Как осуществляется передача электроэнергии на большие расстояния

Параграф 40 Ответы на вопросы ГДЗ Мякишев 11 класс (Физика)

Изображение Как осуществляется передача электроэнергии на большие расстояния?B чем преимущества передачи энергии на большие расстояния при использовании постоянного.

*Цитирирование задания со ссылкой на учебник производится исключительно в учебных целях для лучшего понимания разбора решения задания.

*размещая тексты в комментариях ниже, вы автоматически соглашаетесь с пользовательским соглашением

ПРОБЛЕМА ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА БОЛЬШИЕ РАССТОЯНИЯ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Молоканов А.А.

Важнейшей задачей, которую приходится постоянно решать энергетическому комплексу, является передача электроэнергии на расстоянии.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

PROBLEM OF ELECTRIC POWER TRANSMISSION LONG DISTANCES

The most important task that constantly has to be solved by the energy complex is the transmission of electricity at a distance.

Текст научной работы на тему «ПРОБЛЕМА ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА БОЛЬШИЕ РАССТОЯНИЯ»

Молоканов А.А. студент 4-го курса

Тамбовский Государственный Технический Университет

Россия, г. Тамбов ПРОБЛЕМА ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА БОЛЬШИЕ РАССТОЯНИЯ

Аннотация: важнейшей задачей, которую приходится постоянно решать энергетическому комплексу, является передача электроэнергии на расстоянии.

Ключевые слова: электроэнергетика, передача электроэнергии, потери электроэнергии.

4rd year student Tambov State Technical University

Russia, Tambov PROBLEM OF ELECTRIC POWER TRANSMISSION LONG DISTANCES

Annotation: the most important task that constantly has to be solved by the energy complex is the transmission of electricity at a distance.

Keywords: electric power industry, electric power transmission, electric power losses.

Обычно передача электроэнергии осуществляется между электростанцией и подстанцией в непосредственной близости от населенного пункта. Это отличается от распределения электроэнергии, которое связано с доставкой от подстанции до потребителей. Из-за большого количества потребляемой мощности передача обычно происходит при высоком напряжении (110 кВ или выше). Электричество обычно передается на большие расстояния по воздушным линиям электропередачи (например, на фото справа). Мощность передается под землей в густонаселенных районах (например, в крупных городах), но ее обычно избегают из-за высоких емкостных и резистивных потерь.

Передача переменного тока — это передача электроэнергии переменным током. Обычно линии передачи используют трехфазный переменный ток. В электрических железных дорогах в качестве тягового тока для тяги железной дороги иногда используется однофазный переменный ток.

Сегодня считается, что напряжения на уровне передачи составляют 110 кВ и выше. Более низкие напряжения, такие как 35 кВ и 10 кВ, обычно считаются субпередающими напряжениями, но иногда используются на длинных линиях с малыми нагрузками. Напряжения менее 10 кВ обычно используются для распределения. Напряжения выше 220 кВ считаются сверхвысокими и требуют другой конструкции по сравнению с

оборудованием, используемым при более низких напряжениях.

Система передачи энергии иногда упоминается в разговорной речи как «сетка». Однако по соображениям экономии сеть редко является сеткой (полностью подключенной сетью) в математическом смысле. Предусмотрены резервные пути и линии, чтобы можно было направлять электроэнергию от любой электростанции к любому центру нагрузки по различным маршрутам, исходя из экономичности пути передачи и стоимости электроэнергии. Передающие компании проводят большой анализ, чтобы определить максимально надежную пропускную способность каждой линии, которая из -за соображений стабильности системы может быть меньше физического предела линии. Дерегулирование электроэнергетических компаний во многих странах привело к возобновлению интереса к надежному экономическому проектированию сетей электропередачи.

Проблема потерь при передаче электроэнергии на большие расстояния не новая, но и в настоящее время не решена полностью и доставляет ряд неудобств:

— Электроэнергию нельзя передавать на большие расстояния из-за потерь. Примерно 20% выработанной энергии теряется при передаче.

— Энергию нельзя консервировать.

— Производят электроэнергию на электростанциях, которые находятся возле источников сырья.

— С увеличением расстояния, на которое необходимо передать электроэнергию увеличивается и ее стоимость.

1. Современные провода, которые должны удовлетворять следующим требованиям:

— максимально высокая электропроводность;

— максимально высокая механическая прочность;

— низкий вес; — устойчивость к высоким температурам;

— малые температурные удлинения;

— устойчивость к старению и ветровым воздействиям.

Условия выполнения вышеописанных требований являются взаимоисключающими, поскольку, например, наилучшая

электропроводность обеспечивается при наивысшей чистоте алюминия, однако при этом значительно снижается прочность. Поэтому для получения необходимой температурной устойчивости рассматривается применение дисперсионно-твердеющих материалов, циркониевых сплавов, композитных и других материалов, получением и внедрением волокон оксида алюминия.

Преимуществами данного решения являются:

— Надежность и качество новых проводов.

По сравнению со строительством дополнительных ЛЭП и заменой проводов на большие поперечные сечения, данное решение действительно менее затратное.

2. Использование холодных проводов.

Потери электрической энергии в проводе зависят помимо напряжения еще и от материала провода. Сверхпроводящие материалы обладают почти нулевым сопротивлением, что теоретически позволяет передавать электрическую энергию без потерь на большие расстояния. Минусом использования данной технологии является: — необходимость постоянного охлаждения линии, что иногда приводит к тому, что стоимость системы охлаждения значительно превышает потери электрической энергии при использовании обычного не сверхпроводимого материала.

3. Беспроводная передача электроэнергии Идея заключается в синхронной работе генератора и приемника. При достижении резонанса возбуждаемое переменное магнитное поле излучателем в приемнике преобразуется в электрический ток.

К сожалению, современный уровень развития технологий не позволяет эффективно использовать сверхпроводящие материалы и технологию беспроводной передачи электрической энергии.

Представленные варианты решения проблемы передачи электроэнергии являются прогрессивным, свежим взглядом на старые проблемы, они не лишены минусов, но эти способы, безусловно, являются приоритетным вектором развития в электроэнергетике.

1. Барыбин Ю.Г. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования. М.: Энергоатомиздат. 1991.

Принцип передачи электроэнергии от подстанции до потребителя

Для того чтобы электричество попало к вам в дом оно проходит через километры линий электропередач. Система энергоснабжения начинается от электрической станции и заканчивается у потребителя. Между этими пунктами электричество проходит через трансформатор, предназначенный для повышения напряжения, линии электропередач (ЛЭП), понижающий трансформатор и распределяющий элемент(РУ).

Проблемы с передачей электроэнергии начались еще в далеком 19 веке. На тот момент активно развивались города, появлялась новая инфраструктура, что и стало причиной нехватки топлива. За счет большой потребности городов в топливе оно заметно дорожало, так же причиной роста цен на топливо послужило то, что доставлялось оно издалека. Тогда и вспыхнул огромный интерес инженеров к электроэнергии. Люди понимали, что данный вид энергии является самым удобным за счет возможности преобразовывать ее в механическую или тепловую энергию.

Самые первые станции, снабжающие электрической энергией, были необходимы для возможности обеспечения в относительно небольших городах, куда по-другому подать электричество было затруднительно. Основными элементами теплоэлектростанции были парогенератор и генератор вырабатывающий электрический ток. Первая электростанция, построенная для освещения города была возведена в конце 19 века городе Нью-Йорк.

Несмотря на такой значимый для человечества шаг вперед все осознавали, что набирающую темпы проблему в острой необходимости городов в топливе так не решить. Причиной этому являлось то, что находящиеся в городах электростанции были локальными и сильно зависели от топлива. Уголь для электростанций доставлялся из разных уголков страны, это вернуло проблему в доставке топлива, от которой все так хотели уйти. Первые попытки передать электричество на расстояние предпринимались еще до постройки первой электростанции в 1882 году. Суть опытов заключалось в том, что постоянный ток пытались передать по проводу от генератора постоянного тока до потребителя, но как только длина провода превышала несколько сотен метров мощность электрического тока значительно падала, причиной этому были большие потери в проводнике.

Закон Джоуля-Ленца гласит, что мощность имеет прямо пропорциональную зависимость зависит от сопротивления проводника. Следовательно, что чем длиннее линия, тем выше сопротивление, а высокое сопротивление является причиной больших потерь.

Главной целью ученых физиков на тот момент было снизить потери в проводнике. Для этого было принято увеличить сечение проводников, тем самым снижая сопротивление и потери или повысить напряжение в сети.

Первый вариант повышает стоимость проводов, поэтому инженерами было принято прибегнуть ко второму решению проблемы. Повысить напряжение.

Сегодня ток переменного характера пользуется популярностью. Это легко объяснить тем, что при помощи такого тока проще передавать на большие расстояния и лучше преобразовывать с минимальными потерями. Электроснабжение городов трехфазное. ЛЭП в современном городе состоит из трех фаз, такая система называется трехфазной. Первооткрывателем такой системы является Данила-Добровольский.

Всего существует два возможных варианта линий электропередач их различие заключается в расположении. Воздушные линии размещаются над уровнем земли, кабельные предназначены для установки под землей.

Структурная схема снабжения города или другого населенного пункта электроэнергией состоит из нескольких элементов. Электрическая станция вырабатывает необходимое количество электричества, которое по ЛЭП отправляется к повышающему трансформатору для изменения параметров сети. Там, повышается напряжение сети для уменьшения потерь на передачу электричества к понижающему трансформатору, который находится ближе к населенному пункту. В нем электричество понижается до необходимых значений и так же по ЛЭП движется к РУ, где и распределяется по населенному пункту.

Распределительное устройство отличается значениями, до которых оно понижает напряжение сети. Например, для сети 220 кВ поступающей с понижающего трансформатора РУ способно понизить напряжение до 35 кВ. Делается это для того, чтобы передать электричество в распределительный пункт, где оно будет понижено до 220-380 вольт.

Благодаря кабельным линиям связи электричество поступает в пункт распределения электричества. Там оно может преобразовываться в другое напряжение, к примеру трехфазное.

Электрические подстанции подразделяются на несколько видов, один из них – это подстанции глубокого ввода. Такая станция является центром питания и расположена преимущественно максимально близко к потребителям электроэнергии.

В жилых или общественных зданиях самым экономичным считается соединение с глухо заземленной нейтралью. Смысл такого соединения заключается в том, что нейтраль генератора трехфазного напряжения соединяют с заземляющим устройством.

Читайте так же

Национальные электрические сети
Локальные электрические сети

Наша продукция

Опоры типа СВ
Опоры типа СК
Фундамент под опоры

Передача электроэнергии на большие расстояния

Звезда активна

Передача новостей на большие расстояния всего пару сотен лет назад казалась чем-то из области фантастики. Время почтовых голубей, издревле использовавшихся римлянами, персами, и египтянами, прошло после изобретения телеграфной связи. С уверенностью можно сказать, что с передачей энергии на большие дистанции в те же периоды истории дела обстояли гораздо хуже. Проводники с высоким сопротивлением, низкое напряжение, серьезная коммерческая борьба за использование постоянного тока – лишь некоторые из факторов, тормозивших развитие электрических систем и сетей.

Ни для кого не секрет, что энергетику можно назвать достаточно консервативной отраслью. Если сравнивать скорость развития тепло- и электроэнергетики с прогрессом в информационных технологиях за одинаковые периоды времени, то разница чувствуется особенно резко. Окружающие нас сенсорные дисплеи с ультравысоким разрешением, искусственный интеллект, повсеместный и универсальный доступ к сети Интернет заметно развились с начала этого столетия. Однако опоры линий электропередачи (ЛЭП) до сих пор несут на себе тысячи километров сталеалюминиевыех проводов, перегрузки предотвращаются автоматическими выключателями, не сильно изменившимися за последние 70 лет. Суперпроводники, работающие при комнатной температуре, так и остались артефактами на страницах научных журналов и научно-популярной литературы. Чем же вызвана кажущаяся неповоротливость энергетики? Какие факторы на это влияют? И как вообще происходит передача электроэнергии на большие расстояния? Обо всем по порядку.

Как отмечалось выше, исторически сложилось, что изначально сторонников передачи электричества с использованием постоянного тока было больше. Такой перевес не был обусловлен точными расчетами, имела место пропаганда в СМИ и реклама. Почему же сейчас в контексте передачи электроэнергии мы слышим лишь о переменном токе?

Все начинается с электростанций. И для производителей, и для потребителей электроэнергии экономически выгодно иметь один централизованной источник энергии, а не множество разрозненных. От таких центров питания финансово целесообразно прокладывать ЛЭП к потребителям. Как известно, мощность (а в каждый момент времени по проводам передается именно мощность) равна произведению напряжения на ток. Для получения одной и той же мощности можно либо увеличить ток и снизить напряжение, либо сделать наоборот.

Случай с низким напряжением и высоким током очень неэффективный, при такой стратегии потери электроэнергии на длинных ЛЭП могут составлять 60 и более процентов. Случай с высоким напряжением и низким током гораздо более выгодный. При использовании постоянного тока увеличение уровня напряжения составляет серьезную проблему, а вот с переменным этого добиться очень просто. Трансформаторы – это электрические машины, преобразующие электрическую мощность с низкого напряжения в мощность с высоким напряжением. Чем длиннее ЛЭП, тем под более высоким напряжением находятся ее провода. Кроме того, бесчисленное количество заводов и предприятий используют электродвигатели. Двигатели постоянного тока в сравнении с двигателями переменного тока безусловно проигрывают: их КПД ниже, в них больше трущихся частей, их конструкция сложнее. Поэтому большинство электродвигателей в мире – это двигатели переменного тока.

Теперь, зная ответ на вопрос, почему победа осталась за переменным током, можно взглянуть на энергосистему с большей высоты. Различные электростанции в разных уголках планеты производят электричество. Говоря упрощенно, от электрогенераторов на станциях провода тянутся к трансформаторной подстанции (ТП), повышающей напряжение до 35, 110, 330, или 750 кВ. Провода на опорах оттуда тянутся к потребителям – в города и на заводы, где напряжение снова понижается на понижающих ТП до уровня, необходимого потребителю. Это напряжения в 0.4, 1, 10 кВ. Точка, в которой соединяются две и более ЛЭП, называется электрической подстанцией. Таким образом различные электростанции одной страны связываются в одну энергосистему, а энергосистемы разных стран – в объединенную энергосистему.

Трансформатор на подстанции

Передача энергии на большие расстояния – это всегда вопрос компромисса. Что выгоднее: строить новую электростанцию или прокладывать ЛЭП от существующих станций на огромное расстояние? Например, суммарная протяженность ЛЭП в Беларуси на начало 2019 года составляла почти 280 000 км. Где и как строить линию электропередачи? При монтаже опор огромное значение играет рельеф местности и характер грунта, а также наличие населенных пунктов, дорог и деревьев.

От потребляемой мощности зависит напряжение сети. От мощности, напряжения, и, как ни странно, погоды зависит выбор проводов, изоляторов и опор. При строительстве энергоемких предприятий надо решить: питаться от существующей подстанции или монтировать ТП в цеху? В целом при строительстве объектов решается вопрос о категории электроснабжения, то есть нужно ли прокладывать резервные линии и если да, то сколько? Отдельный и сложный вопрос представляет собой устойчивость энергосистемы, то есть ее способность функционировать, когда пропадает питание от электростанций или ЛЭП вследствие запланированного ремонта или аварии.

На данный момент принимается множество решений для модернизации энергосистем, например, привычные провода заменяют на алюминиевые с композитным тросом вместо стального. Это уменьшает провис проводов, увеличивает безопасную зону вокруг ЛЭП и их надежность. В целом же человечество еще не вышло на революционно новые методы производства и передачи электроэнергии.

Пожалуй, можно сказать, что в современном мире электроэнергетика находится на третьем месте после воздуха и воды. Миллионы километров проводов и кабелей смонтированы, огромные генераторы (диаметром до 16 метров) прочно закреплены на земной поверхности, это и объясняет вынужденную неповоротливость и стратегическую важность высоковольтной электроэнергетики.

Для обслуживания и проверки ЛЭП и электрических сетей существуют лаборатории электрофизических измерений. К таким, например, относится компания «ТМРсила-М», имеющая многолетний опыт работы в энергетике и сформированная из опытных специалистов.