Почему невыгодно транспортировать бытовое напряжение

Почему электрическую энергию передают на большие расстояния под высоким напряжением кратко

Мощность является произведением напряжения на ток. То есть одну и ту же мощность можно передать большим током и низким напряжением, а можно наоборот. Для уменьшения потерь при прохождении тока (потери на нагрев проводов) нужно уменьшить сопротивление проводов. Это можно сделать увеличив их площадь сечения. Это позволит увеличить пропускаемый ток и таким образом увеличить передаваемую мощность.
Можно увеличить напряжение, сделав более надежную изоляцию. При этом увеличивать сечение проводов не обязательно, так как величина тока остается прежней.
Делаем вывод, что выгодней усилить изоляцию проводов и поднять напряжение, чем увеличивать толщину проводов и поднимать ток.

Главная задача это передача мощности на расстоянии. Для электричества, мощность — произведение тока на напряжение. Нагрев проводов и лишняя потеря мощности при передаче, напрямую зависит только от величины протекающего тока. Поэтому при передачи энергии электричеством стараются уменьшить ток, уменьшая потери, но увеличить напряжение, чтобы в сумме получить как можно большую мощность.

Дело в том, что при большом токе — больше падение напряжения.
Мощность- произведение тока и напряжения.
Чтобы передать одну и ту же мощность надо увеличить либо напряжение, либо ток.
Если увеличить ток, то падение напряжения в конечной точке будет тем больше, чем больше ток.

для примера возьмем сеть 220 вольт. .
сопротивление провода 0,1 ом
ток 10 Ампер
узнаем напряжение, которое будет затрачено на проводах (падение напряжения)
ток умножаем на сопротивление: 10*0,1=1 Вольт, т. е.
к потребителю придет
220-1= 219 Вольт
теперь представим что ток не 10, а 1000 Ампер
1000*0,1=100 Вольт
т. е. придет
220-100= 120 Вольт
улавливаете разницу?
Если в начале цепи мощность была 220*1000=220000 Ватт,
то в конце она будет 120*1000=120000 Ватт
т. е. почти в 2 раза меньше
А вот если увеличивать напряжение, а ток оставлять прежним, то потерь практически нет, т. к. ток одинаков на протяжении всей цепи и не падает как напряжение

Это вопрос экономического характера. Давайте рассмотрим пример передачи энергии S=11мVA на некоторое расстояние, допустим 10 км. Выбираем величину напряжения ЛЭП 10 кВ или 110 кВ. Сечение проводов ЛЭП выбирается по току.
В случае 10 кВ I = 11000000/10000=1100A, этому току соответствует алюминиевый провод сечением 600 мм. кв.
В случае 110 кВ I = 11000000/110000 = 100A, этому току соответствует алюминиевый провод сечение 16 мм. кв.
Теперь подумайте сами, что дешевле, Лэп указанной длины и сечением провода каждой фазы в 600 мм. кв. или сечением 16 мм. кв. и какое напряжение в данной ситуации предпочтительней.

Почему передачу электроэнергии на расстояние выполняют на повышенном напряжении

Сегодня передачу электрической энергии на расстояние всегда выполняют на повышенном напряжении, которое измеряется десятками и сотнями киловольт. По всему миру электростанции различного типа генерируют электричество гигаваттами. Это электричество распределяется по городам и селам при помощи проводов, которые мы можем видеть например вдоль трасс и железных дорог, где они неизменно закреплены на высоких опорах с длинными изоляторами. Но почему передача всегда осуществляется на высоком напряжении? Об этом расскажем далее.

Представьте что вам необходимо передать по проводам электрическую мощность хотя бы в 1000 ватт на расстояние 10 километров в форме переменного тока с минимальными потерями, чтобы запитать мощный киловаттный прожектор. Что вы предпримете? Очевидно, что напряжение необходимо будет так или иначе преобразовывать, понижать или повышать при помощи трансформатора.

Допустим, источник (небольшой бензиновый генератор) выдает напряжение 220 вольт, при этом в вашем распоряжении есть двухжильный медный кабель с сечением каждой жилы по 35 кв.мм. На 10 километров такой кабель даст активное сопротивление около 10 Ом.

Нагрузка мощностью 1 кВт имеет сопротивление около 50 Ом. И что если передаваемое напряжение оставить на уровне 220 вольт? Это значит, что шестая часть напряжения придется (упадет) на передающий провод, который окажется под напряжением около 36 вольт. И вот, порядка 130 Вт потеряно по пути — просто подогрели передающие провода. А на прожекторе получим не 220 вольт, а 183 вольта. КПД передачи оказалось 87%, и это пренебрегая еще индуктивном сопротивлении передающих проводов.

Дело в том, что активные потери в передающих проводах всегда прямо пропорциональны квадрату тока (см. Закон Ома). Следовательно если передачу той же самой мощности осуществить при более высоком напряжении, то падение напряжения на проводах не окажется столь губительным фактором.

Допустим теперь иную ситуацию. У нас имеется тот же самый бензиновый генератор, выдающий 220 вольт, те же 10 километров провода с активным сопротивлением 10 Ом, и тот же самый прожектор на 1кВт, но плюс ко всему еще есть два киловаттных трансформатора, первый — повышающий 220-22000 вольт, расположенный возле генератора и подключенный к нему обмоткой низкого напряжения, а обмоткой высокого напряжения — присоединен к передающим проводам. А второй трансформатор, на расстоянии 10 километров, — понижающий 22000-220 вольт, к обмотке низкого напряжения которого присоединен прожектор, а обмотка высокого напряжения — получает питание от передающих проводов.

Итак, при мощности нагрузки 1000 ватт при напряжении 22000 вольт, ток в передающем проводе (здесь можно обойтись без учета реактивной составляющей) составит всего 45мА, а значит на нем упадет уже не 36 вольт, (как было без трансформаторов) а всего 0,45 вольт! Потери составят уже не 130 Вт, а всего 20 мВт. КПД такой передачи на повышенном напряжении составит 99,99%. Вот почему передача на повышенном напряжении более эффективна.

В нашем примере ситуация рассмотрена грубо, и использовать дорогие трансформаторы для такой простой бытовой цели было бы конечно нецелесообразным решением. Но в масштабах стран и даже областей, когда речь идет о расстояниях в сотни километров и об огромных передаваемых мощностях, стоимость электроэнергии, которая могла бы потеряться, тысячекратно превышает любые затраты на трансформаторы. Вот почему при передаче электроэнергии на расстояние всегда применяется повышенное напряжение, измеряемое сотнями киловольт — чтобы снизить потери мощности при передаче.

Непрерывный рост электропотребления, концентрация генерирующих мощностей на электростанциях, сокращение свободных от застройки территорий, ужесточение требований по защите окружающей среды, инфляция и рост цен на землю, а также ряд других факторов настоятельно диктуют повышение пропускной способности линий электропередачи.

Конструкции различных линий электропередачи рассмотрены здесь: Устройство различных ЛЭП разного напряжения

Объединение энергетических систем, увеличение мощности электрических станций и систем в целом сопровождаются увеличением расстояний и потоков мощности, передаваемых по линии электропередачи. Без мощных линий электропередачи высокого напряжения невозможна выдача энергии от современных крупных электростанций.

Единая энергетическая система позволяет обеспечить передачу резервной мощности в те районы, где имеется в ней потребность, связанная с ремонтными работами или аварийными условиями, появится возможность передавать избыток мощности с запада на восток или наоборот, обусловленный поясным сдвигом во времени.

Благодаря дальним передачам стало возможным строительство сверхмощных электростанций и полное использование их энергии.

Капиталовложения на передачу 1 кВт мощности на заданное расстояние при напряжении 500 кВ в 3,5 раза ниже, чем при напряжении 220 кВ, и на 30 — 40% ниже, чем при 330 — 400 кВ.

Стоимость передачи 1 кВт•ч энергии при напряжении 500 кВ вдвое ниже, чем при напряжении 220 кВ, и на 33 — 40% ниже, чем при напряжении 330 или 400 кВ. Технические возможности напряжения 500 кВ (натуральная мощность, расстояние передачи) в 2 — 2,5 раза превышают возможности напряжения 330 кВ и в 1,5 раза — напряжения 400 кВ.

Линия напряжением 220 кВ может передать мощность 200 — 250 МВт на расстояние до 200 — 250 км, линия 330 кВ — мощность 400 — 500 МВт на расстояние до 500 км, линия 400 кВ — мощность 600 — 700 МВт на расстояние до 900 км. Напряжение 500 кВ обеспечивает передачу мощности 750 — 1 000 МВт по одной цепи на расстояние до 1 000 — 1 200 км.

Электрическая энергия является ценным энергоресурсом, что обуславливает ее использование при преобразованиях в другие виды энергии, а также передачу ее потребителям на любые расстояния.

Как известно, электроэнергию вырабатывают на электростанциях и передают потребителям на большие расстояния с помощью линий электропередачи (ЛЭП). Но при передаче электрической энергии по проводам часть энергии тратится на нагревание проводов линий электропередачи.

Теплота \(Q\), выделяемая током в проводнике, определяется по формуле закона Джоуля — Ленца: Q = I 2 Rt .

Очевидно, чтобы уменьшить потери тепловой энергии в проводах, нужно либо уменьшать силу тока, либо уменьшать сопротивление.

Чтобы уменьшить сопротивление линии, используют провода, изготовленные из материала с малым удельным сопротивлением (обычно медь или алюминий), и увеличивают их поперечное сечение. Однако этот путь малоэффективен — провода должны иметь малую массу. Противоречия в требованиях массы малой массы и малого удельного сопротивления с большим поперечным сечением не нашли своего решения. Поэтому используют высоковольтные линии передач.

Для уменьшения силы тока при сохранении мощности (\(P = IU\)) повышают напряжение, т. е. ток трансформируют.

Электроприборы в домах рассчитаны на напряжение, отличающееся от передаваемого по ЛЭП. Поэтому существуют подстанции, на которых напряжение понижается до потребительского значения (\(220\) В).

Весь быт современного человека тесно связан с электроэнергией. От неё работает всё: начиная от зарядных устройств телефонов и заканчивая аппаратами искусственной вентиляции лёгких. Поэтому электроэнергия должна быть легкодоступна в каждом уголке планеты.

Высокое напряжение как способ уменьшения потерь

Реальность такова, что передача электроэнергии на большие расстояния неизбежно сопровождается её потерями. Существенная часть электричества, проходя путь от генератора на электростанции до розетки бытового потребителя, превращается в тепло и расходуется на обогрев атмосферы. Однако это не снижает затрат за производство электроэнергии, поэтому конечному пользователю всё же приходится оплачивать и эти нецелевые расходы.

Уменьшить ненужные потери, соответственно, траты, позволяют следующие способы:

1. применение высокотемпературных сверхпроводников;
2. увеличение сечения кабелей и проводов ЛЭП;
3. повышение напряжения в линиях передачи.

За первым способом будущее. Однако сегодня он технически неосуществим. От второго отказались на первых парах развития электроэнергетики, ведь он экономически нецелесообразен из-за лишних расходов на утолщение проводников. Применение высокого напряжения оказалось наиболее удачным методом, поэтому он используется по всему миру уже порядка ста лет.

Классификация линий электропередач

Существует множество разновидностей ЛЭП. Каждый из видов заточен под свои определённые нужды и задачи. В соответствии с этим, ПУЭ регламентирует следующую классификацию воздушных линий электропередач.

По классу напряжению ЛЭП бывают:

• низковольтные, до 1 кВ;
• высоковольтные, свыше 1 кВ.

• Межсистемные линии с напряжением от 500 кВ и выше;
• Магистральные, 220-500 кВ;
• Распределительные, 110-220 кВ;
• Линии 35 кВ для питания сельхоз потребителей;
• ЛЭП 1-20 кВ, используемые в пределах одного населённого пункта.

Род электрического тока в ЛЭП подразделяются на:

• переменный (практически все линии);
• постоянный ток (встречается редко, в основном 3,3 кВ контактной сети железной дороги).

Способы передачи электроэнергии

Наиболее распространены два способа передачи электроэнергии: с помощью воздушных и кабельных линий. Они отличаются между собой по дальности и среде, в которой находится проводник.

Воздушные линии – это, упрощённо, медные или алюминиевые проводники, подвешенные через изоляторы на металлические или железобетонные опоры. При таком методе возможна передача электричества на большие расстояния и между разными государствами.

Кабельная линия – прокладка проводов под землёй. Отдельные токоведущие жилы расположены, как правило, в резиновой или ПВХ изоляции. Если напряжение высокое, то имеется и броня из металлической ленты. Также она служит в качестве экрана для защиты от помех. Встречается преимущественно в пределах города или предприятия.

Дополнительная информация. Применяя кабельные линии, возможно транспортировать электроэнергию по дну водоёмов и даже морей. Это позволяет поставлять электричество на острова. Применение ЛЭП таких возможностей не подразумевает.

Схема передачи энергии от электростанции до потребителя

Главная электростанция (1) вырабатывает напряжение порядка 10-12 кВ. Затем оно повышается с помощью трансформатора (2) до более высокого уровня: 35, 110, 220, 400, 500 или 1150 кВ. После по кабельной или воздушной линии (3) энергия передаётся на расстояния от единиц до тысяч километров и попадает на понижающую подстанцию. На ней также установлен трансформатор (4), который преобразует сотни киловольт снова в 10-12 тысяч вольт. Далее следует ещё один каскад понижения до 380/220 В (5). Это напряжение является конечным и раздаётся по потребителям (6), т.е. жилым домам, больницам и т.д.

Трансформаторные подстанции

Для преобразования напряжения одной величины в другую служат трансформаторные подстанции. Они представляют собой огороженный забором объект, имеющий на своей территории трансформатор. Внутри него располагаются первичная и вторичная обмотки (катушки). Их электромагнитное взаимодействие позволяет с большим КПД преобразовывать энергию. На подстанцию заходят воздушные линии или кабеля с одним напряжением, а выходят с другим, как правило, более низким.

Там же располагаются всевозможные системы контроля и учёта электроэнергии и распределительное устройство (РУ). Оно предназначено для связи с другими объектами энергосистемы и является неотъемлемой частью трансформаторной подстанции. РУ позволяет отключить отдельного потребителя по стороне низкого напряжения, не обесточивая при этом всех остальных.

Пропускная способность линий электропередач

Напряжение в конце линии неизбежно ниже, чем в её начале. Вольтаж теряется на сопротивлении проводов ЛЭП. Именно эта разница напряжений уходит впустую на обогрев вселенной.

Такая проблема приводит к тому, что невозможно создать линию электропередач бесконечной длины и передать по ней неограниченную мощность. Поэтому введено понятие – пропускная способность ЛЭП. Данная характеристика в первую очередь зависит от длины линии, металла, из которого сделаны её провода и их сечения. Потери в меди менее ощутимы, чем у алюминия. Пропускная способность линии тем выше, чем толще её провода.

Потери электроэнергии

Причины потерь при передаче электрической энергии на расстояние кроются в строении вещества. Электрический ток – это направленное движение по проводнику свободных носителей зарядов. В случае с ЛЭП и кабелями их роль играют электроны. Эти частицы, проходя по сечению провода, неизбежно сталкиваются с окружающими их атомами меди или алюминия и сообщают им часть своей кинетической энергии. Микрочастицы металла за счёт этого удара становятся подвижнее, что и воспринимается органами чувств человека как повышение температуры.

Количество теплоты Q, выделенной в проводнике за время t и потерянной впустую, вычисляется по закону Джоуля – Ленца. Оно пропорционально квадрату протекающего в проводе тока I и его сопротивлению R:

Дополнительная информация. Потери электричества имеются и в трансформаторе. К самым большим из них относятся затраты энергии на создание вихревых токов в сердечнике и нагрев обмоток.

Передача электричества на дальние расстояния

Если передача электрической энергии осуществляется на дистанции в сотни километров, то используют воздушные линии. Их строительство обходится существенно дешевле, в сравнении с кабельными, укладываемыми под землю. ЛЭП способны объединять в общую сеть соседние страны. Помимо этого, они проще в эксплуатации, ведь провода находятся под открытым небом. Этот фактор упрощает осмотр технического состояния линии и позволяет заблаговременно спрогнозировать её неисправности.

Постоянный ток в качестве альтернативы

Большинство из используемых сегодня в мире линий электропередач работает на переменном токе. Однако имеются исключения. В некоторых случаях применение постоянного тока оказывается более эффективным:

• отпадает необходимость в синхронизации генераторов, работающих в разных энергосистемах;
• сводятся к нулю потери на ёмкостное и индуктивное сопротивления кабеля;
• снижается стоимость линии, т.к. для передачи постоянного тока достаточно всего 2 проводников;
• возможность использования на уже построенных ЛЭП переменного тока, т.е. не нужно возводить новые магистрали;
• снижение электромагнитного излучения, возникающего при смене направления тока.

Дополнительная информация. Большинство домашних электроприборов может работать от постоянного тока. К ним относятся лампочки, интернет роутеры, дрели, обогреватели и многое другое. Переменный ток необходим только для некоторых видов двигателей, которые в быту встречаются крайне редко.

Умение передавать электрический ток на огромные расстояния послужило решающим фактором для развития всего человечества. Однако индустрия не стоит на месте, поэтому сейчас учёные работают над тем, чтобы сделать транспортировку энергии ещё эффективнее и дешевле.

255 вольт в сети — не опасно ли для бытовой техники?

Да, напряжение в сети 255 вольт, это опасно и не только для ваших бытовых электроприборов, но и пожароопасно, если проводка уже старенькая. Обычно, если скачки напряжения от 200 до 242 вольт и ваша бытовая техника современная и новая, то это можно еще потерпеть, пока напряжение не нормализуется и не станет 220 вольт с небольшими отклонениями в ту или другую сторону. Если переговоры ваши с электросетями не дают результатов, то лучше не тратить время, а купить стабилизатор напряжения, они свободно продаются в магазинах. Правильно установите и забудете про это ненормальное напряжение, а главное будут хорошо работать все ваши бытовые приборы и в целости и сохранности.

Кратковременно допустимо разброс величин напряжения от 207 — 253В, но это кратковременно!

Постоянные скачки в таких пределах, резко уменьшают ресурс техники.

А у вас в вопрос 255 вольт! Это явный перебор. Надо бы подумать о стабилизации (это дорого) ну или на худой конец поставить РН — реле напряжения (это дешевле) и задать ему минимальный и максимальный показатели.

220 вольт это эфемерное число, недостижимый эталон который нигде и никогда не выдерживается.Напряж­ ение в сети, в зависимости от времени суток и нагрузки,колеблется от 210 до 240 вольт.

Современная техника свободно держит перепады от 180 до 240 В, то есть может стабильно работать при таких перепадах.255 В она выдержит , но постоянная работа при таком повышенном напряжении нежелательно.Сгореть не сгорит но "здоровья" это точно не добавит.

Если у вас реально такое напряжение постоянно о тут лучше не рисковать и ставить стабилизатор на всю квартиру .Можно обратиться в электросети но дело это бесполезное, у них найдется сто тыщ причин — изношенные сети, трансформаторы, повышенные нагрузки тому подобное.Лучше один раз потратиться на стабилизатор чем потом на суды с исками о сгоревшей технике.

Почему невыгодно транспортировать бытовое напряжение

Почему передачу электроэнергии на расстояние выполняют на повышенном напряжении

Сегодня передачу электрической энергии на расстояние всегда выполняют на повышенном напряжении, которое измеряется десятками и сотнями киловольт. По всему миру электростанции различного типа генерируют электричество гигаваттами. Это электричество распределяется по городам и селам при помощи проводов, которые мы можем видеть например вдоль трасс и железных дорог, где они неизменно закреплены на высоких опорах с длинными изоляторами. Но почему передача всегда осуществляется на высоком напряжении? Об этом расскажем далее.

Представьте что вам необходимо передать по проводам электрическую мощность хотя бы в 1000 ватт на расстояние 10 километров в форме переменного тока с минимальными потерями, чтобы запитать мощный киловаттный прожектор. Что вы предпримете? Очевидно, что напряжение необходимо будет так или иначе преобразовывать, понижать или повышать при помощи трансформатора.

Допустим, источник (небольшой бензиновый генератор) выдает напряжение 220 вольт, при этом в вашем распоряжении есть двухжильный медный кабель с сечением каждой жилы по 35 кв.мм. На 10 километров такой кабель даст активное сопротивление около 10 Ом.

Нагрузка мощностью 1 кВт имеет сопротивление около 50 Ом. И что если передаваемое напряжение оставить на уровне 220 вольт? Это значит, что шестая часть напряжения придется (упадет) на передающий провод, который окажется под напряжением около 36 вольт. И вот, порядка 130 Вт потеряно по пути — просто подогрели передающие провода. А на прожекторе получим не 220 вольт, а 183 вольта. КПД передачи оказалось 87%, и это пренебрегая еще индуктивном сопротивлении передающих проводов.

Дело в том, что активные потери в передающих проводах всегда прямо пропорциональны квадрату тока (см. Закон Ома). Следовательно если передачу той же самой мощности осуществить при более высоком напряжении, то падение напряжения на проводах не окажется столь губительным фактором.

Допустим теперь иную ситуацию. У нас имеется тот же самый бензиновый генератор, выдающий 220 вольт, те же 10 километров провода с активным сопротивлением 10 Ом, и тот же самый прожектор на 1кВт, но плюс ко всему еще есть два киловаттных трансформатора, первый — повышающий 220-22000 вольт, расположенный возле генератора и подключенный к нему обмоткой низкого напряжения, а обмоткой высокого напряжения — присоединен к передающим проводам. А второй трансформатор, на расстоянии 10 километров, — понижающий 22000-220 вольт, к обмотке низкого напряжения которого присоединен прожектор, а обмотка высокого напряжения — получает питание от передающих проводов.

Итак, при мощности нагрузки 1000 ватт при напряжении 22000 вольт, ток в передающем проводе (здесь можно обойтись без учета реактивной составляющей) составит всего 45мА, а значит на нем упадет уже не 36 вольт, (как было без трансформаторов) а всего 0,45 вольт! Потери составят уже не 130 Вт, а всего 20 мВт. КПД такой передачи на повышенном напряжении составит 99,99%. Вот почему передача на повышенном напряжении более эффективна.

В нашем примере ситуация рассмотрена грубо, и использовать дорогие трансформаторы для такой простой бытовой цели было бы конечно нецелесообразным решением. Но в масштабах стран и даже областей, когда речь идет о расстояниях в сотни километров и об огромных передаваемых мощностях, стоимость электроэнергии, которая могла бы потеряться, тысячекратно превышает любые затраты на трансформаторы. Вот почему при передаче электроэнергии на расстояние всегда применяется повышенное напряжение, измеряемое сотнями киловольт — чтобы снизить потери мощности при передаче.

Непрерывный рост электропотребления, концентрация генерирующих мощностей на электростанциях, сокращение свободных от застройки территорий, ужесточение требований по защите окружающей среды, инфляция и рост цен на землю, а также ряд других факторов настоятельно диктуют повышение пропускной способности линий электропередачи.

Конструкции различных линий электропередачи рассмотрены здесь: Устройство различных ЛЭП разного напряжения

Объединение энергетических систем, увеличение мощности электрических станций и систем в целом сопровождаются увеличением расстояний и потоков мощности, передаваемых по линии электропередачи. Без мощных линий электропередачи высокого напряжения невозможна выдача энергии от современных крупных электростанций.

Единая энергетическая система позволяет обеспечить передачу резервной мощности в те районы, где имеется в ней потребность, связанная с ремонтными работами или аварийными условиями, появится возможность передавать избыток мощности с запада на восток или наоборот, обусловленный поясным сдвигом во времени.

Благодаря дальним передачам стало возможным строительство сверхмощных электростанций и полное использование их энергии.

Капиталовложения на передачу 1 кВт мощности на заданное расстояние при напряжении 500 кВ в 3,5 раза ниже, чем при напряжении 220 кВ, и на 30 — 40% ниже, чем при 330 — 400 кВ.

Стоимость передачи 1 кВт•ч энергии при напряжении 500 кВ вдвое ниже, чем при напряжении 220 кВ, и на 33 — 40% ниже, чем при напряжении 330 или 400 кВ. Технические возможности напряжения 500 кВ (натуральная мощность, расстояние передачи) в 2 — 2,5 раза превышают возможности напряжения 330 кВ и в 1,5 раза — напряжения 400 кВ.

Линия напряжением 220 кВ может передать мощность 200 — 250 МВт на расстояние до 200 — 250 км, линия 330 кВ — мощность 400 — 500 МВт на расстояние до 500 км, линия 400 кВ — мощность 600 — 700 МВт на расстояние до 900 км. Напряжение 500 кВ обеспечивает передачу мощности 750 — 1 000 МВт по одной цепи на расстояние до 1 000 — 1 200 км.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Причины потерь электроэнергии на больших расстояниях

Реальность такова, что передача электроэнергии на большие расстояния неизбежно сопровождается её потерями. Существенная часть электричества, проходя путь от генератора на электростанции до розетки бытового потребителя, превращается в тепло и расходуется на обогрев атмосферы. Однако это не снижает затрат за производство электроэнергии, поэтому конечному пользователю всё же приходится оплачивать и эти нецелевые расходы.

Уменьшить ненужные потери, соответственно, траты, позволяют следующие способы:

1. применение высокотемпературных сверхпроводников;
2. увеличение сечения кабелей и проводов ЛЭП;
3. повышение напряжения в линиях передачи.

За первым способом будущее. Однако сегодня он технически неосуществим. От второго отказались на первых парах развития электроэнергетики, ведь он экономически нецелесообразен из-за лишних расходов на утолщение проводников. Применение высокого напряжения оказалось наиболее удачным методом, поэтому он используется по всему миру уже порядка ста лет.

Общее описание пути тока

Такие объекты, как ЦРП, находятся уже в непосредственной близости от городов, сел и т. д. Здесь происходит не только распределение, но и понижение напряжения до 220 или же 110 кВ. После этого электроэнергия передается на подстанции, расположенные уже в черте города.

При прохождении таких небольших подстанций напряжение понижается еще раз, но уже до 6-10 кВ. После этого осуществляется передача и распределение электроэнергии по трансформаторным пунктам, расположенным по разным участкам города. Здесь также стоит отметить, что передача энергии в черте города к ТП осуществляется уже не при помощи ЛЭП, а при помощи проложенных подземных кабелей. Это гораздо целесообразнее, чем применение ЛЭП. Трансформаторный пункт – это последний объект, на котором происходит распределение и передача электроэнергии, а также ее понижение в последний раз. На таких участках напряжение снижается до уже привычных 0,4 кВ, то есть 380 В. Далее оно передается в частные, многоэтажные дома, гаражные кооперативы и т. д.

Если кратко рассмотреть путь передачи, то он примерно следующий: источник энергии (электростанция на 10 кВ) – трансформатор повышающего типа до 110-1150 кВ – ЛЭП – подстанция с трансформатором понижающего типа – трансформаторный пункт с понижением напряжения до 10-0,4 кВ – потребители (частный сектор, жилые дома и т. д.).

Потери электроэнергии

Причины потерь при передаче электрической энергии на расстояние кроются в строении вещества. Электрический ток – это направленное движение по проводнику свободных носителей зарядов. В случае с ЛЭП и кабелями их роль играют электроны. Эти частицы, проходя по сечению провода, неизбежно сталкиваются с окружающими их атомами меди или алюминия и сообщают им часть своей кинетической энергии. Микрочастицы металла за счёт этого удара становятся подвижнее, что и воспринимается органами чувств человека как повышение температуры.

Количество теплоты Q, выделенной в проводнике за время t и потерянной впустую, вычисляется по закону Джоуля – Ленца. Оно пропорционально квадрату протекающего в проводе тока I и его сопротивлению R

Дополнительная информация. Потери электричества имеются и в трансформаторе. К самым большим из них относятся затраты энергии на создание вихревых токов в сердечнике и нагрев обмоток.

Способы передачи электроэнергии

Знакомство с пиковыми и другими зонами тарификации электроэнергии

Наиболее распространены два способа передачи электроэнергии: с помощью воздушных и кабельных линий. Они отличаются между собой по дальности и среде, в которой находится проводник.

Воздушные линии – это, упрощённо, медные или алюминиевые проводники, подвешенные через изоляторы на металлические или железобетонные опоры. При таком методе возможна передача электричества на большие расстояния и между разными государствами.

Кабельная линия – прокладка проводов под землёй. Отдельные токоведущие жилы расположены, как правило, в резиновой или ПВХ изоляции. Если напряжение высокое, то имеется и броня из металлической ленты. Также она служит в качестве экрана для защиты от помех. Встречается преимущественно в пределах города или предприятия.

Прокладка кабелей

Дополнительная информация. Применяя кабельные линии, возможно транспортировать электроэнергию по дну водоёмов и даже морей. Это позволяет поставлять электричество на острова. Применение ЛЭП таких возможностей не подразумевает.

Передача электроэнергии на большие расстояния

Для того чтобы организовать передачу электрической энергии на большое расстояние чаще всего применяют специальные каналы из проводов сделанных из алюминия, металла или меди. Здесь могут быть организованы несколько типов линий.

• Линии воздушного типа;
• Подземные кабели экранизированного вида.

И первый, и второй тип распространяет электромагнитную энергию в диэлектрике, и только доля процента теряется при нагреве проводника.

Если используется открытый проводник, то определенная часть энергии при передаче проходит в свободное пространство, и она не значительна. Это происходит в том случае, если линия передачи намного меньше длинны волны.

На практике электромагнитное поле распространяется по металлу в проводах на глубину, а общие потери будут зависеть от того сколько примесей ест в металле и от температуры провода. Чем больше будет нагреваться провод, тем больше потерь будет на выходе.

Общее описание процесса

Как говорилось ранее, начальным объектом, откуда начинается распределение электроэнергии, на сегодняшний день является электрическая станция. В наше время существует три основных типа станции, которые могут снабжать потребителей электричеством. Это может быть тепловая электрическая станция (ТЭС), гидроэлектростанция (ГЭС) и атомная электрическая станция (АЭС). Помимо этих основных типов, есть также солнечные или ветровые станции, однако они используются для более локальных целей.

Эти три типа станция является и источником и первой точкой распределения электроэнергии. Для того чтобы осуществить такой процесс, как передача электрической энергии, необходимо значительно увеличить напряжение. Чем дальше находится потребитель, тем выше должно быть напряжение. Так, увеличение может доходить до 1150 кВ. Повышение напряжения необходимо для того, чтобы снизилась сила тока. В таком случае также падает и сопротивление в проводах. Такой эффект позволяет передавать ток с наименьшими потерями мощности. Для того чтобы повышать напряжение до нужного значения, каждая станция имеет повышающий трансформатор. После прохождения участка с трансформатором, электрический ток при помощи ЛЭП передается на ЦРП. ЦРП – это центральная распределительная станция, где осуществляется непосредственное распределение электроэнергии.

Схемы распределения для первой категории приемников

Что касается распределения энергии для питания приемников первой категории, то в данном случае необходимо подключение от двух независимых центров питания одновременно. Кроме того, в таких схемах часто используется не один распределительный пункт, а два, а также всегда предусмотрена система автоматического включения резервного питания.

Для электрических приемников, которые принадлежат к первой категории, автоматика переключения на резервное питание устанавливается на вводно-распределительных устройствах. При такой системе подключения распределение электрического тока осуществляется при помощи двух силовых линий, каждая из которых характеризуется напряжением до 1 кВ, а также подключаются к независимым трансформаторам.

По какому маршруту происходит передача электроэнергии на расстояние

Уже ни для кого не станет секретом, что электроэнергия попадает в наше жилье от электрических станций, которые являются основным источником электрической энергии. Но между этими установками и нашими домами проходят сотни километров, и все это расстояние ток должен сохранить максимальный коэффициент полезного действия.

Итак, как уже было сказано, первоначальным пунктом является станция, которая проводит генерацию энергии.

На сегодняшний день можно выделит следующие станции:

• ГЭС (гидроэлектростанция);
• ТЭС (теплоэлектростанция);
• АЭС (атомная электростанция);
• Солнечная;
• Ветровая;
• Геотермальная.

Здесь от основного источника, то есть от станции, электричество передвигается к потребителям, которые могут располагаться на дальнем расстоянии. Для того чтобы передать напряжение, его повышают при помощи установленных трансформаторов. Напряжение может быть повышено до 1100 кВ, показатель будет зависеть от расстояния.

При передаче электроэнергии на большие расстояния от электростанции осуществляется распределение. Принцип не сложный его можно понять даже впервые взглянув на картинки – схемы. Вся передача зависит на каком расстоянии находится конечная точка и при каком напряжении она работает выгоднее. На последнем этапе, там где находятся структурные объекты, происходит получение постоянного тока в допустимом показателе

В соответствии с этим электроэнергия предается на трансформатор, который повышает показатель, после этого энергия передается на центральную распределительную подстанцию и здесь показатель снижается до потребляемого в 220 или 110 кВ. Именно отсюда происходит распределения на подстанции.

После этого напряжение снижается еще раз уже до показателя 6-10 кВ и направляется в трансформаторные пункты. От них электричество передается в жилые дома, многоэтажки, частные сектора и гаражи.

Если кратко описать схему передачи энергии, то она выглядит так:

• Электростанция;
• Повышающий трансформатор;
• Понижающий трансформатор;
• Жилой дом.

Передача тока осуществлена по этому маршруту, а все действие можно охарактеризовать как сообщение, которое передается одному объекту. Все показатели заносятся в определенный журнал.

Хотелось бы отметить тот факт, что на сегодняшний день является открытым и популярным вопросом передача электричества на расстояние без проводов. Идея было предложено много, но самым успешным вариантом можно считать беспроводную технологию, известную так, же как Wi-Fi. В Вашингтоне ученые уже рассмотрели этот метод и занялись его изучением более подробно.

Трансформаторные подстанции

Для преобразования напряжения одной величины в другую служат трансформаторные подстанции. Они представляют собой огороженный забором объект, имеющий на своей территории трансформатор. Внутри него располагаются первичная и вторичная обмотки (катушки). Их электромагнитное взаимодействие позволяет с большим КПД преобразовывать энергию. На подстанцию заходят воздушные линии или кабеля с одним напряжением, а выходят с другим, как правило, более низким.

Там же располагаются всевозможные системы контроля и учёта электроэнергии и распределительное устройство (РУ). Оно предназначено для связи с другими объектами энергосистемы и является неотъемлемой частью трансформаторной подстанции. РУ позволяет отключить отдельного потребителя по стороне низкого напряжения, не обесточивая при этом всех остальных.

Постоянный ток в качестве альтернативы

Большинство из используемых сегодня в мире линий электропередач работает на переменном токе. Однако имеются исключения. В некоторых случаях применение постоянного тока оказывается более эффективным:

• отпадает необходимость в синхронизации генераторов, работающих в разных энергосистемах;
• сводятся к нулю потери на ёмкостное и индуктивное сопротивления кабеля;
• снижается стоимость линии, т.к. для передачи постоянного тока достаточно всего 2 проводников;
• возможность использования на уже построенных ЛЭП переменного тока, т.е. не нужно возводить новые магистрали;
• снижение электромагнитного излучения, возникающего при смене направления тока.

Дополнительная информация. Большинство домашних электроприборов может работать от постоянного тока. К ним относятся лампочки, интернет роутеры, дрели, обогреватели и многое другое. Переменный ток необходим только для некоторых видов двигателей, которые в быту встречаются крайне редко.

Умение передавать электрический ток на огромные расстояния послужило решающим фактором для развития всего человечества. Однако индустрия не стоит на месте, поэтому сейчас учёные работают над тем, чтобы сделать транспортировку энергии ещё эффективнее и дешевле.

Потери при передаче электроэнергии

При передаче электроэнергии происходят довольно большие потери, которые бьют по карману не только поставщику, но и потребителю. В условиях кризиса это особенно ощутимо. Есть ли решение у этой проблемы? Как устранить ее и возможно ли это сделать?

Электрическая сеть состоит минимум из 3-х ключевых компонентов:

• Генератор;
• Потребитель;
• Сеть проводов или линия электропередачи.

Это идеальная схема, но на самом деле она состоит их многотысячных проводов длиной в несколько километров, оборудования и многочисленных подстанций. Все они связывают участников сети между собой. При этом на каждом звене происходят потери электроэнергии. Потребитель в результате получает электроэнергию не в отпущенном количестве, а в фактически переданном. Чтобы эти потери не достигали больших значений, поставщики ищут постоянно решения, используют разные способы и методы. Но для их подбора необходимо определить причину потери электроэнергии.

Условно делят их на:

• Производственные;
• Технологические;
• Коммерческие.

Разберемся подробнее с каждым из них.

Коммерческие потери происходят по следующим причинам:

• Погрешности расчетов и показаний;
• Незаконное использование электроэнергии;
• Неправильно подобранные тарифы.

Уменьшить нецелевые затраты позволяют специальные расчеты, определение категории потери. Например, технологические — это задача потребителя электроэнергии. Сократить потери возможно корректировкой тарифов или модернизацией оборудования.

Коммерческие потери влияют на прибыль поставщика, поэтому ведется особый контроль за незаконными подключениями, работают контролирующие отделы, внедряются системы сбора данных в автоматическом режиме.

Технологические потери возникают при передаче электроэнергии ЛЭП.

Причины возникновения электропотерь:

• Постоянные расходы. К ним можно отнести работу оборудования вхолостую.
• Высокие токи нагрузочные.
• Климатические особенности. Это затраты на устранение льда и других последствий погоды.

Производственные потери — расходы для питания оборудования. Замеряют его специальными приборами.

Как уменьшить потери электропередачи?

Есть 2 варианта: уменьшить сопротивление проводов или силу тока в линии электропередач. Для первого варианта используют провода из меди, алюминия, увеличивают их поперечное сечение. При этом важно, чтобы провода были небольшого веса и рекомендуется применение перфорированных кабельных лотков. Также для уменьшения потерь используют шинопровод. Его применение позволяет сэкономить немалую сумму.

С целью уменьшения силы тока в линии электропередач используется трансформатор или станция.

Снизить затраты также можно следующими эффективными методами:

• Оптимизация схемы и работы электросети;
• Модернизация оборудования.;
• Уменьшение суммарной мощности;
• Оптимизация нагрузки трансформаторов.

Подбор метода осуществляется специалистами индивидуально для каждого конкретного случая.

Заключение

Снижение потерь электроэнергии при передаче – комплексная работа. Безусловно, процесс этот очень непростой и часто финансово затратный, но, если добиться желаемого результата, все старания быстро окупятся. Главное — делать правильно, грамотно, учесть все детали и особенности. В этом вопросе должны быть заинтересованы 2 стороны, так, как только при таком подходе можно сократить потери и при этом существенно снизить затраты. Избежать потерь — нельзя, но минимизировать — можно. Для этого стоит использовать современное оборудование, инновационный подход и опыт ведущих специалистов.

Почему невыгодно транспортировать бытовое напряжение

Влияние длины и сечения кабеля на потери по напряжению

Потери электроэнергии – неизбежная плата за ее транспортировку по проводам, вне зависимости от длины передающей линии. Существуют они и на воздушных линиях электропередач длиною в сотни километров и на отрезках электропроводки в несколько десятков метров домашней электрической сети. Происходят они, прежде всего потому, что любые провода имеют конечное сопротивление электрическому току. Закон Ома, с которым каждый из нас имел возможность познакомиться на школьных уроках физики, гласит, что напряжение (U) связано с током (I) и сопротивлением (R) следующим выражением:

из него следует что чем выше сопротивление проводника, тем больше на нем падение (потери) напряжения при постоянных значениях тока. Это напряжение приводит к нагреву проводников, который может грозить плавлением изоляции, коротким замыканием и возгоранием электропроводки.

При передаче электроэнергии на большие расстояния потерь удается избегать за счет снижения силы передаваемого тока, достигается это многократным повышением напряжения до сотен киловольт. В случае низковольтных сетей, напряжением 220 (380) В, потери можно минимизировать только выбором правильного сечения кабеля.

Почему падает напряжение и как это зависит от длины и сечения проводников

Для начала остановимся на простом житейском примере частного сектора в черте города или большого поселка, в центре которого находится трансформаторная подстанция. Жильцы домов, расположенных в непосредственной близости к ней жалуются на постоянную замену быстро перегорающих лампочек, что вполне закономерно, ведь напряжение в их сети достигает 250 В и выше. В то время как на окраине села при максимальных нагрузках на сеть оно может опускаться до 150 вольт. Вывод в таком случае напрашивается один, падение напряжение зависит от длины проводников, представленных линейными проводами.

Конкретизируем, от чего зависит величина сопротивления проводника на примере медных проводов, которым сегодня отдается предпочтение. Для этого опять вернемся к школьному курсу физики, из которого известно, что сопротивление проводника зависит от трех величин:

• удельного сопротивления материала – ρ;
• длины отрезка проводника – l;
• площади поперечного сечения (при условии, что по всей длине оно одинаковое) – S.

Все четыре параметра связывает следующее соотношение:

очевидно, что сопротивление растет по мере увеличения длины проводника и падает по мере увеличения сечения жилы.

Для медных проводников удельное сопротивление составляет 0.0175 Ом·мм²/м, это значит, что километр медного провода сечением 1 мм² будет иметь сопротивление 17.5 Ом, в реальной ситуации оно может отличаться, например, из-за чистоты металла (наличия в сплаве примесей).

Для алюминиевых проводников величина сопротивления еще выше, поскольку удельное сопротивление алюминиевых проводов составляет 0.028 Ом·мм²/м.

Теперь вернемся к нашему примеру. Пусть от подстанции до самого крайнего дома расстояние составляет 1 км и электропитание напряжения 220 вольт до него проложено алюминиевым проводом марки А, с минимальным сечением 10 мм². Расстояние, которое необходимо пройти электрическому току складывается из длины нулевых и фазных проводов, то есть в нашем примере необходимо применить коэффициент 2, таким образом максимальная длина составит 2000 м. Подставляя наши значения в последнюю формулу, получим величину сопротивления равную 5.6 Ом.

Много это или мало, понятно из упомянутого выше закона Ома, так для потребителя с номинальным током всего 10 ампер, в приведенном примере падение напряжения составит 56 В, которые уйдут на обогрев улицы.

Конечно же, если нельзя уменьшить расстояние, следует выбрать сечение проводов большей площади, это касается и внутренних проводок, однако это ведет к увеличению затрат на кабельно-проводниковую продукцию. Оптимальным решением будет правильно рассчитать сечения проводов, учитывая максимальную допустимую нагрузку.

Остались вопросы?

Заполните форму обратно связи ниже, наши специалисты свяжутся с Вами, проконсультируют, расскажут про возможные способы решения Вашей задачи.

Какой ток в розетке — постоянный или переменный

Без электричества сегодня нельзя представить ни одну сферу деятельности. Вместе с тем, его использование происходит по строгим правилам, нарушение которых может не только привести к возникновению аварийных ситуаций, но и создать угрозу здоровью или жизни людей. Чтобы исключить такие риски, необходимо знать об особенностях электричества и учитывать их в своей деятельности. Одним из вопросов, в которых следует разбираться, является понимание того, какой ток в розетке постоянный или переменный и почему.

Краткие исторические сведения

На заре развития эры электричества вопрос о том, какой использовать ток — переменный или постоянный, не являлся очевидным. Эта тема была предметом споров Томаса Эдисона и Никола Тесла. Первый стремился убедить общество в необходимости постоянного тока, второй агитировал за применение переменного. Как мы знаем, точка зрения Никола Тесла в итоге победила. Однако в то далёкое время оба варианта использовались практически на равных.

Одним из отголосков былых времён остались лифты в Сан-Франциско и в Нью-Йорке, которые работают от постоянного электротока. Правда, их сохранили из уважения к истории, в качестве раритетов.

Плюсы и минусы переменного тока

• В быту в России используются розетки на 220 Вольт. Также распространены те, в которых 380 Вольт. И в тех, и в других используется ток переменный. Его важнейшей особенностью является то, что он плавно изменяется от положительного значения к отрицательному и обратно с частотой 50 Гц. График переменного электротока имеет вид синусоиды.

Практически повсеместное использование переменного тока связано с его плюсами:

• Ток легко вырабатывать.
• Он передаётся на большие расстояния с относительно малыми потерями.
• При его применении не возникают проблемы с определением полярности.

Также нужно учитывать наличие определённых недостатков:

• Для работы некоторых устройств требуется постоянное напряжение. Чтобы его получить, необходимо использовать выпрямители.
• Возникают сложности с проведением электротехнических расчётов. При чтении характеристик обычно можно узнать об амплитудных значениях (максимальных). На самом деле для расчётов используется эффективная величина, которая равна примерно 70% от максимальной.
• Использование переменного тока усложняет проведение измерений.
• Переменный ток создаёт электромагнитное поле, которое может оказывать существенное влияние на работу оборудования.

Сила тока в розетках

То, что в розетках поддерживается питающее напряжение 220 или 380 В, широко известно. Но постоянный или переменный ток в них — знают не все. А у многих даже возникает вопрос, зачем им нужно знать об этом.

Чтобы ответить на него, нужно вспомнить о том, что представляет собой электрический ток. При подсоединении источника питания в проводнике возникает электрическое поле, которое вызывает направленное движение электронов к положительному полюсу.

Чем больше движущихся электронов в проводнике, тем больше сила тока. Например, если соединить полюса батареи непосредственно без какой-либо нагрузки, то сила тока будет настолько велика, что металл может расплавиться.

При использовании переменного электротока один из выходов розетки представляет собой нулевой провод. Считается, что на нём нулевой потенциал. Другой называется фазой. На него подаётся переменное, а не постоянное напряжение, которое циклически с большой скоростью меняется от положительного к отрицательному значению и обратно.

Соответственно ток проходит то в одном, то в противоположном направлении. Это происходит в розетке 220 В с частотой 50 Гц. Если к ней не подключено ничего, то тока в ней нет. Но при включении любого электрического прибора цепь становится замкнутой и по ней начинает идти ток.

Сила электротока определяется мощностью используемого оборудования. Если он слишком большой, то это может представлять опасность и для людей, и для техники. Например, могут происходить короткие замыкания или утечка тока из-за повреждения изоляции кабеля. В этом случае поможет наличие предохранителя, который срабатывает при прохождении слишком сильного тока.

Параметры элетротока важно знать, чтобы контролировать выполнение требований по технике по безопасности. Каждые розетка или удлинитель рассчитаны на определённую силу тока. Если их использовать без учёта данного обстоятельства, то они могут просто сгореть, создав при этом аварийную ситуацию.

Стандартные требования к силе тока

В РФ и Европе используется ток частотой 50 Гц. В Америке — 60 Гц. Принято считать, что в квартире суммарная сила тока не должна превышать 16 А, а в частном доме этот предел равен 25 А.

В отдельных розетках могут быть собственные ограничения, которые указаны в технической документации. Например, оно может быть равно 6 или 10 А. Это означает, что суммарная нагрузка, подключаемая к данной розетке не должна питаться электротоком, превышающим указанный.

На практике, чтобы проверить соблюдение требований, редко выполняется непосредственное измерение силы тока в розетке. Для этого удобнее провести расчёты на основе мощности используемого оборудования.

Как рассчитать силу тока в розетке

Хотя точно известно, какое напряжение в розетке, ответ на вопрос о силе тока является более сложным. Эта величина в существенной степени зависит от того, что подключено к розетке. На практике один из самых простых способов её определить заключается в выполнении несложных расчётов. При этом основываются на знании мощности электроприбора. Обычно она имеется в технической документации или указана непосредственно на устройстве.

Для постоянного тока мощность представляет собой произведение тока на напряжение в сети. Следовательно, для определения нужной величины можно применить формулу:

• I означает силу тока;
• U — напряжение;
• P — значение мощности.

Для переменного тока формула имеет следующий вид:

С правой стороны равенства использованы значение мощности, напряжения, а также косинус угла «фи» (cos φ). Первая из этих величин известна из технической документации, вторая равна 220 Вольт. Косинус «фи» обычно также известен из технической документации. Если она утрачена, то его можно узнать из соответствующего справочника.

Косинус угла φ может называться и по другому — коэффициент мощности.

Для иллюстрации сказанного можно привести пример расчёта силы электротока при подключении утюга мощностью 2000 Вт. Косинус «фи» в рассматриваемом случае близок к единице (так как утюг с точки зрения электротехники — это чисто активная нагрузка). Подставив эти значения в формулу, получим:

I = 2000 Вт / 220 В · 1.0 = 9.1 А.

Коэффициент мощности (cos φ) указывается в паспорте изделий. Значительно он отличается от единицы у приборов, имеющих явно выраженную индуктивный или емкостной характер. Например, это электродвигатели (cos φ = 0.6 .. 0.7). Однако у холодильников и пылесосов, в состав которых входят электродвигатели коэффициент мощности 0.9 .. 0.95, так как он корректируется с помощью специальной схемы.

Как работают розетки

В розетках к одному разъему подключен нулевой провод, а к другому — фазный. На последний подается переменное напряжение. В некоторых розетках может еще быть заземление. Его нельзя путать с нулевым проводом. В первом всегда имеется потенциал равный нулю. Провод заземления подаётся на питающую станцию, соединяется с другими такими и после этого заземляется.

В быту некоторые в качестве заземления используют провод, соединяющийся с водопроводной трубой или с радиатором отопления. Но если в многоэтажном доме в какой-то квартире поставят пластиковые трубы, то такое заземление перестанет работать.

В каждой розетке имеется предельная сила электротока, на которую она рассчитана. При подключении оборудования нужно быть уверенным, что она не превышена. Также при монтаже розеток необходимо учитывать условия, в которых их будут использовать. Например, в доме, где есть маленькие дети, удобно установить розетки, которые закрываются специальной крышкой, позволяющей избежать удара электротоком.

Если электропитание необходимо в условиях сильной влажности или запыленности, потребуется использование соответствующей защиты. Для некоторых видов бытовых приборов и оборудования может быть критически важным наличие заземления в розетке для сети 220 В.

Установка розеток должна также учитывать требования дизайна. Поэтому важно, чтобы они были смонтированы так, чтобы не нарушать получившегося стиля. Например, владелец может выбирать, будут ли они встроенными или расположенными снаружи стены.

Также нужно учитывать форму вилок тех электроприборов, которые в них планируют подключать. В редких случаях возникают ситуации, когда конструкции не подходят друг к другу. Такие ситуации необходимо уметь предусматривать заранее.

Важно, чтобы напряжение в сети было стабильным и не отклонялось от нормативных параметров. В противном случае будут происходить поломки оборудования. Следует обращать внимание на целостность изоляции проводов в розетке. Здесь они расположены очень плотно и при малейшем повреждении изоляции увеличивается вероятность возникновения короткого замыкания.

Также стоит обращать внимание на то, насколько плотно примыкает вилка к розетке при подключении. При неплотном прилегании могут возникать искры, которые приведут к окислению контактов. Это также может стать причиной нагрева и дальнейшего плавления оболочки проводов или пластиковых элементов конструкции.

Насколько оправдано использование постоянного тока

Поскольку в быту практически все бытовые приборы работают от розеток, возникает предположение, что это переменный ток выигрывает соревнование с постоянным. Однако, если присмотреться внимательнее, то становится понятно, что каждый из них незаменим в тех сферах, где его применяют.

Некоторые способы получения электроэнергии обеспечивают именно переменный ток. Одним из широко известных вариантов такого рода являются гидроэлектростанции, где используется вращение турбин под действием текущей воды. Однако применение солнечных батарей позволяет получать постоянный ток. Интересно отметить, что из всей вырабатываемой электроэнергии на его долю приходится только 2%.

Переменный ток известен существенно меньшими потерями при транспортировке. В этом отношении конкурент ему проигрывает. Однако питание многих электрических схем происходит только постоянным током. В качестве примера можно привести компьютеры и смартфоны. Существует транспорт на электрической тяге. Он практически весь работает с постоянным током. В частности это относится к электричкам, трамваям, электромобилям и гибридным автомобилям.

На какие расстояния эффективно передавать электроэнергию?

Сторонники распределенной генерации полагают, что будущее энергетики состоит в использовании небольших генерирующих устройств каждым потребителем. Можно подумать, что столь привычные нам опоры ЛЭП доживают свои последние деньки. Попробую встать на защиту «старушек» ЛЭП и рассмотреть те плюсы, которые получает энергосистема при строительстве протяженных линий электропередачи.

Во-первых, транспорт электрической энергии напрямую конкурирует с транспортом топлива по железной дороге, нефте- и газопроводам. При их удаленности или отсутствии строительство линий электропередачи является единственным оптимальным решением для энергоснабжения.

Во-вторых, в электротехнике уделяется пристальное внимание резервированию мощности. Согласно правилам проектирования энергосистем, резерв должен обеспечивать работу энергосистемы при потере любого ее элемента. Сейчас этот принцип называется «N-1». Для двух изолированных систем суммарный резерв будет больше, чем для связанных, а меньший резерв — это меньшее количество денег, потраченных на дорогостоящее электрооборудование.

В-третьих, экономия достигается за счет более грамотного управления энергоресурсами. Атомные электростанции, гидроэлектростанции (за исключением малой генерации) по понятным причинам зачастую расположены в отдалении от крупных городов и поселений. Без линий электропередачи «мирный атом» и гидроэлектроэнергия не были бы использованы по их прямому назначению. Разветвленная энергосистема также позволяет оптимизировать загрузку и прочих видов электростанций. Ключ к оптимизации — управление очередью загрузки. Вначале загружаются электростанции с более дешевым производством каждого кВт*ч, затем уже электростанции с более дорогим. Не стоит забывать и о часовых поясах! Когда в Москве пик энергопотребления, в Якутске этот показатель невелик. Отдавая дешевую электроэнергию в разные часовые пояса, мы стабилизируем загрузку генераторов и сводим к минимуму издержки производства электричества.

Не стоит забывать и о конечном потребителе — чем больше у нас возможностей доставить до него электрическую энергию от разных источников, тем меньше вероятность, что когда-нибудь его энергоснабжение прервется.

К минусам построения разветвленной электросети можно отнести: сложное диспетчерское управление, трудную задачу автоматического управления и работы релейной защиты, появление необходимости дополнительного контроля и регулирования частоты передаваемой мощности.

Однако отмеченные недостатки не могут нивелировать положительный эффект от построения разветвленной энергосистемы. Развитие современных систем противоаварийного управления и компьютерных технологий постепенно упрощают процесс диспетчерского управления и увеличивают надежность электросетей.

Постоянный или переменный?

Существует два принципиальных подхода к передаче электроэнергии — использование переменного или постоянного тока. Не вдаваясь в подробности, отметим, что для небольших расстояний гораздо эффективнее использовать переменный ток. Но при передаче электроэнергии на расстояния свыше 300 км практичность использования переменного тока уже не так очевидна.

Связано это в первую очередь с волновыми характеристиками передаваемой электромагнитной волны. Для частоты 50 Гц длина волны составляет примерно 6000 км. Оказывается, что в зависимости от протяженности ЛЭП существуют физические ограничения на передаваемую мощность. Максимум мощности можно передать при длинах ЛЭП порядка 3000 км, что составляет половину длины передаваемой волны. К слову, этот же объем мощности передают по ЛЭП протяженностью в 10 раз меньше. При прочих размерах линий объем мощности может достигать всего лишь половины от данного значения.

В 1968 году в СССР был осуществлен уникальный и пока единственный в мире эксперимент по передаче мощности на расстояние 2858 км. Была собрана искусственно схема передачи, включающая в себя участки Волгоград-Москва-Куйбышев (ныне Самара)-Челябинск-Свердловск (ныне Екатеринбург) на напряжении 500 кВ. Опытным путем были подтверждены теоретические исследования длинных линий.

Из рекордсменов по протяженности можно выделить проложенную в Китае ЛЭП в 2200 км от восточной провинции Хами до города Чженчжоу (столица провинции Хэнань). Стоит отметить, что полный ее ввод в эксплуатацию намечен на 2014 год.

Также не стоит забывать о напряжении линий. Со школы нам знаком закон Джоуля-Ленца P = I? R, который постулирует, что потери электрической энергии зависят от значения электрического тока в проводе и от материала, из которого он изготовлен. Мощность, передаваемая по линиям электропередачи, есть произведение тока на напряжение. Чем выше напряжение, тем меньше ток в проводе и тем самым меньше уровень потерь электроэнергии при передаче. Отсюда следствие: если мы хотим передавать электроэнергию на большие расстояния, необходимо выбирать как можно большее напряжение.

При использовании переменного тока в протяженных ЛЭП возникает ряд технологических проблем. Главная проблема связана с реактивными параметрами линий электропередачи. Емкостное и индуктивное сопротивление проводов оказывают существенное влияние на потери напряжения и мощности при передаче, возникает необходимость поддержания уровня напряжения на должном уровне и компенсации реактивной составляющей, что достаточно ощутимо увеличивает стоимость прокладки километра провода. Высокое напряжение заставляет использовать большее количество гирлянд изоляции, а также накладывает ограничение на сечение провода. Все вместе увеличивает суммарный вес всей конструкции и влечет за собой необходимость использовать более устойчивые и сложные по своей конструкции опоры ЛЭП.

Этих проблем можно избежать, используя линии постоянного тока. Провода, используемые в линиях постоянного тока, дешевле и дольше служат при эксплуатации в связи с отсутствием частичных разрядов в изоляции. Реактивные параметры электропередачи не оказывают существенного влияния на потери. По линиям постоянного тока наиболее эффективно передавать мощность от генераторов, так как возможен выбор оптимальной скорости вращения ротора генератора, что повышает КПД его использования. Минусами использования линий постоянного тока является высокая стоимость выпрямителей, инверторов и различных фильтров для компенсации неизбежно появляющихся высших гармоник при преобразовании переменного тока в постоянный.

Но чем выше длина линии электропередачи, тем эффективнее использовать линии постоянного тока. Существует некоторая критическая длина ЛЭП, которая позволяет оценить целесообразность использования постоянного тока при прочих равных условиях. По данным американских исследователей для кабельных линий эффект ощутим при длинах более 80 км, но величина эта все время уменьшается при развитии технологий и удешевлении необходимых комплектующих.

Самая длинная линия постоянного тока в мире опять же расположена в Китае. Соединяет она ГЭС Сянцзяба (Xiangjiaba Dam) с Шанхаем. Ее длина составляет почти 2000 км при напряжении 800 кВ. Достаточно много линий постоянного тока находится в Европе. В России можно выделить отдельно вставку постоянного тока Выборг, соединяющую Россию и Финляндию, и высоковольтную линию постоянного тока Волгоград-Донбасс протяженностью почти 500 км и напряжением 400 кВ.

Холодные провода

Принципиально новый подход к передаче электрической энергии открывает явление сверхпроводимости. Вспомним, что 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. Типовая конструкция подобной ЛЭП состоит из нескольких контуров: провод, который заключен в кожух с жидким гелием, опоясывающий их кожух из жидкого азота и менее экзотичная тепловая изоляция снаружи. Проектирование таких линий ведется ежедневно, но до практической реализации доходит не всегда. Самым успешным проектом можно считать линию, построенную American Superconductor в Нью-Йорке, а самым амбициозным проектом — ЛЭП в Корее, протяженностью около 3000 км.

Прощайте, провода!

Идеи не использовать провода вообще для передачи электрической энергии возникли уже достаточно давно. Разве не могут вдохновлять опыты, которые проводил Никола Тесла в конце XIX — начале XX века? По свидетельствам его современников, в 1899 году в Колорадо-Спрингс Тесла смог заставить загореться две сотни лампочек без использования каких-либо проводов. К сожалению, записей о его работах почти не осталось, и повторить подобные успехи смогли лишь спустя сотню лет. Технология WiTricity, разработанная профессором MIT Марином Солячичем, позволяет передавать электрическую энергию без использования проводов. Идея заключается в синхронной работе генератора и приемника. При достижении резонанса возбуждаемое переменное магнитное поле излучателем в приемнике преобразуется в электрический ток. В 2007 году был успешно проведен эксперимент подобной передачи электроэнергии на расстояние в несколько метров.

К сожалению, современный уровень развития технологий не позволяет эффективно использовать сверхпроводящие материалы и технологию беспроводной передачи электрической энергии. Линии электропередачи в привычном для нас виде будут еще долго украшать поля и окраины городов, но даже их правильное использование позволяет принести существенную выгоду для развития всей мировой энергетики.

Передача электроэнергии – распространенные способы и альтернативные варианты

Электричество не относится к накопительным ресурсам. На сегодняшний день нет эффективных технологий, позволяющих аккумулировать энергию, выработанную генераторами, поэтому передача электроэнергии потребителям относится к актуальным задачам. В стоимость ресурса входят затраты на его производство, потери при транспортировке и расходы на монтаж и обслуживание ЛЭП. При этом от схемы передачи напрямую зависит эффективность системы электроснабжения.

Высокое напряжение, как способ уменьшения потерь

Несмотря на то, что во внутренних сетях большинства потребителей, как правило, 220/380 В, электроэнергия передается к ним по высоковольтным магистралям и понижается на трансформаторных подстанциях. Для такой схемы работы есть весомые основания, дело в том, что наибольшая доля потерь приходится на нагрев проводов.

Мощность потерь описывает следующая формула: Q = I 2 * R_л ,

где I – сила тока, проходящего через магистраль, R_Л – ее сопротивление.

Исходя из приведенной формулы можно заключить, что снизить затраты можно путем уменьшения сопротивления в ЛЭП или понизив силу тока. В первом случае потребуется увеличивать сечения провода, это недопустимо, поскольку приведет к существенному удорожанию электропередающих магистралей. Выбрав второй вариант, понадобится увеличить напряжение, то есть, внедрение высоковольтных ЛЭП приводит к снижению потерь мощности.

Классификация линий электропередач

В энергетике принято разделять ЛЭП на виды в зависимости от следующих показателей:

1. Конструктивные особенности линий, осуществляющих передачу электроэнергии. В зависимости от исполнения они могут быть двух видов:

• Воздушными. Передача электричества осуществляется с использованием проводов, которые подвешиваются на опоры. Воздушные линии электропередач
• Кабельными. Такой способ монтажа подразумевает укладку кабельных линий непосредственно в грунт или в специально предназначенные для этой цели инженерные системы. Обустройство блочной кабельной канализации

1. Вольтаж. В зависимости от величины напряжения ЛЭП принято классифицировать на следующие виды:

• Низковольтные, к таковым относятся все ВЛ с напряжением не более 1-го кВ.
• Средние – от 1-го до 35-ти кВ.
• Высоковольтные – 110,0-220,0 кВ.
• Сверхвысоковольтные – 330,0-750,0 кВ.
• Ультравысоковольтные – более 750-ти кВ. Ультравысоковольтная ЛЭП Экибастуз-Кокчетав 1150 кВ

1. Разделение по типу тока при передаче электричества, он может быть переменным и постоянным. Первый вариант более распространен, поскольку электростанции, как правило, оборудованы генераторами переменного тока. Но для уменьшения нагрузочных потерь энергии, особенно на большой дальности передачи, более эффективен второй вариант. Как организованы схемы передачи электричества в обоих случаях, а также преимущества каждого из них, будет рассказано ниже.
2. Классификация в зависимости от назначения. Для этой цели приняты следующие категории:

• Линии от 500,0 кВ для сверхдальних расстояний. Такие ВЛ связывают между собой отдельные энергетические системы.
• ЛЭП магистрального назначения (220,0-330,0 кВ). При помощи таких линий осуществляется передача электричества, вырабатываемого на мощных ГЭС, тепловых и атомных электростанциях, а также их объединения в единую энергосистему.
• ЛЭП 35-150 кВ относятся к распределительным. Они служат для снабжения электроэнергией крупных промышленных площадок, подключения районных распределительных пунктов и т.д.
• ЛЭП с напряжением до 20,0 кВ, служат для подключения групп потребителей к электрической сети.

Способы передачи электроэнергии

Осуществить передачу электроэнергии можно двумя способами:

• Методом прямой передачи.
• Преобразуя электричество в другой вид энергии.

В первом случае электроэнергия передается по проводникам, в качестве которых выступает провод или токопроводящая среда. В воздушных и кабельных ЛЭП применяется именно этот метод передачи. Преобразование электричества в другой вид энергии открывает перспективы беспроводного снабжения потребителей. Это позволит отказаться от линий электропередач и, соответственно, от расходов, связанных с их монтажом и обслуживанием. Ниже представлены перспективные беспроводные технологии, над совершенствованием которых ведутся работы.

Технологии беспроводной передачи электричества

К сожалению, на текущий момент возможности транспортировки электричества беспроводным способом сильно ограничены, поэтому об эффективной альтернативе методу прямой передачи говорить пока рано. Исследовательские работы в этом направлении позволяют надеяться, что в ближайшее время решение будет найдено.

Схема передачи электроэнергии от электростанции до потребителя

Ниже на рисунке представлены типовые схемы, из которых первые две относятся к разомкнутому виду, остальные – к замкнутому. Разница между ними заключается в том, что разомкнутые конфигурации не являются резервированными, то есть, не имеют резервных линий, которые можно задействовать при критическом увеличении электрической нагрузки.

Пример наиболее распространенных конфигураций ЛЭП

Обозначения:

1. Радиальная схема, на одном конце линии находится электростанция производящая энергию, на втором – потребитель или распределительное устройство.
2. Магистральный вариант радиальной схемы, отличие от предыдущего варианта заключается в наличии отводов между начальным и конечным пунктами передачи.
3. Магистральная схема с питанием на обоих концах ЛЭП.
4. Кольцевой тип конфигурации.
5. Магистраль с резервной линией (двойная магистраль).
6. Сложнозамкнутый вариант конфигурации. Подобные схемы применяются при подключении ответственных потребителей.

Теперь рассмотрим более подробно радиальную схему для передачи вырабатываемой электроэнергии по ЛЕП переменного и постоянного тока.

Рис. 6. Схемы передачи электроэнергии к потребителям при использовании ЛЭП с переменным (А) и постоянным (В) током

Обозначения:

1. Генератор, где вырабатывается я электроэнергия с синусоидальной характеристикой.
2. Подстанция с повышающим трехфазным трансформатором.
3. Подстанция с трансформатором, понижающим напряжение трехфазного переменного тока.
4. Отвод для передачи электироэнергии распределительному устройству.
5. Выпрямитель, то есть устройство преобразующее трехфазный переменный ток в постоянный.
6. Инверторный блок, его задача сформировать из постоянного напряжение синусоидальное.

Как видно из схемы (А), с источника энергии электричество подается на повышающий трансформатор, затем при помощи воздушных линий электропередач производится транспортировка электроэнергии на значительные расстояния. В конечной точке линия подключается к понижающему трансформатору и от него идет к распределителю.

Метод передачи электроэнергии в виде постоянного тока ( В на рис.6) от предыдущей схемы отличается наличием двух преобразовательных блоков (5 и 6).

Закрывая тему раздела, для наглядности приведем упрощенный вариант схемы городской сети.

Наглядный пример структурной схемы электроснабжения

Обозначения:

1. Электростанция, где электроэнергия производится.
2. Подстанция, повышающая напряжение, чтобы обеспечить высокую эффективность передачи электроэнергии на значительные расстояния.
3. ЛЭП с высоким напряжением (35,0-750,0 кВ).
4. Подстанция с понижающими функциями (на выходе 6,0-10,0 кВ).
5. Пункт распределения электроэнергии.
6. Питающие кабельные линии.
7. Центральная подстанция на промышленном объекте, служит для понижения напряжения до 0,40 кВ.
8. Радиальные или магистральные кабельные линии.
9. Вводный щит в цеховом помещении.
10. Районная распределительная подстанция.
11. Кабельная радиальная или магистральная линия.
12. Подстанция, понижающая напряжение до 0,40 кВ.
13. Вводный щит жилого дома, для подключения внутренней электрической сети.

Передача электроэнергии на дальние расстояния

Основная проблема, связанная с такой задачей – рост потерь с увеличением протяженности ЛЭП. Как уже упоминалось выше, для снижения энергозатрат на передачу электричества уменьшают силу тока путем увеличения напряжения. К сожалению, такой вариант решения порождает новые проблемы, одна из которых коронные разряды.

С точки зрения экономической целесообразности потери в ВЛ не должны превышать 10%. Ниже представлена таблица, в которой приводится максимальная протяженность линий, отвечающих условиям рентабельности.

Таблица 1. Максимальная протяженность ЛЭП с учетом рентабельности (не более 10% потерь)

Напряжение ВЛ (кВ)	Протяженность (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 текущий момент ультравысоковольтная ВЛ переведена на работу с напряжением в половину от номинального (500,0 кВ).

Постоянный ток в качестве альтернативы

В качестве альтернативы электропередачи переменного тока на большое расстояние можно рассматривать ВЛ с постоянным напряжением. Такие ЛЭП обладают следующими преимуществами:

• Протяженность ВЛ не влияет на мощность, при этом ее максимальное значение существенно выше, чем у ЛЭП с переменным напряжением. То есть при увеличении потребления электроэнергии (до определенного предела) можно обойтись без модернизации.
• Статическую устойчивость можно не принимать во внимание.
• Нет необходимости синхронизировать по частоте связанные энергосистемы.
• Можно организовать передачу электроэнергии по двухпроводной или однопроводной линии, что существенно упрощает конструкцию.
• Меньшее влияние электромагнитных волн на средства связи.
• Практически отсутствует генерация реактивной мощности.

Несмотря на перечисленные способности ЛЭП постоянного тока, такие линии не получили широкого распространения. В первую очередь это связано с высокой стоимостью оборудования, необходимого для преобразования синусоидального напряжения в постоянное. Генераторы постоянного тока практически не применяются, за исключением электростанций на солнечных батареях.

С инверсией (процесс полностью противоположный выпрямлению) также не все просто, необходимо допиться качественных синусоидальных характеристик, что существенно увеличивает стоимость оборудования. Помимо этого следует учитывать проблемы с организацией отбора мощности и низкую рентабельность при протяженности ВЛ менее 1000-1500 км.

Кратко о свехпроводимости.

Сопротивление проводов можно существенно снизить, охладив их до сверхнизких температур. Это позволило бы вывести эффективность передачи электроэнергии на качественно новый уровень и увеличить протяженность линий для использования электроэнергии на большом удалении от места ее производства. К сожалению, доступные на сегодняшний день технологии не могут позволить использования сверхпроводимости для этих целей ввиду экономической нецелесообразности.