Mengapa penghantaran elektrik pada jarak jauh berlaku pada voltan yang meningkat

Hari ini, penghantaran tenaga elektrik pada jarak jauh sentiasa dilakukan pada voltan yang meningkat, yang diukur dalam puluhan dan ratusan kilovolt. Di seluruh dunia, loji janakuasa pelbagai jenis menjana gigawatt elektrik. Elektrik ini diagihkan di bandar dan kampung menggunakan wayar yang boleh kita lihat contohnya di lebuh raya dan kereta api, di mana ia selalu dipasang pada tiang tinggi dengan penebat panjang. Tetapi mengapa penghantaran sentiasa voltan tinggi? Kita akan bercakap tentang itu kemudian.

Bayangkan perlu menghantar tenaga elektrik melalui wayar sekurang-kurangnya 1000 watt pada jarak 10 kilometer dalam bentuk arus ulang alik dengan kehilangan kuasa yang minimum, lampu limpah kilowatt yang berkuasa. Apa yang awak akan lakukan? Jelas sekali voltan perlu ditukar, dikurangkan atau ditingkatkan dalam satu cara atau yang lain. menggunakan transformer.

Katakan bahawa sumber (penjana petrol kecil) menghasilkan voltan 220 volt, manakala pada pelupusan anda ialah kabel tembaga dua teras dengan keratan rentas setiap teras 35 mm persegi. Untuk 10 kilometer, kabel sedemikian akan memberikan rintangan aktif kira-kira 10 ohm.

Beban 1 kW mempunyai rintangan kira-kira 50 ohm. Dan bagaimana jika voltan yang dihantar kekal pada 220 volt? Ini bermakna bahawa satu perenam voltan akan (turun) pada wayar penghantaran, yang akan berada pada kira-kira 36 volt. Jadi kira-kira 130 W hilang di sepanjang jalan — mereka hanya memanaskan wayar pemancar. Dan pada lampu limpah kita tidak mendapat 220 volt, tetapi 183 volt. Kecekapan penghantaran ternyata 87%, dan ini masih mengabaikan rintangan induktif wayar pemancar.

Hakikatnya ialah kehilangan aktif dalam wayar penghantaran sentiasa berkadar terus dengan kuasa dua arus (lihat Hukum Ohm). Oleh itu, jika pemindahan kuasa yang sama dilakukan pada voltan yang lebih tinggi, maka penurunan voltan pada wayar tidak akan menjadi faktor yang merugikan.

Sekarang mari kita anggap situasi yang berbeza. Kami mempunyai penjana petrol yang sama menghasilkan 220 volt, wayar 10 kilometer yang sama dengan rintangan aktif 10 ohm dan lampu limpah 1 kW yang sama, tetapi di atasnya masih terdapat dua transformer kilowatt, yang pertama menguatkan 220 -22000 volt. Terletak berhampiran penjana dan disambungkan kepadanya melalui gegelung voltan rendah, dan melalui gegelung voltan tinggi — disambungkan ke wayar penghantaran. Dan pengubah kedua, pada jarak 10 kilometer, adalah pengubah langkah turun 22000-220 volt, ke gegelung voltan rendah yang mana lampu limpah disambungkan, dan gegelung voltan tinggi disuap oleh wayar penghantaran.

Jadi, dengan kuasa beban 1000 watt pada voltan 22000 volt, arus dalam wayar pemancar (di sini anda boleh lakukan tanpa mengambil kira komponen reaktif) akan menjadi hanya 45 mA, yang bermaksud bahawa 36 volt tidak akan jatuh pada ia (seperti tanpa transformer), tetapi hanya 0.45 volt! Kerugian bukan lagi 130 W, tetapi hanya 20 mW. Kecekapan penghantaran sedemikian pada voltan meningkat akan menjadi 99.99%. Inilah sebab mengapa lonjakan lebih berkesan.

Dalam contoh kami, keadaan itu dianggap kasar, dan penggunaan transformer mahal untuk tujuan isi rumah yang begitu mudah pastinya akan menjadi penyelesaian yang tidak sesuai. Tetapi pada skala negara dan juga wilayah, apabila ia melibatkan jarak ratusan kilometer dan kuasa penghantaran yang besar, kos elektrik yang boleh hilang adalah seribu kali lebih tinggi daripada semua kos transformer. Itulah sebabnya apabila menghantar elektrik pada jarak jauh, voltan meningkat, diukur dalam ratusan kilovolt, sentiasa digunakan — untuk mengurangkan kehilangan kuasa semasa penghantaran.

Pertumbuhan berterusan penggunaan elektrik, penumpuan kapasiti pengeluaran dalam loji kuasa, pengurangan kawasan bebas, pengetatan keperluan perlindungan alam sekitar, inflasi dan kenaikan harga tanah, serta beberapa faktor lain, sangat menentukan kenaikan dalam kapasiti penghantaran talian penghantaran elektrik.

Reka bentuk pelbagai talian kuasa disemak di sini: Peranti talian kuasa yang berbeza dengan voltan yang berbeza

Sambungan sistem tenaga, peningkatan kapasiti loji kuasa dan sistem secara keseluruhan disertai dengan peningkatan jarak dan aliran tenaga yang dihantar sepanjang talian kuasa.Tanpa talian kuasa voltan tinggi yang berkuasa, adalah mustahil untuk membekalkan tenaga daripada loji kuasa besar moden.

Sistem tenaga bersatu membolehkan untuk memastikan pemindahan kuasa rizab ke kawasan-kawasan di mana terdapat keperluan untuk itu, berkaitan dengan kerja pembaikan atau keadaan kecemasan, ia akan menjadi mungkin untuk memindahkan kuasa yang berlebihan dari barat ke timur atau sebaliknya, disebabkan oleh perubahan tali pinggang dalam masa.

Terima kasih kepada penghantaran jarak jauh, ia menjadi mungkin untuk membina loji kuasa besar dan menggunakan sepenuhnya tenaga mereka.

Pelaburan untuk penghantaran 1 kW kuasa pada jarak tertentu pada voltan 500 kV adalah 3.5 kali lebih rendah daripada pada voltan 220 kV, dan 30 - 40% lebih rendah daripada pada voltan 330 - 400 kV.

Kos pemindahan 1 kW • h tenaga pada voltan 500 kV adalah dua kali lebih rendah daripada pada voltan 220 kV, dan sebanyak 33 — 40% lebih rendah daripada pada voltan 330 atau 400 kV. Keupayaan teknikal voltan 500 kV (kuasa semula jadi, jarak penghantaran) adalah 2 — 2.5 kali lebih tinggi daripada voltan 330 kV dan 1.5 kali lebih tinggi daripada 400 kV.

Talian 220 kV boleh menghantar kuasa 200 — 250 MW pada jarak 200 — 250 km, talian 330 kV — kuasa 400 — 500 MW pada jarak 500 km, talian 400 kV — kuasa 600 — 700 MW pada jarak sehingga 900 km. Voltan 500 kV menyediakan penghantaran kuasa 750 — 1000 MW melalui satu litar pada jarak sehingga 1000 — 1200 km.