- Висока напруга, як спосіб зменшення втрат
- Класифікація ліній електропередач
- Способи передачі електроенергії
- Постійний струм в якості альтернативи
Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!
Електрика не відноситься до накопичувальних ресурсів. На сьогоднішній день немає ефективних технологій, що дозволяють акумулювати енергію, вироблену генераторами, тому передача електроенергії споживачам належить до актуальних завдань. У вартість ресурсу входять витрати на його виробництво, втрати при транспортуванні і витрати на монтаж і обслуговування ЛЕП. При цьому від схеми передачі безпосередньо залежить ефективність системи електропостачання.
Висока напруга, як спосіб зменшення втрат
Незважаючи на те, що у внутрішніх мережах більшості споживачів, як правило, 220/380 В, електроенергія передається до них по високовольтних магістралях і знижується на трансформаторних підстанціях. Для такої схеми роботи є вагомі підстави, справа в тому, що найбільша частка втрат припадає на нагрів проводів.
Потужність втрат описує наступна формула: Q = I 2 * R л,
де I - сила струму, що проходить через магістраль, R Л - її опір.
Виходячи з наведеної формули можна зробити висновок, що знизити витрати можна шляхом зменшення опору в ЛЕП або знизивши силу струму. У першому випадку буде потрібно збільшувати перетину дроту, це неприпустимо, оскільки призведе до істотного подорожчання електропередавальних магістралей. Вибравши другий варіант, знадобиться збільшити напругу, тобто, впровадження високовольтних ЛЕП призводить до зниження втрат потужності.
Класифікація ліній електропередач
В енергетиці прийнято розділяти ЛЕП на види в залежності від наступних показників:
- Конструктивні особливості ліній, які здійснюють передачу електроенергії. Залежно від виконання вони можуть бути двох видів:
- Повітряними. Передача електрики здійснюється з використанням проводів, які підвішуються на опори.
Повітряні лінії електропередач - Кабельними. Такий спосіб монтажу має на увазі укладання кабельних ліній безпосередньо в грунт або в спеціально призначені для цієї мети інженерні системи.
Облаштування блокової кабельної каналізації
- Вольтаж. Залежно від величини напруги ЛЕП прийнято класифікувати на такі види:
- Низьковольтні, до таких належать всі ПЛ з напругою не більше 1-го кВ.
- Середні - від 1-го до 35-ти кВ.
- Високовольтні - 110, 0-220, 0 кВ.
- Сверхвисоковольтние - 330, 0-750, 0 кВ.
- Ультрависоковольтние - більше 750-ти кВ.
Ультрависоковольтная ЛЕП Екібастуз-Кокчетав 1150 кВ
- Поділ за типом струму при передачі електрики, він може бути змінним і постійним. Перший варіант більш поширений, оскільки електростанції, як правило, обладнані генераторами змінного струму. Але для зменшення навантажувальних втрат енергії, особливо на великій дальності передачі, більш ефективний другий варіант. Як організовані схеми передачі електрики в обох випадках, а також переваги кожного з них, буде розказано нижче.
- Класифікація в залежності від призначення. Для цієї мети прийняті наступні категорії:
- Лінії від 500, 0 кВ для наддалеких відстаней. Такі ВЛ пов'язують між собою окремі енергетичні системи.
- ЛЕП магістрального призначення (220, 0-330, 0 кВ). За допомогою таких ліній здійснюється передача електрики, що виробляється на потужних ГЕС, теплових і атомних електростанціях, а також їх об'єднання в єдину енергосистему.
- ЛЕП 35-150 кВ відносяться до розподільних. Вони служать для постачання електроенергією великих промислових майданчиків, підключення районних розподільних пунктів і т.д.
- ЛЕП з напругою до 20, 0 кВ, служать для підключення груп споживачів до електричної мережі.
Способи передачі електроенергії
Здійснити передачу електроенергії можна двома способами:
- Методом прямої передачі.
- Перетворюючи електрику в інший вид енергії.
У першому випадку електроенергія передається по провідникам, в якості яких виступає провід або струмопровідна середу. У повітряних і кабельних ЛЕП застосовується саме цей метод передачі. Перетворення електрики в інший вид енергії відкриває перспективи бездротового постачання споживачів. Це дозволить відмовитися від ліній електропередач і, відповідно, від витрат, пов'язаних з їх монтажем та обслуговуванням. Нижче представлені перспективні бездротові технології, над вдосконаленням яких ведуться роботи.
На жаль, на поточний момент можливості транспортування електрики бездротовим способом сильно обмежені, тому про ефективну альтернативу методу прямої передачі говорити поки рано. Дослідницькі роботи в цьому напрямку дозволяють сподіватися, що найближчим часом рішення буде знайдено.
Схема передачі електроенергії від електростанції до споживача
Нижче на малюнку представлені типові схеми, з яких перші дві відносяться до розімкненим увазі, інші - до замкнутого. Різниця між ними полягає в тому, що розімкнуті конфігурації не є резервованими, тобто, не мають резервних ліній, які можна задіяти при критичному збільшенні електричного навантаження.
позначення:
- Радіальна схема, на одному кінці лінії знаходиться електростанція виробляє енергію, на другому - споживач або розподільний пристрій.
- Магістральний варіант радіальної схеми, відмінність від попереднього варіанту полягає в наявності відводів між початковим і кінцевим пунктами передачі.
- Магістральна схема з харчуванням на обох кінцях ЛЕП.
- Кільцевій тип конфігурації.
- Магістраль з резервної лінією (подвійна магістраль).
- Сложнозамкнутий варіант конфігурації. Подібні схеми застосовуються при підключенні відповідальних споживачів.
Тепер розглянемо більш детально радіальну схему для передачі електроенергії, що виробляється з ЛЕП змінного і постійного струму.
позначення:
- Генератор, де виробляється я електроенергія з синусоїдальної характеристикою.
- Підстанція з підвищує трифазним трансформатором.
- Підстанція з трансформатором, що знижує напругу трифазного змінного струму.
- Відведення для передачі електіроенергіі розподільного пристрою.
- Випрямляч, тобто пристрій перетворює трифазний змінний струм в постійний.
- Інверторний блок, його завдання сформувати з постійного напруження синусоидальное.
Як видно зі схеми (А), з джерела енергії електрика подається на підвищувальний трансформатор, потім за допомогою повітряних ліній електропередач здійснюється транспортування електроенергії на значні відстані. У кінцевій точці лінія підключається до понижувального трансформатора і від нього йде до розподільника.
Метод передачі електроенергії у вигляді постійного струму (В на рис.6) від попередньої схеми відрізняється наявністю двох перетворювальних блоків (5 і 6).
Закриваючи тему розділу, для наочності наведемо спрощений варіант схеми міської мережі.
позначення:
- Електростанція, де електроенергія виробляється.
- Підстанція, що підвищує напругу, щоб забезпечити високу ефективність передачі електроенергії на значні відстані.
- ЛЕП з високою напругою (35, 0-750, 0 кВ).
- Підстанція з знижувальними функціями (на виході 6, 0-10, 0 кВ).
- Пункт розподілу електроенергії.
- Живильні кабельні лінії.
- Центральна підстанція на промисловому об'єкті, служить для зниження напруги до 0, 40 кВ.
- Радіальні або магістральні кабельні лінії.
- Вступний щит в цеховому приміщенні.
- Районна розподільна підстанція.
- Кабельна радіальна або магістральна лінія.
- Підстанція, що знижує напругу до 0, 40 кВ.
- Вступний щит житлового будинку, для підключення внутрішньої електричної мережі.
Передача електроенергії на далекі відстані
Основна проблема, пов'язана з таким завданням - зростання втрат зі збільшенням протяжності ЛЕП. Як уже згадувалося вище, для зниження енерговитрат на передачу електрики зменшують силу струму шляхом збільшення напруги. На жаль, такий варіант вирішення породжує нові проблеми, одна з яких коронні розряди.
З точки зору економічної доцільності втрати в ПЛ не повинні перевищувати 10%. Нижче представлена таблиця, в якій наводиться максимальна протяжність ліній, що відповідають умовам рентабельності.
Таблиця 1. Максимальна довжина ЛЕП з урахуванням рентабельності (не більше 10% втрат)
| Напруга ПЛ (кВ) | Протяжність (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 * |
* - на поточний момент ультрависоковольтная ВЛ переведена на роботу з напругою в половину від номінального (500, 0 кВ).
Постійний струм в якості альтернативи
В якості альтернативи електропередачі змінного струму на велику відстань можна розглядати ВЛ з постійною напругою. Такі ЛЕП мають наступні переваги:
- Протяжність ПЛ не впливає на потужність, при цьому її максимальне значення істотно вище, ніж у ЛЕП зі змінним напругою. Тобто при збільшенні споживання електроенергії (до певної межі) можна обійтися без модернізації.
- Статичну стійкість можна не брати до уваги.
- Немає необхідності синхронізувати по частоті пов'язані енергосистеми.
- Можна організувати передачу електроенергії по двухпроводной або однопровідною лінії, що істотно спрощує конструкцію.
- Менший вплив електромагнітних хвиль на засоби зв'язку.
- Практично відсутня генерація реактивної потужності.
Незважаючи на перераховані здатності ЛЕП постійного струму, такі лінії не набули широкого поширення. В першу чергу це пов'язано з високою вартістю обладнання, необхідного для перетворення синусоїдального напруги в постійне. Генератори постійного струму практично не застосовуються, за винятком електростанцій на сонячних батареях.
З інверсією (процес повністю протилежний випрямляння) також не все просто, необхідно допитися якісних синусоїдальних характеристик, що істотно збільшує вартість обладнання. Крім цього слід враховувати проблеми з організацією відбору потужності і низьку рентабельність при протяжності ВЛ менш 1000-1500 км.
Коротко про свехпроводімості.
Опір проводів можна істотно знизити, охолодивши їх до наднизьких температур. Це дозволило б вивести ефективність передачі електроенергії на якісно новий рівень і збільшити протяжність ліній для використання електроенергії на великій відстані від місця її виробництва. На жаль, доступні на сьогоднішній день технології не можуть дозволити використання надпровідності для цих цілей з огляду на економічну недоцільність.