения постоянного тока с помощью чоперов и бустеров. Также в некоторой степени устранены проблемы коммутации, и для этой цели мы можем использовать выпрямительные блоки. Сегодня системы постоянного тока также находят использование, но в основном в локальных областях для передачи энергии от альтернативных источников (солнечных и ветряных электростанций).

Источник

Методы передачи электроэнергии на расстояние

Электроэнергией является свойство магнитного поля преобразоваться в иные виды энергии. Такими видами энергии могут быть: механическая, химическая, паровая, лазерная. Число потребителей и источников потребления постоянно растет. Поэтому вопрос о способах передачи электроэнергии на большие расстояния, с сохранением мощности и ее распределением, остается открытым. Статья опишет основные и актуальные способы передачи, а также современные разработки в области беспроводных технологий.

ЛЭП

Способы передачи электроэнергии

Электроэнергия или переменный ток, передается от источника к потребителю, через провода или подземные кабельные линии. Эти способы актуальны на протяжении многих лет. Связано это с тем, что нет технологии, способной передать электричество на большое расстояние при минимальных потерях с сохранением полной мощности. Да и способ еще должен быть максимально надежным и дешевым.

Схема передачи переменного электрического напряжения или постоянного электрического напряжения выглядит следующим образом:

Схема передачи переменного электрического напряжения

Принцип работы и объяснение схемы:

  1. В начале схемы находится генератор, вырабатывающий электричество.
  2. От генератора напряжение подается на трехфазный трансформатор, для повышения мощности. От него электричество течет по ЛЭП (линия электропередачи).
  3. После ЛЭП напряжение попадает на трехфазный понижающий трансформатор.
  4. От трансформатора напряжение подается потребителю, с существенным занижением.

Для постоянного тока существует выпрямительное устройство, которое находится после повышающего трансформатора. Пройдя по ЛЭП, постоянный ток сначала должен попасть на устройство преобразования постоянного тока в переменный, а только потом на понижающий трансформатор.

Воздушные и кабельные линии

Потребление электроэнергии по воздушным ЛЭП и кабельным линиям, представляет собой определенную схему. В начале схемы находится источник энергии, а именно электростанция. Электростанция подает завышенное напряжение на распределительную линию, в конце которой находится занижающий трансформатор. Основным минусом подобной схемы является именно потребность в подаче слишком высокой мощности. Связано это с потерей доли напряжения на расстоянии. Способов подобной передачи 2.

Воздушные линии представляют собой сеть высоковольтных проводов, подвешенных на столбы или опоры. Этот метод очень распространен и является эффективным. Но и у него есть ряд минусов:

  • большие затраты в рабочей силе и материале на стадии поставки новым потребителям на большое расстояние;
  • потеря значительной доли мощности с каждым километром;
  • требование подачи большой мощности в начале (от электростанции);
  • вред магнитного поля для человека;
  • большая вероятность повреждения и разрушения от природных катаклизмов;
  • большие трудности для монтажа ЛЭП в трудных, непроходимых регионах.

Воздушные линии

Воздушные линии подают потребителю переменный ток. По дальности и мощности они делятся на следующие категории:

  1. Воздушные линии напряжением до 1 кВ считаются низковольтными. Они являются окончанием схемы передачи к потребителю.
  2. Линии с напряжением от 1 до 35 кВ считаются средними.
  3. Высоковольтными линиями считаются ВЭЛ с напряжением 110-220 кВ. Эти линии являются началом схемы передачи напряжения.
  4. К сверхвысоковольтным относятся ВЭЛ напряжением 330–750 кВ.
  5. К ультра высоковольтным относятся ВЭЛ напряжением, превышающим 750 кВ.

Чем выше подаваемое напряжение, тем большие расстояния оно должно покрыть от источника к потребителю.

Кабельные линии

Кабельные линии работают по схожему принципу. По ним также поступает переменный электрический ток. Но проводят такие линии под землей или под водой. Основными недостатками подобной передачи являются:

  1. Большие трудности и затраты при прокладке. Кабельные линии прокладываются в местах, где невозможно или опасно проводить воздушные линии.
  2. Также идет потеря доли напряжения с расстоянием.
  3. Существует опасность механического повреждения или растяжения кабеля.
  4. Есть опасность шагового напряжения при повреждении, особенно в воде.
  5. Очень тяжело найти и устранить повреждение.

На данный момент существует 2 схемы передачи электроэнергии от источника к потребителю по воздушным или кабельным линиям:

  1. Разомкнутая схема. Эта схема передачи представляет собой источник напряжения и потребителя как прямую линию. Минусом такой схемы является отсутствие резервной линии при повреждении какого-либо участка.
  2. Замкнутая схема (более надежна). В ней источник и все потребители заключены в кольцо или сложную схему. При повреждении участка линии, подача электричества не прекращается.

Подобные схемы также делятся на категории.

Схемы в визуальном отображении:

Схемы в визуальном отображении

Разомкнутая схема бывает 3 видов:

  1. Схема радиального подключения, в которой на одном конце находится подающее устройство, а на втором конце потребитель энергии.
  2. Магистральная схема похожа на радиальную, но в ней присутствуют дополнительные отводы для потребления.
  3. Схема магистральной подачи, при которой между двумя источниками находится один потребитель.

Замкнутая схема также бывает 3 видов:

  1. Кольцевая схема с одним источником и потребителем.
  2. Магистральная схема с наличием резервного источника.
  3. Сложная замкнутая схема, для подключения потребителей особого назначения.

Все эти схемы относятся к передаче постоянного тока потребителю. Передача и распределение электроэнергии подобным способом является одинаковым для российских и зарубежных сетей.

Постоянный ток

Вторым способом передачи электрического тока потребителю, является постоянный ток. Подобный ток является выпрямленным. Он встречается в аккумуляторах, батарейках, зарядных устройствах. Такой ток и сейчас подается потребителям некоторых стран, но в очень малых количествах. Его вырабатывают солнечные батареи. Постоянный ток можно подавать по действующим ЛЭП и подземным кабелям. Плюсы такой передачи, следующие:

  1. С расстоянием нет потери мощности. Не придется завышать напряжение на электростанции.
  2. Статическая устойчивость не оказывает влияния на передачу и распределение.
  3. Не требуется настраивать частотную синхронизацию.
  4. Напряжение можно передать всего по одной линии с одним контактным проводом.
  5. Нет влияния электромагнитного излучения.
  6. Минимальная реактивная мощность.
Читайте также:  С помощью какого правила определяют направление индукционного тока правило буравчика

Постоянный ток для потребителя не подается только по причине огромной себестоимости оборудования для электростанций.

Проводимость электрического тока и процент завышения в начале передачи, во многом зависят от сопротивления самой ЛЭП. Снизить сопротивление, — а тем самым нагрузку — можно при помощи охлаждения до сверхнизкой температуры. Это помогло бы увеличить расстояние для передачи энергии и существенно снизить потери. Сегодня нет технологии занижения температуры линии электропередачи. Такая технология является крайне дорогой и требует больших изменений в конструкции. Но в регионах крайнего севера этот способ вполне работает и намного занижает процент передачи мощностей и потери от расстояния.

Беспроводная передача

Передать и распределить ток по потребителям без использования проводов, это реалии наших дней. Об этом способе впервые задумался и воплотил его в жизнь Никола Тесла. На сегодняшний день ведутся разработки в этом направлении. Основных способов всего 3.

Катушки

Катушки

Катушками индуктивности является свернутый в спираль изолированный провод. Метод передачи тока состоит из 2 катушек, расположенных рядом друг с другом. Если подать электрический ток на одну из катушек, на второй появится магнитное возбуждение такого же напряжения. Любые изменения напряжения на катушке передатчике, изменятся на катушке приемнике. Подобный способ очень прост и имеет шансы на существование. Но есть и свои недостатки:

  • нет возможности подать высокое напряжение и принять его, тем самым невозможно обеспечить напряжением несколько потребителей одновременно;
  • невозможно передать электричество на большое расстояние;
  • коэффициент полезного действия (КПД) подобного способа — всего 40 %.

На данный момент актуальны способы простого использования катушек, как источника и получателя энергии. Этим способом заряжают электрические самокаты и велосипеды. Есть проекты электромобилей без аккумулятора, но на встроенной катушке. Предлагается использовать дорожное покрытие в качестве источника, а машину в качестве приемника. Но себестоимость прокладки подобных дорог очень высокая.

Лазер

Лазер

Передача электричества посредством лазера, представляет собой источник, преобразующий энергию электричества в лазерный луч. Луч фокусируется на приемник, который его преобразует обратно в электричество. Компания Laser Motive смогла передать при помощи лазера 0.5 Кв электрического тока, на расстояние в 1 км. При этом потеря напряжения и мощности составила 95 %. Причиной потери стала атмосфера Земли. Луч многократно сужается при взаимодействии с воздухом. Также проблемой может стать обычное преломление луча случайными предметами. Подобный способ, без потери мощности, может быть актуальным только в космическом пространстве.

Микроволновая передача

Микроволновая передача

Основой для передачи электроэнергии путем микроволн, стала способность 12 см волн, частотой в 2.45 ГГц, быть незаметными для атмосферы Земли. Подобная особенность могла бы сократить до минимума потерю при передаче. Для подобного способа нужны передатчик и приемник. Люди давно создали передатчик и преобразователь электрической энергии в микроволновую. Это изобретение называется магнетрон. Он стоит в каждой микроволновой печи и является очень безопасным. Вот с изобретением приемника и преобразователя микроволн обратно в электричество возникли проблемы.

В 60-х годах прошлого века, американцы изобрели ректенну. Иными словами, приемник микроволн. С помощью изобретения удалось передать 30 кВт электрического тока на расстояние в 1.5 км. При этом коэффициент потерь составил всего 18 %. На большее установка была не способна по причине использования полупроводниковых деталей в устройстве приемника. Для приема и передачи большей мощности энергии, при использовании ректенны, пришлось бы создать огромную принимающую панель. Это бы увеличило затрачиваемую энергию, частоту и длину волн, а значит и процент сопутствующей потери. Высокое излучение могло бы убить все живое в радиусе нескольких десятков метров.

ректенна

В СССР был изобретен циклотронный преобразователь микроволн в электричество. Он представлял собой 40 см трубку и был полностью собран на лампах. КПД устройства равнялось 85 %. Но для этого способа основным минусом является способ сборки на лампах. Устройства на подобных деталях могут вернуть человечество в мир огромных телефонов, компьютеров величиной с комнату. О миниатюрных электрических приборах можно забыть.

циклотронный преобразователь микроволн

Передачу микроволн можно было организовать из космоса. Подобный проект предполагал собирать энергию солнца при помощи спутника и перенаправлять на приемник, расположенный на поверхности Земли. Но для этого придется построить спутник диаметром в километр и приемник диаметром в 5 километров. О полетах в зоне действия системы можно полностью забыть.

Главной проблемой при передаче электричества беспроводным способом, является расстояние и атмосферные преломления. Стоит также учитывать мощности. Общая потребляемая мощность всех электрических приборов в квартире, равняется 30–40 кВт. Для обеспечения электричеством одной квартиры, пришлось бы строить гигантские сооружения.

На сегодняшний день единственным способом передачи энергии большой мощности, является проводной. Он не требует прямого и обратного преобразования электрической энергии. Достаточно только подать высокое напряжение в начале и существенно занизить его в конце. Этот способ имеет ряд недостатков, но остается актуальным долгие годы.

Видео по теме

Источник

Мини-лекции. Переменный ток

Произошла авария и город погрузился во тьму! Только фары редких, проезжающих машин косыми лучами освещали ослепшие окна домов. Но вот, поздно ночью аварию устранили и. И ровно в 00 часов, нуль-нуль минут, включили рубильник и. А теперь вопрос!? Через какое время у Вас в доме опять вспыхнет свет и жизнь наладится? Через какое время электроны вышедшие из чрева электростанции доползут до Вашего дома, если. Если электростанция находится в двухстах километров от Вашего дома, а скорость электронов под воздействием электрического поля равна 0,1 мм/сек. Если Вы сразу же глубоко задумались. Если Вы взяли в руки калькулятор и. Значит всё, что здесь написано и далее, именно для Вас уважаемые «домохозяйки»!

Почему «домохозяйки», в смысле слово взято в скобочки? Да потому, что «домохозяйки» это не только женщины всю жизнь стоящие у «Вечного огня», но отчасти и мужики, ни черта не делающие и в своих казалось бы сугубо мужских делах, разбираются хуже любых домохозяек! У меня на работе есть такие инфантильные особи муженского пола. Они и думают не головой и как оказалось и руки у них растут оттуда же!

Пришли мы как-то в гости к своим не очень знакомым. Хозяина дома не оказалось, только его жена. И вот как обычно женщины удалились на кухню, — посплетничать естественно. Мне ничего не оставалось, как ходить по квартире и как бы с любопытством всё вокруг разглядывать. Всё было как у всех, но одна вещь меня очень заинтересовала! На стене висела узорчатая, большая, мельхиоровая ложка. Кто помнит семидесятые-восьмидесятые, тот понял о чём речь. Ложка, как ложка вот только тыльная сторона вся в каких-то царапинах, выбоинах.
«Это, что с ней?» — показывая ложку, спросил я хозяйку.
— У нас же молотка в доме нет! Вот мы ей гвозди и забиваем.

Всего моих мини-лекций семь. Насколько возможно постараюсь Вас не нагружать подробностями. Думаю, что Вы узнаете что-то новое для себя, полезное и посмотрите на всё другими глазами!? Возможно появится и восьмая мини-лекция? Всё зависит от Вашей реакции уважаемые читатели!

Возвратимся к теме поднятой в прошлой лекции. Тема уменьшения потерь при передаче электроэнергии на большие расстояния. Пути к уменьшению разные. Первым, что приходит на ум, это применение металлов для проводов с малым сопротивлением и это верно. Но!? Но скажем замена алюминиевых проводов на медные даст выигрыш, — медь имеет так называемое удельное сопротивление меньше чем у алюминия в 1,65 раза, но зато вес меди (удельный) в 3,3 раза больше чем у алюминия! И без того громадные сооружения линий передач станут ещё более громоздкими. Где же выход? Выход в повышении напряжения при передаче на большие расстояния. Скажем не 220 вольт, а 1150000 вольт.? Это значит, что для передачи одной и той же мощности при помощи высокого напряжения ток уменьшится 5227 раз (вспомните закон Ома!?). Соответственно и потери на нагрев улицы уменьшится! Но как получить такое сумасшедшее напряжение и что потом с ним делать на приёмной стороне?! Прямо так сунуть к нам в квартиру, дом? И делайте со всем этим что хотите? Получается замкнутый круг в виде квадрата! Но выход был найден благодаря открытиям и изобретением электромагнитной индукции и переменного тока!

К открытию вели два факта: ток протекающий по проводнику создавал магнитное поле и наоборот магнитное поле создавало электрический ток в проводнике. Получается, что протекающий по проводнику ток индуцировал в рядом расположенном проводнике такой же ток! Вот только была одна неувязка всё это происходило в мгновения в момент включения либо выключения тока. Постоянный ток не мог индуцировать такой же ток в расположенном рядом проводнике, увы! И только когда был изобретён переменный ток, решение сдвинулось с мёртвой точки!

Что же это за такой переменный ток и откуда его взять? Химические источники в этом случае не могли помочь. А кто мог? Генератор переменного тока. Вспомните как работает генератор постоянного тока? В момент перехода рамки от влияния одного полюса магнита к другому происходило переключения щёток токосъёмника (коллектора) и во внешнюю цепь приходили всплески постоянного тока горбообразной формы. В тоже время ток в самой рамке имел вид синусоиды. Так, что до изобретения генератора переменного тока нужно было лишь не переключать щётки, а снимать ток непрерывно с каждого плеча рамки! Что и было сделано рис7. В итоге мы получили ток синусоидальной формы рис6. И стало быть периодически меняющий своё направление и что главное всё время возрастающий и убывающий! Вот теперь такой ток мог непрерывно индуцировать на соседнем проводнике такой же синусоидальный ток, а это было наиважнейшее открытие! Только Вы ещё это не осознали, я так думаю!?

Читайте также:  Технические характеристики ток вентиляторов

Если постоянный ток характеризуется величиной и направлением, то с переменным такой фокус не пройдёт! Итак, переменный ток описывается синусоидальной функцией и стало быть он периодичен и имеет период выраженный временным интервалом Т рис6. Обратная величина есть частота F показывающая сколько раз в секунду пройдёт периодов тока. Для нашей страны это пятьдесят периодов в секунду. Ток меняет своё направление пятьдесят раз за секунду! В западных странах шестьдесят раз. Если период Т измеряется в единицах времени, то частота в герцах по имени немецкого учёного Генриха Герца. И естественно по мере надобности с соответствующими приставками.

Чем же ещё характеризуется переменный ток кроме периода и частоты? Амплитудой, максимальной величиной которую мог достигнуть ток и так называющем действующим значением тока или напряжения. Что это такое? Если взять какой-то отрезок времени, то за этот отрезок переменный ток может совершить работу (нагрев), что и постоянный за это же время. Причём получается что эта величина постоянного тока будет равна 0,707 от амплитуды переменного тока! Кстати почти все приборы проградуированы в действующих значениях. Стало быть амплитудное значение будет равно не 220 вольт, а 311 вольт, то с чем Вы можете соприкасаться! А Вы и не подозревали!?

А только ли вот такой искусственный ток будет переменным? Нет конечно. Музыка, речь преобразуется в электрический ток. И он тоже переменный и неважно, что не периодический и не очень синусоидальный, а главное, — его величина меняется во времени! К чему это я? Посмотрите на рис14. Здесь показан отрезок столба и с отрезком телефонной линии. Наверное нет такого человека, кто бы не видел провода бегущие вдоль дорог. Я на 99% уверен что если человек не занят в сфере связи или не имел к этому никакого отношения, — не знает о том, о чём я хочу Вам сказать! Посмотрите как на этом столбе провода а и б меняются местами. И если проследить далее, то через определённое расстояние они опять поменяются местами! И если бы была возможность сжать расстояние всей линии, то Вы бы с удивлением увидели, что провода как бы скручиваются в спираль. В телефонной связи и не только, такие фокусы с проводами называют скрещиванием. Смысл всего этого в том, что с одной линии на другую наводятся токи и стало быть слышны абоненту разговоры ведущиеся по другим линиям. При скрещивании через некоторое расстояние провода меняются местами и на проводе по которому только что шёл ток в одном направлении начал наводиться ток другого направления. В итоге происходит как бы самоуничтожение наводимых токов. А витая пара как раз и сделана так чтобы как можно сильнее развести наводящиеся токи с пары на пару проводов.

В описанном выше случае имеет место быть негативное проявление этой самой электромагнитной индукции. А, что же позитивного? Как оказалось, что есть интерес в том чтобы именно наводились токи с одного провода на другой! Одним словом был изобретён трансформатор рис12. На рисунке внешний вид трансформатора и рядом его схема. Две обмотки находятся на так называемом сердечнике. Та которая подключена к источнику переменного тока называется первичной, другая соответственно вторичной. Если число витков на обеих обмотках равны, то на вторичной обмотке будет такое же напряжение как и на первичной. В тоже время обмотки гальванически не связаны друг с другом, только магнитным полем. Если на вторичной число витков больше чем на первичной, то этот трансформатор с повышающей обмоткой. А если наоборот, вторичная содержит меньше, — то понижающий. Достаточно много трансформаторов с различными обмотками и напряжениями. На рис10 одна из первых конструкций трансформатора, а на рис11. унифицированный тип трансформатора с множеством обмоток и напряжений, — вариантов много. И если на рис11. домашний трансформатор с габаритными размерами 100х100х100 мм., то на рис13. огромный (выше человеческого роста) промышленный трансформатор. Существуют ещё больших размеров, рассчитанные на большие напряжения и мощности.

Вот мы и подошли к самому главному вопросу, как сделать так чтобы и волки были сыты и овцы целы!? Электростанция вырабатывает электрический ток относительно небольшого напряжения. Трансформатор повышает его до 1150000 вольт и передаётся по линии электропередач (ЛЭП) по полям и лесам за тысячи километров! В конце пути другой трансформатор понижает напряжение до 220 вольт. И нате Вам, пользуйтесь на здоровье! Если же для дома, для семьи нужно более высокое напряжение (печь СВЧ около 3000 вольт.), пожалуйста трансформатор к Вашим услугам. Если меньше 220-ти и здесь трансформатор, — запросто Вам напряжение понизит.

И напоследок на рис8. показано применение трансформаторов в быту. Это часть схемы радиоприёмника «Рекорд-60», выпущенный в 1960-ом году. Применяемый здесь трансформатор называют силовой и он питает весь радиоприёмник, давая 250 вольт и 5-6 вольт для накала радиоламп. Здесь вторичные обмотки (они справа) гальванически развязаны с сетью 220 вольт (обмотки слева). На рис9 часть схемы радиоприёмника «Москвич» пятидесятых годов. Здесь применяют так называемый автотрансформатор. У него одна большая обмотка (и первичная и вторичная и всё в одном флаконе)! Если в сети 220 вольт, то автотрансформатор только понижающий. Если же в сети 127 или 110 вольт (было и такое), то трансформатор и понижающий и повышающий, одновременно! На схеме именно он такой и переключен на напряжение сети 127/110 вольт. К сожалению вся схема радиоприёмника жёстко, гальванически связана с электрической сетью 220 вольт!

Источник



Справочник электрика

вторник, 30 апреля 2013 г.

Передача электроэнергии. Путь от электростанции к потребителю. Сокращение потерь при передаче электроэнергии.

Передача электроэнергии. Путь от электростанции к потребителю. Сокращение потерь при передаче электроэнергии.

Рассмотрим кратко систему электроснабжения, представляющую из себя группу электротехнических устройств для передачи, преобразования, распределения и потребления электрической энергии. Глава расширит кругозор тех, кто хочет научиться грамотно использовать домашнюю электросеть.

Снабжение электроэнергией осуществляется по стандартным схемам. Например, на рис. 1.4 представлена радиальная однолинейная схема электроснабжения для передачи электроэнергии от понижающей подстанции электростанции до потребителя электроэнергии напряжением 380 В.

От электростанции электроэнергия напряжением 110—750 кВ передается по линиям электропередач (ЛЭП) на главные или районные понижающие подстанции, на которых напряжение снижается до 6—35 кВ. От распределительных устройств это напряжение по воздушным или кабельным ЛЭП передается к трансформаторным подстанциям, расположенным в непосредственной близости от потребителей электрической энергии. На подстанции величина напряжения снижается до 380 В, и по воздушным или кабельным линиям электроэнергия поступает непосредственно к потребителю в доме. При этом линии имеют четвертый (нулевой) провод 0, позволяющий получить фазное напряжение 220 В, а также обеспечивать защиту электроустановок.
Такая схема позволяет передать электроэнергию потребителю с наименьшими потерями. Поэтому на пути от электростанции к потребителям электроэнергия трансформируется с одного напряжения на другое. Упрощенный пример трансформации для небольшого участка энергосистемы показан на рис. 1.5. Зачем применяют высокое напряжение? Расчет сложен, но ответ прост. Для снижения потерь на нагрев проводов при передаче на большие расстояния.

Потери зависят от величины проходящего тока и диаметра проводника, а не приложенного напряжения.

Например:
Допустим, что с электростанции в город, находящийся от нее на расстоянии 100 км, нужно передавать по одной линии 30 МВт. Из-за того, что провода линии имеют электрическое сопротивление, ток их нагревает. Эта теплота рассеивается и не может быть использована. Энергия, затрачиваемая на нагревание, представляет собой потери.

Свести потери к нулю невозможно. Но ограничить их необходимо. Поэтому допустимые потери нормируют, т. е. при расчете проводов линии и выборе ее напряжения исходят из того, чтобы потери не превышали, например, 10% полезной мощности, передаваемой по линии. В нашем примере это 0,1-30 МВт = 3 МВт.

Например:
Если не применять трансформацию, т. е. передавать электроэнергию при напряжении 220 В, то для снижения потерь до заданного значения сечение проводов пришлось бы увеличить примерно до 10 м2. Диаметр такого «провода» превышает 3 м, а масса в пролете составляет сотни тонн.
Применяя трансформацию, т. е. повышая напряжение в линии, а затем, снижая его вблизи расположения потребителей, пользуются другим способом снижения потерь: уменьшают ток в линии. Этот способ весьма эффективен, так как потери пропорциональны квадрату силы тока. Действительно, при повышении напряжения вдвое ток снижается вдвое, а потери уменьшаются в 4 раза. Если напряжение повысить в 100 раз, то потери снизятся в 100 во второй степени, т. е. в 10000 раз.

Читайте также:  Формула нахождения тока при постоянном токе

Например:
В качестве иллюстрации эффективности повышения напряжения укажу, что по линии электропередачи трехфазного переменного тока напряжением 500 кВ передают 1000 МВт на 1000 км.

Линии электропередач

Электрические сети предназначены для передачи и распределения электроэнергии. Они состоят из совокупности подстанций и линий различных напряжений. При электростанциях строят повышающие трансформаторные подстанции, и по линиям электропередачи высокого напряжения передают электроэнергию на большие расстояния. В местах потребления сооружают понижающие трансформаторные подстанции.

Основу электрической сети составляют обычно подземные или воздушные линии электропередачи высокого напряжения. Линии, идущие от трансформаторной подстанции до вводно-распределительных устройств и от них до силовых распределительных пунктов и до групповых щитков, называют питающей сетью. Питающую сеть, как правило, составляют подземные кабельные линии низкого напряжения.

По принципу построения сети разделяются на разомкнутые и замкнутые. В разомкнутую сеть входят линии, идущие к электроприемникам или их группам и получающие питание с одной стороны. Разомкнутая сеть обладает некоторыми недостатками, заключающимися в том, что при аварии в любой точке сети питание всех потребителей за аварийным участком прекращается.

Замкнутая сеть может иметь один, два и более источников питания. Несмотря на ряд преимуществ, замкнутые сети пока не получили большого распространения. По месту прокладки сети бывают наружные и внутренние.

Способы выполнения линий электропередач

Каждому напряжению соответствуют определенные способы выполнения электропроводки. Это объясняется тем, что чем напряжение выше, тем труднее изолировать провода. Например, в квартирах, где напряжение 220 В, проводку выполняют проводами в резиновой или в пластмассовой изоляции. Эти провода просты по устройству и дешевы.

Несравненно сложнее устроен подземный кабель, рассчитанный на несколько киловольт и проложенный под землей между трансформаторами. Кроме повышенных требований к изоляции, он еще должен иметь повышенную механическую прочность и стойкость к коррозии.

Для непосредственного электроснабжения потребителей используются:

♦ воздушные или кабельные ЛЭП напряжением 6 (10) кВ для питания подстанций и высоковольтных потребителей;
♦ кабельные ЛЭП напряжением 380/220 В для питания непосредственно низковольтных электроприемников. Для передачи на расстояние напряжения в десятки и сотни киловольт создаются воздушные линии электропередач. Провода высоко поднимаются над землей, в качестве изоляции используется воздух. Расстояния между проводами рассчитываются в зависимости от напряжения, которое планируется передавать. На рис. 1.6 изображены в одном масштабе опоры для воздушных линий электропередач напряжениями 500, 220, 110, 35 и 10 кВ. Заметьте, как увеличиваются размеры и усложняются конструкции с ростом рабочего напряжения!

Например:
Опора линии напряжением 500 кВ имеет высоту семиэтажного дома. Высота подвеса проводов 27 м, расстояние между проводами 10,5 м, длина гирлянды изоляторов более 5 м. Высота опор для переходов через реки достигает 70 м. Рассмотрим варианты выполнения ЛЭП подробнее.

Воздушные ЛЭП
Определение.
Воздушной линией электропередачи называют устройство для передачи или распределения электроэнергии по проводам, находящимся на открытом воздухе и прикрепленным при помощи траверс (кронштейнов), изоляторов и арматуры к опорам или инженерным сооружениям.

В соответствии с «Правилами устройства электроустановок» по напряжению воздушные линии делятся на две группы: напряжением до 1000 В и напряжением свыше 1000 В. Для каждой группы линий установлены технические требования их устройства.

Воздушные ЛЭП 10 (6) кВ находят наиболее широкое применение в сельской местности и в небольших городах. Это объясняется их меньшей стоимостью по сравнению с кабельными линиями, меньшей плотностью застройки и т. д.

Для проводки воздушных линий и сетей используют различные провода и тросы. Основное требование, предъявляемое к материалу проводов воздушных линий электропередачи, — малое электрическое сопротивление. Кроме того, материал, применяемый для изготовления проводов, должен обладать достаточной механической прочностью, быть устойчивым к действию влаги и находящихся в воздухе химических веществ.

В настоящее время чаще всего используют провода из алюминия и стали, что позволяет экономить дефицитные цветные металлы (медь) и снижать стоимость проводов. Медные провода применяют на специальных линиях. Алюминий обладает малой механической прочностью, что приводит к увеличению стрелы провеса и, соответственно, к увеличению высоты опор или уменьшению длины пролета. При передаче небольших мощностей электроэнергии на короткие расстояния применение находят стальные провода.

Для изоляции проводов и крепления их к опорам линий электропередач служат линейные изоляторы, которые наряду с электрической должны также обладать и достаточной механической прочностью. В зависимости от способа крепления на опоре различают изоляторы штыревые (их крепят на крюках или штырях) и подвесные (их собирают в гирлянду и крепят к опоре специальной арматурой).

Штыревые изоляторы применяют на линиях электропередач напряжением до 35 кВ. Маркируют их буквами, обозначающими конструкцию и назначение изолятора, и числами, указывающими рабочее напряжение. На воздушных линиях 400 В используют штыревые изоляторы ТФ, ШС, ШФ. Буквы в условных обозначениях изоляторов обозначают следующее: Т — телеграфный; Ф — фарфоровый; С — стеклянный; ШС — штыревой стеклянный; ШФ — штыревой фарфоровый.

Штыревые изоляторы применяют для подвешивания сравнительно легких проводов, при этом в зависимости от условий трассы используются различные типы крепления проводов. Провод на промежуточных опорах укрепляют обычно на головке штыревых изоляторов, а на угловых и анкерных опорах— на шейке изоляторов. На угловых опорах провод располагают с наружной стороны изолятора по отношению к углу поворота линии.

Подвесные изоляторы применяют на воздушных линиях 35 кВ и выше. Они состоят из фарфоровой или стеклянной тарелки (изолирующая деталь), шапки из ковкого чугуна и стержня. Конструкция гнезда шапки и головки стержня обеспечивает сферическое шарнирное соединение изоляторов при комплектовании гирлянд. Гирлянды собирают и подвешивают к опорам и тем самым обеспечивают необходимую изоляцию проводов. Количество изоляторов в гирлянде зависит от напряжения линии и типа изоляторов.

Материалом для вязки алюминиевого провода к изолятору служит алюминиевая проволока, а для стальных проводов— мягкая стальная. При вязке проводов выполняют обычно одинарное крепление, двойное же крепление применяют в населенной местности и при повышенных нагрузках. Перед вязкой заготовляют проволоку нужной длины (не менее 300 мм).

Головную вязку выполняют двумя вязальными проволоками разной длины. Эти проволоки закрепляют на шейке изолятора, скручивая между собой. Концами более короткой проволоки обвивают провод и плотно притягивают четыре-пять раз вокруг провода. Концы другой проволоки, более длинные, накладывают на головку изолятора накрест через провод четыре-пять раз.

Для выполнения боковой вязки берут одну проволоку, кладут ее на шейку изолятора и оборачивают вокруг шейки и провода так, чтобы один ее конец прошел над проводом и загнулся сверху вниз, а второй — снизу вверх. Оба конца проволоки выводят вперед и снова оборачивают их вокруг шейки изолятора с проводом, поменяв местами относительно провода.

После этого провод плотно притягивают к шейке изолятора и обматывают концы вязальной проволоки вокруг провода с противоположных сторон изолятора шесть-восемь раз. Во избежание повреждения алюминиевых проводов место вязки иногда обматывают алюминиевой лентой. Изгибать провод на изоляторе сильным натяжением вязальной проволоки не разрешается.

Вязку проводов выполняют вручную, используя монтерские пассатижи. Особое внимание обращают при этом на плотность прилегания вязальной проволоки к проводу и на положение концов вязальной проволоки (они не должны торчать). Штыревые изоляторы крепят к опорам на стальных крюках или штырях. Крюки ввертывают непосредственно в деревянные опоры, а штыри устанавливают на металлических, железобетонных или деревянных траверсах. Для крепления изоляторов на крюках и штырях используют переходные полиэтиленовые колпачки. Разогретый колпачок плотно надвигают на штырь до упора, после этого на него навинчивают изолятор.

Провода подвешиваются на железобетонных или деревянных опорах при помощи подвесных или штыревых изоляторов. Для воздушных ЛЭП используются неизолированные провода. Исключением являются вводы в здания — изолированные провода, протягиваемые от опоры ЛЭП к изоляторам, укрепленным на крюках непосредственно на здании.

Внимание!
Наименьшая допустимая высота расположения нижнего крюка на опоре (от уровня земли) составляет: в ЛЭП напряжением до 1000 В для промежуточных опор от 7 м, для переходных опор — 8,5 м; в ЛЭП напряжением более 1000 В высота расположения нижнего крюка для промежуточных опор составляет 8,5 м, для угловых (анкерных) опор — 8,35 м.

Наименьшие допустимые сечения проводов воздушных ЛЭП напряжением более 1000 В, выбираемые по условиям механической прочности с учетом возможной толщины их обледенения, приведены в табл. 1.1.

Минимально допустимые значения проводов возжушныхЛЭП напряжением более 1000 В
Таблица 1.1

На воздушных ЛЭП напряжением до 1000 В устанавливают заземляющие устройства. Расстояние между ними определяется числом грозовых часов в году:

♦ до 40 часов — не более 200 м;
♦ более 40 часов — не более 100 м.

Сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 30 Ом.

Допустимые расстояния от нижних проводов воздушных ЛЭП напряжением до 1000 В и до 10 кВ и их опор до объектов представлены в табл. 1.2.

Источник

Для чего повышают напряжение при передаче переменного тока

Зачем поднимают напряжение для передачи электричества на большие расстояния?

Тема эта довольно избитая, но всё же я предложу на суд читателей и свой вариант статьи. Зачем? Обычно люди хорошо понимают объяснения, написанные людьми с созвучным им способом мышления. Поэтому легко понятное для одного человека описание может ввести в ступор другого при абсолютно равном интеллекте и опыте обоих. Поэтому, чем больше будет разных вариантов изложений, тем лучше.

Как обычно, я не буду упоминать лишних деталей, не относящихся к сути, и мешающих восприятию основного материала. Допущу некоторые упрощения. Статья не для профессионалов, конечно.

На примере розетки

Итак, генераторы на электростанциях вырабатывают электрическую энергию. Её передают по линиям электропередачи в наши дома, где мы её потребляем. Мы привыкли, что потребляемая нами электроэнергия базируется на напряжении 230 вольт и токе, обычно не превышающим 16 ампер на розетку (в зависимости от потребляемой мощности прибора, который мы воткнём в неё). Если мы воткнём в розетку нагреватель, вызывающий в сети ток 16 ампер, то это будет означать, что мы потребляем из сети мощность 230 В * 16 А = 3680 ватт. Запомним — мы потребляем не напряжение и не ток, а мощность. То есть, не вольты и не амперы, а ватты. Собственно, их нам и считает счётчик электроэнергии.

Ток 16 ампер, проходя от ввода в дом до розетки по проводам сечением, скажем, 2,5 мм², нагревает их. Чем больше ток или меньше сечение провода, тем больше нагрев, потому что несущим ток электронам приходится протискиваться через атомы проводника и постоянно соударяться с ними, что вызывает их (атомов) тепловые колебания (тепловые колебания кристаллической решётки, в которую выстроены эти атомы). Большему току (т.е. большему количеству электронов) нужно большее сечение провода, чтобы соударения распределялись в большем объёме и не вызывали перегрев.

Провод (особенно малого сечения) сам по себе является сопротивлением, и работает, как тот же нагреватель. То есть, при нагреве провода мы теряем на нём часть мощности, которую мы хотели бы довести до нагревателя.

Что можно сделать, чтобы передать ту же мощность от ввода в дом до розетки через то же сечение с меньшими потерями? Поскольку нагрев провода даёт именно проходящий по проводу ток, а не толкающее его напряжение, то, очевидно, нам и надо снизить ток, скомпенсировав это снижение поднятием напряжения.

Предположим, мы подняли на вводе в дом трансформатором напряжение с 230 вольт до 1000 вольт. Для передачи той же мощности нам достаточно будет тока 3680 Вт / 1000 В = 3,68 ампер вместо 16! Проверяем: 1000 В * 3,68 А = 3680 ватт. Но мы не можем просто так воткнуть наш нагреватель в 1000 вольт, поскольку его сопротивление таково, что сразу же вызовет огромный ток в сети, куда больше 16 А. Нам надо снова понизить напряжение перед розеткой до 230 вольт. То есть, поставить понижающий трансформатор. После этого мы сможем запитать нагреватель, и при этом экономить на снижении потерь в проводах внутри дома.

В магистральных линиях

Рассмотренная в предыдущей главе ситуация с поднятием напряжения на вводе в дом и опусканием его у каждой розетки, естественно, экономически нецелесообразна. Понадобится несколько трансформаторов, да и потери в самих трансформаторах превысят выигрыш от уменьшения потерь в проводах. Проще уж, наверное, положить провод толще или плюнуть на эти копеечные потери.

Однако, когда речь идёт о линиях длиной в километры, а то и в сотни километров — вот тогда потери на таких длинах настолько велики, что окупается и установка трансформаторов, и более высокие опоры с более эффективными изоляторами, да и все остальные издержки тоже. Чем длиннее линия, тем меньше ток для неё желателен, и тем выше напряжение для неё нужно.

Для непосредственного питания домов в посёлках и городах используются трансформаторные подстанции на 10/0,4 кВ. К ним подходит напряжение 10 кВ (10 000 В), а выходит на дома 0,4 кВ (400 В). При этом речь идёт о межфазном напряжении. Раньше те же посёлки запитывались через трансформаторы 6/0,38 кВ, но сейчас линии 6 кВ считаются устаревшими. Переход с 6 на 10 кВ позволил по тем же старым кабелям передавать к посёлкам бо́льшую мощность в связи с возрастанием энергонасыщенности домов.

Читайте также:  Технические характеристики ток вентиляторов

К трансформаторам, питающим конечных потребителей, также подводятся линии с напряжениями 20 и 35 кВ.

Существуют линии на 110, 220, 330, 500 и 750 кВ для связи вышестоящих энергообъектов. Линия на 1150 кВ у нас тоже была, но в настоящий момент работает только на 500 кВ. Потери на коронные разряды при 1150 вольтах оказались слишком большими.

Коронные разряды

В 1970-х годах разрабатывался проект линии напряжением 2200 кВ, но до его реализации дело не дошло. Одна из причин — те же самые коронные разряды, потери через которые увеличиваются с ростом напряжения.

На этом всё. Я очень старался написать понятно. Если у меня более-менее получилось получилось — ставьте лайки! 🙂

Пишите комментарии и подписывайтесь на канал! Удачи!

Источник



ПЕРЕДА́ЧА ЭЛЕКТРОЭНЕ́РГИИ

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 П. э. обу­слов­ле­на тем, что элек­тро­энер­гия вы­ра­ба­ты­ва­ет­ся круп­ны­ми элек­тро­стан­ция­ми, а по­треб­ля­ет­ся срав­нитель­но ма­ло­мощ­ны­ми при­ём­ни­ка­ми элек­тро­энер­гии, рас­пре­де­лён­ны­ми на зна­чит. тер­ри­то­рии, ча­сто су­щест­вен­но уда­лён­ной от элек­тро­стан­ций. От эф­фек­тив­но­сти П. э. за­ви­сит ра­бо­та еди­ных элек­тро­энер­ге­ти­че­ских сис­тем, ох­ва­ты­ваю­щих об­шир­ные тер­ри­то­рии.

В ком­плекс для пе­ре­да­чи пе­ре­мен­но­го то­ка вхо­дят: ли­ния элек­тро­пе­ре­да­чи, кон­це­вые и про­ме­жу­точ­ные под­стан­ции элек­три­че­ские с ком­му­та­ци­он­ной ап­па­ра­ту­рой, транс­фор­ма­то­ры и ав­то­транс­фор­ма­то­ры на этих под­стан­ци­ях, уст­рой­ст­ва про­доль­ной и по­пе­реч­ной ком­пен­са­ции (см. Ком­пен­си­рую­щие уст­рой­ст­ва), пе­ре­клю­ча­тель­ные пунк­ты (при не­об­хо­ди­мо­сти), уст­рой­ст­ва ре­лей­ной за­щи­ты и ав­то­ма­ти­ки, те­ле­мет­рии, свя­зи. Пе­ре­да­чи пе­ре­мен­ным то­ком мо­гут быть транс­порт­ны­ми и меж­сис­тем­ны­ми. Транс­порт­ная пе­ре­да­ча пред­на­зна­че­на для П. э. от уда­лён­ной элек­трич. стан­ции в при­ём­ную сис­те­му, меж­сис­тем­ная – для свя­зи отд. элек­тро­энер­ге­тич. сис­тем и об­ме­на элек­тро­энер­ги­ей ме­ж­ду ни­ми. По ЛЭП пе­ре­да­ют­ся по­то­ки мощ­но­сти, из­ме­ряе­мые сот­ня­ми и ты­ся­ча­ми МВт. Од­ной из осн. ха­рак­те­ри­стик элек­тро­пе­ре­да­чи яв­ля­ет­ся её про­пу­ск­ная спо­соб­ность, т. е. та наи­боль­шая мощ­ность, ко­то­рую мож­но пе­ре­дать по ЛЭП. П. э. свя­за­на с за­мет­ны­ми по­те­ря­ми, т. к. элек­трич. ток на­гре­ва­ет про­во­да ЛЭП. Мощ­ность $P$, пе­ре­да­вае­мая по ли­нии трёх­фаз­но­го то­ка при сим­мет­рич­ной на­груз­ке фаз,$$P=\sqrt<3>IU\cos φ,\tag1$$ где $I$ и $U$ – дей­ст­вую­щие зна­че­ния ли­ней­ной си­лы то­ка и ли­ней­но­го на­пря­же­ния, $φ$ – угол сдви­га фаз ме­ж­ду фаз­ным на­пря­же­ни­ем и си­лой то­ка.

Мощ­ность, те­ряе­мая в про­во­дах, $$P_l=3I^2R=3I^2\rho\frac,\tag2$$ или $$P_l=\frac<3P^2><3U^2\cos^2 \varphi>\rho\frac=\frac\rho\frac\tag3$$Здесь $R$ – на­груз­ка в элек­трич. це­пи, $ρ$ – удель­ное со­про­тив­ле­ние ма­те­риа­ла про­во­дов, $l$ – их дли­на, $S$ – пло­щадь по­пе­реч­но­го се­че­ния. Ана­ли­зи­руя вы­ра­же­ние (3), мож­но оты­скать пу­ти умень­ше­ния те­ряе­мой мощ­но­сти. Пе­ре­да­вае­мая мощ­ность $P$ и даль­ность пе­ре­да­чи энер­гии $l$ оп­ре­де­ля­ют­ся ус­ло­вия­ми элек­тро­пе­ре­да­чи. Эти ве­ли­чи­ны из­ме­нить не­воз­мож­но. Удель­ное со­про­тив­ле­ние $ρ$ за­ви­сит от ма­те­риа­ла, из ко­то­ро­го из­го­тов­лены про­во­да. На прак­ти­ке ис­поль­зу­ют­ся пре­им. ма­те­риа­лы с наи­мень­шим зна­че­ни­ем $ρ$ (медь, алю­ми­ний). Уве­ли­че­ние пло­ща­ди по­пе­реч­но­го се­че­ния про­во­дов ма­ло­эф­фек­тив­но; зна­чи­тель­ное их утол­ще­ние не­воз­мож­но из-за боль­шой мас­сы и стои­мо­сти ли­нии. По­это­му ос­та­ют­ся два пу­ти умень­ше­ния по­терь элек­трич. энер­гии: уве­ли­че­ние на­пря­же­ния в ЛЭП и по­вы­ше­ние ко­эф. мощ­но­сти. Ко­гда ко­эф. мощ­но­сти $\cos φ$ мал, часть энер­гии цир­ку­ли­ру­ет по про­во­дам от ге­не­ра­то­ра к по­тре­би­те­лям и об­рат­но, что при­во­дит к зна­чит. по­те­рям на на­гре­ва­ние про­во­дов. Пре­дель­ная пе­ре­да­вае­мая мощ­ность до­сти­га­ет­ся, ко­гда $\cos j=1$. Да­же при та­ком срав­ни­тель­но вы­со­ком ко­эф. мощ­но­сти, как $\cos φ=0,8$, по­те­ри в ЛЭП при­мер­но в 1,5 ра­за боль­ше, чем в слу­чае, ко­гда $\cos φ=1$. При совр. мас­шта­бах пе­ре­да­чи энер­гии по­вы­ше­ние зна­че­ния $\cos φ$ с 0,8 до 0,9 да­ло бы ог­ром­ную эко­но­мию мощ­но­сти, рав­ную мощ­но­сти не­сколь­ких круп­ных элек­тро­стан­ций. Од­на­ко гл. 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 элек­трич. 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.

Читайте также:  Смазка графитная проводит ток или нет

По­вы­ше­ние про­пу­ск­ной спо­соб­но­сти ЛЭП пе­ре­мен­но­го то­ка воз­мож­но и пу­тём усо­вер­шен­ст­во­ва­ния кон­ст­рук­ции ли­нии, а так­же по­сред­ст­вом вклю­че­ния разл. ком­пен­си­рую­щих уст­ройств. Уст­рой­ст­ва про­доль­ной ком­пен­са­ции при­ме­ня­ют­ся для по­вы­ше­ния про­пу­ск­ной спо­соб­но­сти пе­ре­да­чи. 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, ста­тич. ти­ри­стор­ные ком­пен­са­то­ры (уст­рой­ст­ва, ос­но­ван­ные на при­ме­не­нии си­ло­вой пре­об­ра­зо­ват. тех­ни­ки). Пе­ре­клю­ча­тель­ные пунк­ты пред­став­ля­ют со­бой про­ме­жу­точ­ную под­стан­цию без на­груз­ки, на ко­то­рой име­ют­ся толь­ко вы­клю­ча­те­ли вы­со­ко­го на­пря­же­ния, разъ­е­ди­ни­те­ли и за­зем­ли­те­ли, пред­на­зна­чен­ные для от­клю­че­ния отд. уча­ст­ков ка­ж­дой из це­пей про­тя­жён­ной ли­нии при по­вре­ж­де­ни­ях на дан­ном уча­ст­ке или для про­ве­де­ния на нём ре­монт­но-про­фи­лак­тич. ра­бот.

Наи­бо­лее пер­спек­тив­ным спо­со­бом пе­ре­да­чи элек­тро­энер­гии на даль­ние рас­стоя­ния яв­ля­ет­ся ис­поль­зо­ва­ние по­сто­ян­но­го то­ка. При П. э. 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, пре­об­ра­зо­ват. 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, сис­те­ма свя­зи. В элек­тро­пе­ре­да­чах по­сто­ян­но­го то­ка от­сут­ст­ву­ют мн. фак­то­ры, свой­ст­вен­ные элек­тро­пе­ре­да­чам пе­ре­мен­но­го то­ка и ог­ра­ни­чи­ваю­щие их про­пу­ск­ную спо­соб­ность (напр., 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 макс. 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. Осн. об­лас­ти при­ме­не­ния элек­тро­пе­ре­дач по­сто­ян­но­го то­ка: связь элек­тро­энер­ге­тич. сис­тем, ра­бо­таю­щих не­син­хрон­но или с разл. час­то­та­ми (объ­е­ди­не­ние круп­ных уда­лён­ных друг от дру­га энер­го­сис­тем); пе­ре­се­че­ние боль­ших вод­ных про­странств с по­мо­щью ка­бель­ных ли­ний и др. Ог­ра­ни­чен­ность при­ме­не­ния элек­тро­пе­ре­дач по­сто­ян­но­го то­ка свя­за­на гл. обр. с тех­нич. 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 ав­то­ма­тич. ре­гу­ли­ро­ва­ния и управ­ле­ния. (Ис­то­ри­че­скую справ­ку см. в ст. Ли­ния элек­тро­пе­ре­да­чи.)

Источник

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.

Передача электроэнергии на расстояние

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.

Схема передачи электроэнергии

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.

Читайте также:  Используя правило буравчика определите направление тока в проводниках

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.

Передача электроэнергии с использованием трансформатора

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 стало возможным строительство сверхмощных электростанций и полное использование их энергии.

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.

Источник