- Високо напрежение като начин за намаляване на загубите
- Класификация на захранващата линия
- Методи за пренос на енергия
- DC ток като алтернатива
Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!
Електричеството не се прилага за кумулативни ресурси. Към днешна дата няма ефективни технологии, които да позволяват натрупването на енергия, генерирана от генераторите, така че прехвърлянето на електроенергия към потребителите е належаща задача. Цената на ресурса включва разходите за неговото производство, загубите по време на транспортиране и разходите за монтаж и поддръжка на преносни линии. В този случай ефективността на захранващата система зависи пряко от трансмисионната схема.
Високо напрежение като начин за намаляване на загубите
Въпреки факта, че във вътрешните мрежи на повечето потребители, като правило, 220/380 V, електричеството се предава към тях чрез високоволтови магистрали и намалява на трансформаторни подстанции. За такава схема на работа има основателна причина, фактът, че най-големият дял от загубите идва от нагряването на кабели.
Загубата на мощност се описва със следната формула: Q = I 2 * R l,
където I е силата на тока, минаваща през линията, R L е неговото съпротивление.
Въз основа на горната формула можем да заключим, че разходите могат да бъдат намалени чрез намаляване на съпротивлението в електропроводите или чрез намаляване на силата на тока. В първия случай ще бъде необходимо да се увеличи напречното сечение на жицата, това е неприемливо, тъй като ще доведе до значително увеличение на цената на преносните линии. Избирайки втората опция, ще трябва да увеличите напрежението, т.е. въвеждането на високоволтови електропроводи води до намаляване на загубата на мощност.
Класификация на захранващата линия
В енергетиката е обичайно да се разделят електропроводите на видове в зависимост от следните показатели:
- Конструктивни характеристики на линиите, извършващи пренос на електроенергия. В зависимост от версията, те могат да бъдат два вида:
- По въздух . Предаването на електроенергия се извършва с помощта на кабели, които са окачени от опори.
Въздушни електропроводи - Кабел. Този метод на монтаж включва поставяне на кабелни линии директно в земята или в инженерни системи, специално проектирани за тази цел.
Разпределение на кабелната канализация на блока
- Напрежение. В зависимост от величината на преносните линии напрежението обикновено се класифицира в следните типове:
- Ниско напрежение, те включват всички въздушни линии с напрежение не повече от 1 kV.
- Средна - от 1 до 35 kV.
- Високоволтно - 110.0-220.0 kV.
- Свръхвисоко напрежение - 330.0-750.0 kV.
- Ултра-високо напрежение - повече от 750 kV.
Ултра-високоволтова електропровод Екибастуз-Кокчетав 1150 kV
- Разделянето по вид на тока при пренос на електроенергия може да бъде променливо и постоянно. Първият вариант е по-често срещан, тъй като електроцентралите обикновено са оборудвани с алтернатори. Но за да се намали загубата на енергия от енергията, особено при голямо разстояние на предаване, втората опция е по-ефективна. По-долу ще бъде описан начинът на организиране на преносните схеми на електричество в двата случая, както и предимствата на всяка от тях.
- Класификация в зависимост от дестинацията . За тази цел следните категории:
- Линии от 500.0 kV за свръх дълги разстояния. Такива въздушни линии свързват отделни енергийни системи.
- Електропроводни линии от основно предназначение (220.0-330.0 kV). С помощта на тези линии се осъществява преносът на електроенергия, генерирана на мощни водноелектрически централи, топлоелектрически централи и атомни електроцентрали, както и тяхното интегриране в единна електрическа мрежа.
- LEP 35-150 kV принадлежат към разпределението. Те служат за доставка на електроенергия до големи промишлени обекти, за свързване на регионални разпределителни пунктове и др.
- Електрическите линии с напрежение до 20, 0 kV се използват за свързване на потребителски групи към електрическата мрежа.
Методи за пренос на енергия
Извършване на пренос на електроенергия по два начина:
- Метод на пряко предаване.
- Трансформиране на електричеството в друг вид енергия.
В първия случай електроенергията се предава чрез проводници, които действат като проводник или проводяща среда. Този метод на предаване се използва при въздушни и кабелни линии. Превръщането на електроенергията в друга форма на енергия отваря перспективите за безжичното снабдяване на потребителите. Това ще позволи да се изоставят електропроводите и съответно от разходите, свързани с тяхната инсталация и поддръжка. По-долу са обещаващи безжични технологии, които се разработват за подобряване.
За съжаление в момента възможностите за безжично транспортиране на електроенергия са много ограничени, така че е твърде рано да се говори за ефективна алтернатива на метода на прякото предаване. Изследователската работа в тази посока ни позволява да се надяваме, че решение ще бъде намерено в близко бъдеще.
Схемата за пренос на енергия от електроцентралата към потребителя
Фигурата по-долу показва типични схеми, от които първите две се отнасят до отворения изглед, а останалите до затворения. Разликата между тях се състои в това, че отворените конфигурации не са излишни, т.е. те нямат резервни линии, които могат да се активират при критично нарастване на електрическия товар.
Легенда:
- Радиална схема, в единия край на линията е електроцентрала, произвеждаща енергия, а на втория - консуматора или разпределителното устройство.
- Основната версия на радиалната схема, разликата от предишната версия е наличието на кранове между началните и крайните точки на предаване.
- Основната верига с мощност в двата края на електропроводите.
- Конфигурация на типа звънене.
- Основа с резервна линия (двойна линия).
- Усложнена затворена конфигурация. Подобни схеми се използват при свързване на отговорни потребители.
Сега нека разгледаме по-подробно радиалната схема за прехвърляне на произведената електроенергия чрез AC и DC LEP.
Легенда:
- Генераторът, в който генерирам електричество със синусоидална характеристика.
- Подстанция с увеличаващ се трифазен трансформатор.
- Подстанция с трансформатор, която намалява напрежението на трифазен променлив ток.
- Огъване за предаване на електроенергия към разпределителната уредба.
- Токоизправител, т.е. устройство, което превръща трифазния променлив ток в постоянен ток.
- Инверторната единица, нейната задача е да образува постоянно синусоидално напрежение.
Както може да се види от диаграмата (А), електроенергията се захранва от енергийния източник към увеличаващия се трансформатор, след което електричеството се транспортира на дълги разстояния с помощта на въздушни електропроводи. В крайната точка линията е свързана с понижаващ трансформатор и преминава от нея към разпределителя.
Методът на предаване на електричество под формата на постоянен ток (В на фиг. 6) от предишния кръг се характеризира с наличието на два конверторни блока (5 и 6).
Затваряйки темата на раздела, за по-голяма яснота, представяме опростена версия на схемата на градската мрежа.
Легенда:
- Електроцентрала, където се произвежда електричество.
- Подстанция за повишаване на напрежението, за да се гарантира висока ефективност на предаване на дълги разстояния.
- Енергийни линии с високо напрежение (35.0-750.0 kV).
- Подстанция с понижаващи функции (изход 6.0-10.0 kV).
- Точка на разпределение на електроенергия.
- Захранващи кабелни линии.
- Централната подстанция на промишлено съоръжение служи за намаляване на напрежението до 0, 40 kV.
- Радиални или магистрални кабелни линии.
- Въвеждащ щит в стаята на работилницата.
- Областна разпределителна подстанция.
- Радиална или кабелна линия на кабела.
- Подстанция, намаляваща напрежението до 0, 40 kV.
- Въвеждащ щит на жилищна сграда, за свързване на вътрешната електрическа мрежа.
Предаване на енергия на дълги разстояния
Основният проблем, свързан с тази задача, е увеличаването на загубите с увеличаване на дължината на електропроводите. Както бе споменато по-горе, за да се намали консумацията на енергия за пренос на електроенергия, намалява силата на тока чрез увеличаване на напрежението. За съжаление, това решение поражда нови проблеми, един от които е изхвърлянето на короните.
От гледна точка на икономическата осъществимост, загубите във VL не трябва да надвишават 10%. По-долу е дадена таблица, която показва максималната дължина на линиите, които отговарят на условията за рентабилност.
Таблица 1. Максималната дължина на преносните линии, отчитаща рентабилността (не повече от 10% загуба)
| OHL (kV) на напрежението | Дължина (км) |
| 0.40 | 1.0 |
| 10.0 | 25.0 |
| 35.0 | 100, 0 |
| 110, 0 | 300, 0 |
| 220, 0 | 700, 0 |
| 500, 0 | 2300.0 |
| 1150.0 * | 4500.0 * |
* - понастоящем въздушните електропроводи свръхвисоко напрежение се прехвърлят за работа с напрежение половината от номиналната (500.0 kV).
DC ток като алтернатива
Като алтернатива на AC предаването на дълги разстояния, може да се помисли за въздушни линии с постоянно напрежение. Такива електропроводи имат следните предимства:
- Дължината на въздушната линия не влияе на мощността, а максималната й стойност е значително по-висока от тази на електропроводи с променливо напрежение. С увеличаване на потреблението на електроенергия (до определен лимит) е възможно да се направи без модернизация.
- Статичната стабилност може да бъде пренебрегната.
- Няма нужда да се синхронизират свързаните енергийни системи по честота.
- Възможно е да се организира предаването на електроенергия чрез двупроводна или еднопроводна линия, което значително опростява дизайна.
- По-малко влияние на електромагнитните вълни върху комуникациите.
- На практика няма генериране на реактивна мощност.
Въпреки изброените възможности на електропроводи за постоянен ток, такива линии не са широко разпространени. На първо място, това се дължи на високата цена на оборудването, необходимо за преобразуване на синусоидалното напрежение в постоянно напрежение. DC генераторите почти никога не се използват, с изключение на електроцентралите, задвижвани със слънчева енергия.
С инверсия (процесът е напълно противоположен на изправяне), всичко също не е просто, трябва да завършите пиенето на висококачествени синусоидални характеристики, което значително увеличава цената на оборудването. Освен това е необходимо да се вземат предвид проблемите с организирането на излитане и ниската рентабилност с дължината на въздушните линии под 1000-1500 км.
Накратко за свръхпроводимостта.
Съпротивлението на проводниците може да бъде значително намалено чрез охлаждането им до ултра-ниски температури. Това ще позволи да се повиши ефективността на преноса на електроенергия на качествено ново ниво и да се увеличи дължината на линиите за използване на електроенергия на голямо разстояние от мястото на неговото производство. За съжаление, наличните в момента технологии не могат да позволят използването на свръхпроводимост за тези цели поради икономическа нецелесъобразност.