Waarom de transmissie van elektriciteit over een afstand plaatsvindt bij verhoogde spanning

Tegenwoordig wordt de overdracht van elektrische energie over een afstand altijd uitgevoerd met een verhoogde spanning, die wordt gemeten in tientallen en honderden kilovolts. Over de hele wereld wekken energiecentrales van verschillende typen gigawatt aan elektriciteit op. Deze elektriciteit wordt in steden en dorpen gedistribueerd met behulp van draden die we bijvoorbeeld op snelwegen en spoorwegen zien, waar ze steevast op hoge palen met lange isolatoren zijn bevestigd. Maar waarom is transmissie altijd hoogspanning? Daar praten we later over.

Stel je voor dat je over een afstand van 10 kilometer elektrische energie moet overbrengen via draden van minimaal 1000 watt in de vorm van wisselstroom met minimale vermogensverliezen, een krachtige kilowatt schijnwerper. Wat ga je doen? Uiteraard zal de spanning op de een of andere manier moeten worden omgezet, verlaagd of verhoogd. behulp van een transformator.

Stel dat een bron (een kleine benzinegenerator) een spanning van 220 volt produceert, terwijl u beschikt over een tweeaderige koperen kabel met een doorsnede van elke kern van 35 vierkante mm. Over 10 kilometer geeft zo'n kabel een actieve weerstand van ongeveer 10 ohm.

Een belasting van 1 kW heeft een weerstand van ongeveer 50 Ohm. En wat als de uitgezonden spanning op 220 volt blijft? Dit betekent dat een zesde van de spanning zal (vallen) op de transmissiedraad, die op ongeveer 36 volt zal zijn. Dus ongeveer 130 W ging onderweg verloren - ze warmden alleen de zenddraden op. En op de schijnwerpers krijgen we geen 220 volt, maar 183 volt. De transmissie-efficiëntie bleek 87% te zijn, en dit negeert nog steeds de inductieve weerstand van de verzendende draden.

Feit is dat actieve verliezen in transmissiedraden altijd recht evenredig zijn met het kwadraat van de stroom (zie De wet van Ohm). Daarom, als de overdracht van hetzelfde vermogen wordt uitgevoerd bij een hogere spanning, zal de spanningsval op de draden niet zo'n nadelige factor zijn.

Laten we nu uitgaan van een andere situatie. We hebben dezelfde benzinegenerator die 220 volt produceert, dezelfde 10 kilometer draad met een actieve weerstand van 10 ohm en dezelfde schijnwerpers van 1 kW, maar daar bovenop zijn er nog twee kilowatt-transformatoren, waarvan de eerste 220 -22000 versterkt volt. Gelegen in de buurt van de generator en daarmee verbonden via een laagspanningsspoel en via een hoogspanningsspoel - verbonden met de transmissiedraden. En de tweede transformator, op een afstand van 10 kilometer, is een step-down transformator van 22000-220 volt, naar de laagspanningsspoel waarop een schijnwerper is aangesloten, en de hoogspanningsspoel wordt gevoed door de transmissiedraden.

Dus met een laadvermogen van 1000 watt bij een spanning van 22000 volt, zal de stroom in de zenddraad (hier kunt u het doen zonder rekening te houden met de reactieve component) slechts 45 mA zijn, wat betekent dat 36 volt niet zal vallen het (zoals het was zonder transformatoren), maar slechts 0,45 volt! De verliezen zullen niet langer 130 W zijn, maar slechts 20 mW. De efficiëntie van een dergelijke transmissie bij verhoogde spanning zal 99,99% zijn. Dit is de reden waarom overspanning effectiever is.

In ons voorbeeld wordt de situatie grof beschouwd en het gebruik van dure transformatoren voor zo'n eenvoudig huishoudelijk doel zou zeker een ongepaste oplossing zijn. Maar op de schaal van landen en zelfs regio's, als het gaat om afstanden van honderden kilometers en enorme uitgezonden vermogens, zijn de kosten van elektriciteit die verloren kan gaan duizend keer hoger dan alle kosten van transformatoren. Daarom wordt bij het verzenden van elektriciteit over een afstand altijd een verhoogde spanning toegepast, gemeten in honderden kilovolts, om vermogensverliezen tijdens het verzenden te verminderen.

De continue groei van het elektriciteitsverbruik, de concentratie van productiecapaciteit in elektriciteitscentrales, de vermindering van vrije gebieden, de aanscherping van milieueisen, inflatie en de stijging van de grondprijzen, evenals een aantal andere factoren, dicteren sterk de toename in de transmissiecapaciteit van elektriciteitstransmissielijnen.

De ontwerpen van verschillende hoogspanningslijnen worden hier besproken: Het apparaat van verschillende hoogspanningslijnen met verschillende spanning

De onderlinge verbinding van energiesystemen, de toename van de capaciteit van energiecentrales en systemen als geheel gaan gepaard met een toename van de afstanden en energiestromen die langs de hoogspanningslijn worden overgedragen.Zonder krachtige hoogspanningslijnen is het onmogelijk om energie te leveren vanuit moderne grote energiecentrales.

Eenvormig energiesysteem maakt het mogelijk om de overdracht van reservevermogen te verzekeren naar die gebieden waar er behoefte aan is, in verband met reparatiewerkzaamheden of noodsituaties, het zal mogelijk zijn om overtollig vermogen van west naar oost over te brengen of vice versa, vanwege de verandering van de riem op tijd.

Dankzij langeafstandstransmissies werd het mogelijk om superkrachtcentrales te bouwen en hun energie volledig te benutten.

Investeringen voor het transporteren van 1 kW vermogen over een bepaalde afstand bij een spanning van 500 kV zijn 3,5 keer lager dan bij een spanning van 220 kV en 30 tot 40% lager dan bij een spanning van 330 tot 400 kV.

De kosten voor het overbrengen van 1 kW • h energie bij een spanning van 500 kV zijn twee keer lager dan bij een spanning van 220 kV, en 33 tot 40% lager dan bij een spanning van 330 of 400 kV. De technische mogelijkheden van 500 kV spanning (natuurlijk vermogen, transmissieafstand) zijn 2 tot 2,5 keer hoger dan die van 330 kV en 1,5 keer hoger dan 400 kV.

Een 220 kV-lijn kan een vermogen van 200 - 250 MW transporteren op een afstand van 200 - 250 km, een 330 kV-lijn - een vermogen van 400 - 500 MW op een afstand van 500 km, een 400 kV-lijn - een vermogen van 600 — 700 MW op een afstand tot 900 km. De spanning van 500 kV zorgt voor een vermogenstransmissie van 750 - 1000 MW via één circuit op een afstand van maximaal 1000 - 1200 km.