Передача струму на великі відстані. На які відстані ефективно передавати електроенергію? Плюси і мінуси

процес передачі електричної енергіївже давно не викликає у нас здивування. Електрика настільки міцно увійшло в наше життя, що уявити собі ситуацію, коли його немає, для більшості з нас майже не можливо. За останні десятиліття були прокладені мільйони кілометрів проводів. Вартість робіт по введенню їх в роботу і експлуатації становить трильйони рублів. Але навіщо будувати протяжні ЛЕП, коли можна у кожного споживача поставити генератор? Чи є залежність між довжиною ЛЕП і якістю переданої електроенергії? На ці та інші питання я і спробую відповісти.

Редакція ПМ

Провід й генератори

Прихильники розподіленої генерації вважають, що майбутнє енергетики полягає в використанні невеликих генеруючих пристроїв кожним споживачем. Можна подумати, що такі звичні нам опори ЛЕП доживають свої останні дні. Спробую встати на захист «бабусь» ЛЕП і розглянути ті плюси, які отримує енергосистема при будівництві протяжних ліній електропередачі.

По-перше, транспорт електричної енергії безпосередньо конкурує з транспортом палива по залізниці, нафто- і газопроводів. При їх віддаленості або відсутності будівництво ліній електропередачі є єдиним оптимальним рішенням для енергопостачання.

По-друге, в електротехніці приділяється пильна увага резервування потужності. Згідно з правилами проектування енергосистем, резерв повинен забезпечувати роботу енергосистеми при втраті будь-якого її елемента. Зараз цей принцип називається «N-1». Для двох ізольованих систем сумарний резерв буде більше, ніж для пов'язаних, а менший резерв - це менша кількість грошей, витрачених на дороге електрообладнання.

По-третє, економія досягається за рахунок більш грамотного управління енергоресурсами. Атомні електростанції, гідроелектростанції (за винятком малої генерації) зі зрозумілих причин часто розташовані на віддалі від великих міст і поселень. Без ліній електропередачі «мирний атом» і гідроелектроенергія не були б використані за їх прямим призначенням. Розгалужена енергосистема також дозволяє оптимізувати завантаження та інших видів електростанцій. Ключ до оптимізації - управління чергою завантаження. Спочатку завантажуються електростанції з більш дешевим виробництвом кожного кВт * год, потім вже електростанції з більш дорогим. Не варто забувати і про часові пояси! Коли в Москві пік енергоспоживання, в Якутську цей показник невеликий. Віддаючи дешеву електроенергію в різні часові пояси, ми стабілізуємо завантаження генераторів і зводимо до мінімуму витрати виробництва електрики.

Не варто забувати і про кінцевого споживача - чим більше у нас можливостей доставити до нього електричну енергію від різних джерел, Тим менша ймовірність, що коли-небудь його енергопостачання перерветься.

До мінусів побудови розгалуженої електромережі можна віднести: складне диспетчерське управління, важке завдання автоматичного управління і роботи релейного захисту, поява необхідності додаткового контролю і регулювання частоти переданої потужності.

Проте зазначені недоліки не можуть нівелювати позитивний ефектвід побудови розгалуженої енергосистеми. розвиток сучасних системпротиаварійного керування і комп'ютерних технологій поступово спрощують процес диспетчерського управління і збільшують надійність електромереж.

Постійний або змінний?

Існує два принципових підходи до передачі електроенергії - використання змінного або постійного струму. Не вдаючись в подробиці, відзначимо, що для невеликих відстаней набагато ефективніше використовувати змінний струм. Але при передачі електроенергії на відстані понад 300 км практичність використання змінного струмувже не так очевидна.

Пов'язано це в першу чергу з хвильовими характеристиками переданої електромагнітної хвилі. Для частоти 50 Гц довжина хвилі становить приблизно 6000 км. Виявляється, що в залежності від протяжності ЛЕП існують фізичні обмеження для передачі потужності. Максимум потужності можна передати при довжинах ЛЕП близько 3000 км, що становить половину довжини переданої хвилі. До слова, цей же обсяг потужності передають по ЛЕП протяжністю в 10 разів менше. За інших розмірах ліній обсяг потужності може досягати всього лише половини від даного значення.

У 1968 році в СРСР був здійснений унікальний і поки єдиний в світі експеримент з передачі потужності на відстань 2858 км. Була зібрана штучно схема передачі, що включає в себе ділянки Волгоград-Москва-Куйбишев (нині Самара) -Челябінськ-Свердловськ (нині Єкатеринбург) на напрузі 500 кВ. Досвідченим шляхом було підтверджено теоретичні дослідження довгих ліній.

З рекордсменів по протяжності можна виділити прокладену в Китаї ЛЕП в 2200 км від східній провінції Хамі до міста Чженчжоу (столиця провінції Хенань). Варто зазначити, що повний її введення в експлуатацію намічене на 2014 рік.

Також не варто забувати про напругу ліній. Зі школи нам знаком закон Джоуля-Ленца P = I? R, Який постулює, що втрати електричної енергії залежать від значення електричного струму в проводі і від матеріалу, з якого він виготовлений. Потужність, що передається по лініях електропередачі, є твір струму на напругу. Чим вище напруга, тим менше струм в проводі і тим самим менше рівень втрат електроенергії при передачі. Звідси наслідок: якщо ми хочемо передавати електроенергію на великі відстані, необхідно вибирати якомога більшу напругу.

При використанні змінного струму в протяжних ЛЕП виникає ряд технологічних проблем. Головна проблемапов'язана з реактивними параметрами ліній електропередачі. Емкостное і індуктивне опір проводів істотно впливають на втрати напруги і потужності при передачі, виникає необхідність підтримки рівня напруги на належному рівні і компенсації реактивної складової, що досить відчутно збільшує вартість прокладки кілометра дроту. Висока напруга змушує використовувати більшу кількість гірлянд ізоляції, а також накладає обмеження на перетин дроту. Всі разом збільшує сумарний вага всієї конструкції і тягне за собою необхідність використовувати більш стійкі і складні за своєю конструкцією опори ЛЕП.

Цих проблем можна уникнути, використовуючи лінії постійного струму. Провід, що використовуються в лініях постійного струму, дешевше і довше служать при експлуатації в зв'язку з відсутністю часткових розрядів в ізоляції. Реактивні параметри електропередачі не роблять істотного впливу на втрати. По лініях постійного струму найбільш ефективно передавати потужність від генераторів, так як можливий вибір оптимальної швидкості обертання ротора генератора, що підвищує ККД його використання. Мінусами використання ліній постійного струму є висока вартість випрямлячів, інверторів і різних фільтрів для компенсації неминуче з'являються вищих гармонік при перетворенні змінного струму в постійний.

Але чим вище довжина лінії електропередачі, тим ефективніше використовувати лінії постійного струму. Існує деяка критична довжина ЛЕП, яка дозволяє оцінити доцільність використання постійного струму при інших рівних умовах. За даними американських дослідників для кабельних ліній ефект відчутний при довжинах більше 80 км, але величина ця весь час зменшується при розвитку технологій і здешевлення необхідних комплектуючих.

Найдовша лінія постійного струму в світі знову ж розташована в Китаї. Поєднує вона ГЕС Сянцзяба (Xiangjiaba Dam) з Шанхаєм. Її довжина становить майже 2000 км при напрузі 800 кВ. Досить багато ліній постійного струму знаходиться в Європі. У Росії можна виділити окремо вставку постійного струму Виборг, що сполучає Росію і Фінляндію, і високовольтну лінію постійного струму Волгоград-Донбас протяжністю майже 500 км і напругою 400 кВ.

холодні дроти

Принципово новий підхід до передачі електричної енергії відкриває явище надпровідності. Згадаймо, що втрати електричної енергії в проводі залежать крім напруги ще й від матеріалу дроти. Надпровідні матеріали володіють майже нульовим опором, що теоретично дозволяє передавати електричну енергію без втрат на великі відстані. Мінусом використання даної технології є необхідність постійного охолодження лінії, що іноді призводить до того, що вартість системи охолодження значно перевищує втрати електричної енергії при використанні зазвичай не надпровідності матеріалу. Типова конструкція подібної ЛЕП складається з декількох контурів: провід, який укладено в кожух з рідким гелієм, оперізуючий їх кожух з рідкого азоту і менше екзотична теплова ізоляція зовні. Проектування таких ліній ведеться щодня, але до практичної реалізації доходить не завжди. Найуспішнішим проектом можна вважати лінію, побудовану American Superconductor в Нью-Йорку, а самим амбітним проектом - ЛЕП в Кореї, протяжністю близько 3000 км.

Прощайте, дроти!

Ідеї ​​не використовувати дроти взагалі для передачі електричної енергії виникли вже досить давно. Хіба не можуть надихати досліди, які проводив Нікола Тесла в кінці XIX - початку XX століття? За свідченнями його сучасників, в 1899 році в Колорадо-Спрінгс Тесла зміг змусити спалахнути дві сотні лампочок без використання будь-яких проводів. На жаль, записів про його роботах майже не залишилося, і повторити подібні успіхи змогли лише через сотню років. Технологія WiTricity, розроблена професором MIT Марином Солячича, дозволяє передавати електричну енергію без використання проводів. Ідея полягає в синхронній роботі генератора і приймача. При досягненні резонансу порушену змінне магнітне поле випромінювачем в приймальнику перетворюється в електричний струм. У 2007 році був успішно проведений експеримент подібної передачі електроенергії на відстань в декілька метрів.

На жаль, сучасний рівень розвитку технологій не дозволяє ефективно використовувати надпровідні матеріали і технологію бездротової передачіелектричної енергії. Лінії електропередачі в звичному для нас вигляді будуть ще довго прикрашати поля і околиці міст, але навіть їх правильне використання дозволяє принести суттєву вигоду для розвитку всієї світової енергетики.

>> Передача електроенергії

§ 40 ПЕРЕДАЧА ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ

Споживачі електроенергії є всюди. Виробляється ж вона в порівняно небагатьох місцях, близьких до джерел паливо і гідроресурсів. електроенергіюне вдається консервувати в болипой масштабах. Вона повинна бути спожита відразу ж після отримання. Тому виникає необхідність в передачі електроенергії на великі відстані.

Передача електроенергії пов'язана з помітними втратами, так як електричний струм нагріває дроти ліній електропередачі. Відповідно до закону Джоуля - Ленца енергія, що витрачається на нагрів проводів лінії, визначається формулою

де R - опір лінії, U - передане напруга, Р - потужність джерела струму.

При дуже великій довжині лінії передача енергії може стати економічно невигідною. Значно знизити опір лінії R практично дуже важко. Тому доводиться зменшувати силу струму I.

Так як потужність джерела струму Р дорівнює добутку сили струму I на напругу U, то для зменшення потужності, що передається потрібно підвищити передане напруга в лінії передачі.

Тому на великих електростанціях встановлюють підвищувальні трансформатори. Трансформатор збільшує напругу в лінії в стільки ж разів, у скільки разів зменшує силу струму.

Чим довша лінія передачі, тим вигідніше використовувати більш високу напругу. Так, в високовольтної. / Гініі передачі Волзька ГЕС - Москва і деяких інших використовують напругу 500 кВ. Тим часом генера-гори змінного струму налаштовують на напруги, що не преіьгшающіе 16-20 кВ. Більш висока напруга вимагало б прийняття складних спеціальних заходів для і поліції обмоток і інших частин генераторів.

Для безпосереднього використання електроенергії в двнез гелях електроприводу верстатів, в освітлювальної мережі і для інших цілей напруга на кінцях лінії потрібно понизити.

Це досягається за допомогою понижуючих трансформаторів. Загальна схема передачі енергії і її розподілу показана на малюнку 5.7.

Зазвичай зниження напруги і відповідно збільшення сили струму здійснюються в кілька етапів. На кожному етапі напруга стає все менше, а територія, охоплена електричною мережею, - усе ширше.

При дуже високій напрузі між проводами може початися розряд, що призводить до втрат енергії. Допустима амплітуда змінної напруги повинна бути такою, щоб при заданій площі поперечного перерізу проводу втрати енергії внаслідок розряду були незначними.

Електричні станції ряду районів країни об'єднані високовольтними лініями електропередачі, утворюючи загальну електричну мережу, до якої підключені споживачі. Таке об'єднання, зване енергосистемою, дає можливість згладити пікові навантаження споживання енергії в ранкові та вечірні години. Енергосистема забезпечує безперебійність подачі енергії споживачам незалежно від місця їх розташування. Зараз майже вся територія нашої країни забезпечується електроенергією об'єднаними енергетичними системами. діє Єдина енергетична системаєвропейській частині країни.

Передача електроенергії на великі відстані з малими втратами - складне завдання. Використання електричного струму високої напругидопомагає успішно вирішити її.

1. Як здійснюється передача електроенергії на великі відстані!
2. У чому переваги передачі енергії на великі відстані при використанні постійного струму!

Мякішев Г. Я., Фізика. 11 клас: навч. для загальноосвіт. установ: базовий і профілі. рівні / Г. Я. Мякишев, Б. В. Буховцев, В. М. Чаругін; під ред. В. І. Миколаєва, Н. А. Парфентьевой. - 17-е изд., Перераб. і доп. - М.: Просвещение, 2008. - 399 с: ил.

Повний перелік тем по класам, календарний план згідно шкільної програми з фізики онлайн, відеоматеріал з фізики для 11 класу скачати

зміст уроку конспект урокуопорний каркас презентація уроку акселеративного методи інтерактивні технології Практика завдання і вправи самоперевірка практикуми, тренінги, кейси, квести домашні завдання дискусійні питання риторичні питання від учнів ілюстрації аудіо-, відео- та мультимедіафотографії, картинки графіки, таблиці, схеми гумор, анекдоти, приколи, комікси притчі, приказки, кросворди, цитати додатки рефератистатті фішки для допитливих шпаргалки підручники основні і додаткові словник термінів інші Удосконалення підручників та уроківвиправлення помилок в підручникуоновлення фрагмента в підручнику елементи новаторства на уроці заміна застарілих знань новими Тільки для вчителів ідеальні урокикалендарний план на рік методичні рекомендаціїпрограми обговорення інтегровані уроки

Необхідність спорудження ЛЕП пояснюється виробленням електроенергії в основному на великих електростанціях, віддалених від споживачів - щодо дрібних приймачів, розподілених на великих територіях.

Електростанції розміщуються з урахуванням сукупного впливу великого числачинників: наявності енергоресурсів, їх видів і запасів; можливості транспортування; перспектив споживання енергії в тому чи іншому районі і т. п. Передача електричної енергії на відстань дає ряд переваг, дозволяючи:

Застосовувати віддалені джерела енергії;

Зменшувати сумарну резервну потужність генераторів;

Використовувати розбіжність часу в різних географічних широтах, при якому не збігаються максимуми розташованих в них навантажень;

Більш повно використовувати потужності ГЕС;

Збільшувати надійність електропостачання споживачів і т. Д.

ЛЕП, призначені для розподілу електроенергії між окремими споживачами в деякому районі і для зв'язку енергосистем, можуть виконуватися як на великі, так і на малі відстані і призначатися для передачі потужностей різних величин. Для далеких передач велике значеннямає пропускна спроможність, Т. Е. Та найбільша потужність, яку можна передавати по ЛЕП з урахуванням всіх обмежуючих факторів.

Для повітряних ЛЕП змінного струму можна наближено вважати, що та максимальна потужність, яку вони можуть передати, приблизно пропорційна квадрату напруги і обернено пропорційна довжині передачі. Вартість споруди також дуже грубо можна прийняти пропорційною величиною напруги. Тому в розвитку передач електричної енергії на відстань спостерігається тенденція до збільшення напруги як до головного засобу підвищення пропускної спроможності. З часу створення перших ЛЕП напруга підвищувався в 1,5-2 рази приблизно кожні 10-15 років. Зростання напруги давав можливість збільшувати протяжності ЛЕП і передані потужності. Так, в 20-і роки ХХ століття електроенергія передавалася на максимальні відстані близько 100 км. До 30-х років ці відстані збільшилися до 400 км, а в 60-і роки довжина ЛЕП досягла 1000-1200 км (наприклад, електропередача Волгоград - Москва).

Підвищення пропускної спроможності ЛЕП досягається в основному за рахунок збільшення напруги, проте істотне значення має також зміна конструкції ЛЕП, введення різних додаткових пристроїв, що компенсують, при яких вплив параметрів, що обмежують передачі потужності, виявляється зменшеним. Наприклад, на ЛЕП напругою 330 кВ і вище розщеплюють дроти в кожній фазі на кілька електрично пов'язаних між собою провідників, при цьому істотна поліпшуються параметри ліній (зменшується її реактивний опір); застосовують так звану послідовну компенсацію - включення в лінію конденсаторів і т. д.

Можливості подальшого підвищення граничних потужностей вимагають збільшення напруг і зміни конструкції ЛЕП. Вони пов'язані із загальним технічним прогресом, зокрема з успіхами в напівпровідниковій техніці, зі створенням досконалих матеріалів, з розробками нових видів передачі енергії.

При спорудженні ЛЕП постійного струму, що мають великі граничні потужності, необхідно здійснювати пряме перетворення змінного струму в постійний на початку лінії і зворотне перетворення постійного струму в змінний в кінці лінії, що викликає певні труднощі технічного і економіческогохарактера.

Існує принципова можливість бездротової ЛЕП за допомогою електромагнітних хвиль або високочастотних коливань, які направляються по волноводам. Однак практична реалізація цих ЛЕП в промисловості в даний час є неприйнятним через, низькою їх ефективності.

Для передачі електричної енергії можуть використовуватися надпровідні лінії, в яких значно може бути знижений напруга. Ефект, близький до надпровідності, досягається глибоким охолодженням провідників. В цьому випадку ЛЕП називають кріогенними. Це питання має історію. Ще в 1911 р голландський фізик Г. Камерлінг-Оннес встановив, що при охолодженні ртуті до температури нижче 4 До її електричний опір зникає зовсім. Воно стрибком виникає знову при підвищенні температури понад критичної позначки. Ця явище назвали надпровідність.Зрозуміло, що якби такі матеріали отримали енергетики, та вони замінили б ними звичайні провідники, ЛЕП доставляли б без втрат енергію у величезних кількостях на наддалекі відстані. Вдалося б помітно підвищити к. П. Д. Потужних енергоємних пристроїв (електромагнітів, трансформаторів, електромашин), уникнути багатьох труднощів, пов'язаних з перегрівом, розплавленням, руйнуванням деталей.

Все це, однак, залишалося не більше ніж мріями, хоча в самому явищі сумніватися не доводилося. Надпровідників було виявлено чимало. В періодичної системіними виявилися 28 елементів. Але, найвища критична температура, що належить ніобію не перевищувала 10 К. Можливості надпровідності, таким образам, різко обмежували дорожнеча і складність установок, що підтримують наднизькі температури. Сплави молібдену з технецием просунули критичну температуру до 14 К. Далі вдалася отримати з'єднання ніобію, алюмінію і германію з критичною температурою 21 К. Для кількох сотень надпровідних речовин, відомих сьогодні, це рекордна цифра.

Практичні дослідження показали, що з ростом критичної температури число надпровідників різання убуває. Деякі фахівці навіть вважали, що вирватися з полону cвepxнізкіх температур не вдасться. Десь близько 25 К лежить найвища можлива критична температура.

Після експериментального відкриття надпровідності фізики-теоретики довго намагалися осягнути суть незрозумілого явища. І тільки через півстоліття, в 1957 р, з'явилася перша серйозна теорія надпровідності. За нею послідували інші. Вони несли в собі багато незвичайного. Так, наприклад, згідно з створеної теорії, електрони надпровідника всупереч відомому закону Кулона, який приписував всім однойменно заряджених частинок взаємно відштовхуватися, навпаки, притягуються, об'єднуються в пари. Було відзначено, що сверхпроводниками можуть бути не тільки метали, сплави, а й ... органічні речовини. Одним з найбільш суттєвих висновків теорії був наступний. Металевий водень в силу своїх виняткових особливостей- в вузлах кристалічної решітки розташовані легені протони- може мати надпровідність при порівняно високих, цілком прийнятних для практичних цілей температурах порядку 220К або-53 0 С. І ще: можливо, що процес перекладу речовини з молекулярної фази в атомарному незворотній. При знятті зовнішнього тиску водень, можливо, ще довгий час не втратить властивостей надпровідника. /

Тепер стало ясно: щоб володіти матеріалом, котрі виявляють в звичайних умовах властивості надпровідності, потрібно освоїти область тисків порядку декількох сотень кілопаскалях. Величини ці, по нашим людським масштабами, грандіозні. Вони порівняти хіба що з тисками в центрі Землі (там близько 300 кПа). Перед дослідниками відкрилася дорога, яка веде до мети, хоча навіть в лабораторному експерименті поки не вдалося отримувати такого роду тиску і, зрозуміло, твердого водню - надпровідника при нормальній температурі.

Альтернативою передачі на відстань електричної енергії змінним і постійним струмом від ТЕС до споживачів служить перевезення палива. Порівняльний аналіз можливих варіантів енергопостачання споживачів показує, що вугілля високої калорійності (більше 4000 ккал / кг) зазвичай доцільно перевозити залізницею (за умови існування її). У багатьох випадках при використанні на електростанції природного газу і нафти виявляється краще передача їх по трубопроводах (рис. 1). При виборі способу передачі енергії на відстань необхідно враховувати великий комплекс питань, таких, як посилення електричної системипри спорудженні електропередачі, електропостачання, споживачів, розташованих поблизу ліній, збільшення завантаження залізниць і т. д.

Аналізуючи розвиток енергосистем в ряді країн, можна виділити дві основні тенденції:

1) наближення електричних станцій до центрів споживання в тих випадках, коли на території, яку охоплює об'єднаною енергосистемою, немає дешевих джерел енергії або коли джерела вже використані;

2) спорудження електростанцій поблизу дешевих джерел енергії і передача електроенергії до центрів її споживання.

Електропередачі, нафтопроводи і газопроводи утворюють Єдину систему енергопостачання країни. Системи електро-, нафто- і газопостачальні повинні конструюватися, споруджуватися і експлуатуватися в певній координації між собою, утворюючи Єдину енергетичну систему.

Малюнок 1 - Характеристики різних способів передачі енергії на відстань: З- розрахункові витрати, l- відстань; 1 - двоколійна залізниця, 2 - газопроводи, 3 - нафтопроводи, 4 - електропередача від станцій, що працюють на дешевому вугіллі

Розглянемо коротко систему електропостачання, що представляє із себе групу електротехнічних пристроїв для передачі, перетворення, розподілу і споживання електричної енергії. Глава розширить кругозір тих, хто хоче навчитися грамотно використовувати домашню електромережу.

постачання електроенергіїздійснюється за стандартними схемами. Наприклад, на рис. 1.4 представлена ​​радіальна однолинейная схема електропостачання для передачі електроенергії від понижувальної підстанції електростанції до споживача електроенергії напругою 380 В.

Від електростанції електроенергія напругою 110-750 кВ передається по лініях електропередач (ЛЕП) на головні або районні понижуючі підстанції, на яких напруга знижується до 6-35 кВ. Від розподільних пристроїв цю напругу по повітряним або кабельним ЛЕП передається до трансформаторних підстанцій, розташованим в безпосередній близькості від споживачів електричної енергії. На підстанції величина напруги знижується до 380 В, і по повітряних або кабельних лініях електроенергія надходить безпосередньо до споживача в будинку. При цьому лінії мають четвертий (нульовий) провід 0, що дозволяє отримати фазна напруга 220 В, а також забезпечувати захист електроустановок.
Така схема дозволяє передати електроенергію споживачеві з найменшими втратами. Тому на шляху від електростанції до споживачів електроенергія трансформується з одного напруги на інше. Спрощений приклад трансформації для невеликої ділянки енергосистеми показаний на рис. 1.5. Навіщо застосовують високу напругу? Розрахунок складний, але відповідь проста. Для зниження втрат на нагрівання проводів при передачі на великі відстані.

Втрати залежать від величини проходить струму і діаметра провідника, а не прикладеної напруги.

наприклад:
Припустимо, що з електростанції в місто, що знаходиться від неї на відстані 100 км, потрібно передавати по одній лінії 30 МВт. Через те, що дроти лінії мають електричний опір, струм їх нагріває. Ця теплота розсіюється і не може бути використана. Енергія, що витрачається на нагрівання, являє собою втрати.

Звести втрати до нуля неможливо. Але обмежити їх необхідно. Тому допустимі втрати нормують, т. Е. При розрахунку проводів лінії і виборі її напруги виходять з того, щоб втрати не перевищували, наприклад, 10% корисної потужності, що передається по лінії. У нашому прикладі це 0,1-30 МВт = 3 МВт.

наприклад:
Якщо не застосовувати трансформацію, т. Е. Передавати електроенергію при напрузі 220 В, то для зниження втрат до заданого значення перетин проводів довелося б збільшити приблизно до 10 м2. Діаметр такого «проводи» перевищує 3 м, а маса в прольоті становить сотні тонн.
Застосовуючи трансформацію, т. Е. Підвищуючи напругу в лінії, а потім, знижуючи його поблизу розташування споживачів, користуються іншим способом зниження втрат: зменшують струм в лінії. Цей спосіб дуже ефективний, так як втрати пропорційні квадрату сили струму. Дійсно, при підвищенні напруги вдвічі ток знижується вдвічі, а втрати зменшуються в 4 рази. Якщо напруга підвищити в 100 разів, то втрати знизяться в 100 в другому ступені, т. Е. В 10000 разів.

наприклад:
В якості ілюстрації ефективності підвищення напруги вкажу, що по лінії електропередачі трифазного змінного струму напругою 500 кВ передають 1000 МВт на 1000 км.

Лінії електропередач

Електричні мережі призначені для передачі і розподілу електроенергії. Вони складаються з сукупності підстанцій і ліній різних напруг. При електростанціях будують підвищують трансформаторні підстанції, і по лініях електропередачі високої напруги передають електроенергію на великі відстані. У місцях споживання споруджують понижуючі трансформаторні підстанції.

основу електричної мережіскладають зазвичай підземні або повітряні лінії електропередачі високої напруги. Лінії, що йдуть від трансформаторної підстанції до ввідно-розподільних пристроїв і від них до силових розподільних пунктів і до групових щитків, називають живильною мережею. Мережу живлення, як правило, становлять підземні кабельні лінії низької напруги.

За принципом побудови мережі поділяються на розімкнуті і замкнуті. У разомкнутую мережу входять лінії, що йдуть до електроприймачів або їх груп і одержують харчування з одного боку. Разомкнутая мережу має деякі недоліки, що полягають в тому, що при аварії в будь-якій точці мережі живлення всіх споживачів за аварійною ділянкою припиняється.

Замкнута мережу може мати один, два і більше джерел живлення. Незважаючи на ряд переваг, замкнуті мережі поки не набули великого поширення. За місцем прокладки мережі бувають зовнішні і внутрішні.

Способи виконання ліній електропередач

Кожному напрузі відповідають певні способи виконання електропроводки. Це пояснюється тим, що чим напруга вище, тим важче ізолювати дроти. Наприклад, в квартирах, де напруга 220 В, проводку виконують проводами в гумовій або в пластмасовій ізоляції. Ці дроти прості по пристрою і дешеві.

Незрівнянно складніше влаштований підземний кабель, Розрахований на кілька кіловольт і прокладений під землею між трансформаторами. Крім підвищених вимог до ізоляції, він ще повинен мати підвищену механічну міцність і стійкість до корозії.

Для безпосереднього електропостачання споживачів використовуються:

♦ повітряні або кабельні ЛЕП напругою 6 (10) кВ для живлення підстанцій і високовольтних споживачів;
♦ кабельні ЛЕП напругою 380/220 В для живлення безпосередньо низьковольтних електроприймачів. Для передачі на відстань напруги в десятки і сотні кіловольт створюються повітряні лінії електропередач. Провід високо піднімаються над землею, в якості ізоляції використовується повітря. Відстані між проводами розраховуються в залежності від напруги, яке планується передавати. На рис. 1.6 зображені в одному масштабі опори для повітряних ліній електропередач напругою 500, 220, 110, 35 і 10 кВ. Зауважте, як збільшуються розміри і ускладнюються конструкції з ростом робочої напруги!

Мал. 1.6.

наприклад:
Опора ЛЕП напругою 500 кВ має висоту семиповерхового будинку. Висота підвісу проводів 27 м, відстань між проводами 10,5 м, довжина гірлянди ізоляторів більше 5 м. Висота опор для переходів через річки сягає 70 м. Розглянемо варіанти виконання ЛЕП докладніше.

повітряні ЛЕП
визначення.
Повітряною лінією електропередачі називають пристрій для передачі або розподілу електроенергії по проводах, що знаходяться на відкритому повітрі і прикріпленим за допомогою траверс (кронштейнів), ізоляторів і арматури до опор або інженерним спорудам.

Відповідно до «Правил улаштування електроустановок» по напрузі повітряні лінії діляться на дві групи: напругою до 1000 В і напругою понад 1000 В. Для кожної групи ліній встановлені технічні вимоги їх влаштування.

повітряні ЛЕП 10 (6) кВ знаходять найбільш широке застосування в сільській місцевості та в невеликих містах. Це пояснюється їх меншою вартістю в порівнянні з кабельними лініями, меншою щільністю забудови і т. Д.

для проводкиповітряних ліній і мереж використовують різні дроти і троси. Основна вимога до матеріалу проводів повітряних ліній електропередачі, - мале електричний опір. Крім того, матеріал, застосовуваний для виготовлення проводів, повинен мати достатню механічну міцність, бути стійким до дії вологи і знаходяться в повітрі хімічних речовин.

В даний час найчастіше використовують дроти з алюмінію і сталі, Що дозволяє економити дефіцитні кольорові метали (мідь) і знижувати вартість проводів. Мідні дроти застосовують на спеціальних лініях. Алюміній має малу механічну міцність, що призводить до збільшення стріли провисання і, відповідно, до збільшення висоти опор або зменшення довжини прольоту. При передачі невеликих потужностей електроенергії на короткі відстані застосування знаходять сталеві дроти.

для ізоляціїпроводів і кріплення їх до опор ліній електропередач служать лінійні ізолятори, Які поряд з електричною повинні також володіти і достатню механічну міцність. Залежно від способу кріплення на опорі розрізняють ізолятори штирьові (їх кріплять на гаках або штирях) і підвісні (їх збирають в гірлянду і кріплять до опори спеціальної арматурою).

штирові ізоляторизастосовують на лініях електропередач напругою до 35 кВ. Маркують їх буквами, що позначають конструкцію і призначення ізолятора, і числами, що вказують робочу напругу. На повітряних лініях 400 В використовують штирові ізолятори ТФ, ШС, ШФ. букви в умовних позначенняхізоляторів позначають наступне: Т- телеграфний; Ф- фарфоровий; З- скляний; ШС- штирьовий скляний; ШФ- штирьовий фарфоровий.

Штирові ізолятори застосовують для підвішування порівняно легких проводів, при цьому в залежності від умов траси використовуються різні типикріплення проводів. Провід на проміжних опорах зміцнюють зазвичай на голівці штирьових ізоляторів, а на кутових і анкерних опорах- на шийці ізоляторів. На кутових опорах провід у своєму розпорядженні із зовнішнього боку ізолятора по відношенню до кута повороту лінії.

підвісні ізоляторизастосовують на повітряних лініях 35 кВ і вище. Вони складаються з фарфоровому або скляному тарілки (ізолююча деталь), шапки з ковкого чавуну і стержня. Конструкція гнізда шапки і головки стержня забезпечує сферичне шарнірне з'єднання ізоляторів при комплектуванні гірлянд. Гірлянди збирають і підвішують до опор і тим самим забезпечують необхідну ізоляцію проводів. Кількість ізоляторів у гірлянді залежить від напруги лінії і типу ізоляторів.

Матеріалом для в'язки алюмінієвого проводу до ізолятора служить алюмінієвий дріт, а для сталевих проводов- м'яка сталева. При в'язанні проводів виконують зазвичай одинарне кріплення, подвійне ж кріплення застосовують в населеній місцевості і при підвищених навантаженнях. Перед в'язкої заготовляють дріт потрібної довжини (не менше 300 мм).

головний в'язкувиконують двома в'язальними дротами різної довжини. Ці дроту закріплюють на шийці ізолятора, скручуючи між собою. Кінцями коротшою дроту обвивають провід і щільно притягають чотири-п'ять разів навколо дроти. Кінці інший дроту, довші, накладають на головку ізолятора навхрест через провід чотири-п'ять разів.

Для виконання бічній в'язки беруть одну дріт, кладуть її на шийку ізолятора і обертають навколо шийки й проведення так, щоб один її кінець пройшов над проводом і загнувся зверху вниз, а другий - від низу до верху. Обидва кінці дроту виводять вперед і знову обертають їх навколо шийки ізолятора з проводом, помінявши місцями щодо дроти.

Після цього провід щільно притягають до шийки ізолятора і обмотують кінці в'язального дроту навколо дроти з протилежних сторін ізолятора шість-вісім разів. Щоб уникнути пошкодження алюмінієвих проводів місце в'язки іноді обмотують алюмінієвою стрічкою. Згинати дріт на ізоляторі сильним натягом в'язального дроту забороняється.

в'язку проводіввиконують вручну, використовуючи монтерские пасатижі. Особливу увагу звертають при цьому на щільність прилягання в'язального дроту до дроту і на положення кінців в'язального дроту (вони не повинні стирчати). Штирові ізолятори кріплять до опор на сталевих гаках або штирях. Гаки ввертають безпосередньо в дерев'яні опори, а штирі встановлюють на металевих, залізобетонних або дерев'яних траверсах. Для кріплення ізоляторів на гаках і штирях використовують перехідні поліетиленові ковпачки. Розігрітий ковпачок щільно насувають на штир до упору, після цього на нього нагвинчують ізолятор.

Провід підвішуються на залізобетонних або дерев'яних опорах за допомогою підвісних або штирьових ізоляторів. Для повітряних ЛЕП використовуються неізольовані. Винятком є ​​вводи в будівлі - ізольовані проводи, простягає від опори ЛЕП до ізоляторів, укріпленим на гаках безпосередньо на будівлі.

Увага!
Найменша допустима висота розташування нижнього крюка на опорі (від рівня землі) становить: у ЛЕП напругою до 1000 В для проміжних опор від 7 м, для перехідних опор - 8,5 м; в ЛЕП напругою понад 1000 В висота розташування нижнього крюка для проміжних опор становить 8,5 м, для кутових (анкерних) опор - 8,35 м.

Найменші допустимі проводів повітряних ЛЕП напругою понад 1000 В, які обираються за умовами механічної міцності з урахуванням можливої ​​товщини їх обмерзання, наведені в табл. 1.1.

Мінімально допустимі значення проводів возжушнихЛЕП напругою понад 1000 В
Таблиця 1.1

Повітряних ЛЕП напругою до 1000 В і до 10 кВ і їх опор до об'єктів представлені в табл. 1.2.

Таблиця 1.2