מדוע העברת חשמל למרחק מתרחשת במתח מוגבר

כיום העברת אנרגיה חשמלית למרחק מתבצעת תמיד במתח מוגבר, הנמדד בעשרות ומאות קילו-וולט. בכל העולם, תחנות כוח מסוגים שונים מייצרות ג'יגה וואט של חשמל. חשמל זה מופץ בערים ובכפרים באמצעות חוטים שאנו יכולים לראות למשל בכבישים מהירים ומסילות ברזל, שם הם קבועים תמיד על עמודים גבוהים עם מבודדים ארוכים. אבל למה שידור תמיד מתח גבוה? על זה נדבר מאוחר יותר.

תארו לעצמכם שצריך להעביר אנרגיה חשמלית דרך חוטים של לפחות 1000 וואט למרחק של 10 קילומטרים בצורה של זרם חילופין עם הפסדי חשמל מינימליים, פנס קילוואט חזק. מה אתה הולך לעשות? ברור שיהיה צורך להמיר, להפחית או להגדיל את המתח בצורה כזו או אחרת. באמצעות שנאי.

נניח שמקור (גנרטור בנזין קטן) מייצר מתח של 220 וולט, כאשר לרשותכם כבל נחושת דו-ליבי עם חתך רוחב של כל ליבה של 35 מ"ר. במשך 10 קילומטרים, כבל כזה ייתן התנגדות אקטיבית של כ-10 אוהם.

לעומס של 1 קילוואט יש התנגדות של כ-50 אוהם. ומה אם המתח המשודר נשאר על 220 וולט? המשמעות היא ששישית מהמתח תרד (יפול) על חוט השידור, שיעמוד על כ-36 וולט. אז בערך 130 W אבדו בדרך - הם פשוט חיממו את חוטי השידור. ובפנסים אנחנו מקבלים לא 220 וולט, אלא 183 וולט. יעילות השידור התבררה כ-87%, וזה עדיין מתעלם מההתנגדות האינדוקטיבית של חוטי השידור.

העובדה היא שההפסדים הפעילים בחוטי השידור תמיד פרופורציונליים לריבוע הזרם (ראה חוק אוהם). לכן, אם העברת אותו כוח מתבצעת במתח גבוה יותר, אז ירידת המתח על החוטים לא תהיה גורם כל כך מזיק.

הבה נניח כעת מצב אחר. יש לנו את אותו גנרטור בנזין שמייצר 220 וולט, אותם 10 קילומטרים של חוט עם התנגדות אקטיבית של 10 אוהם ואותם זרקורים של 1 קילוואט, אבל נוסף על כך יש עדיין שני שנאים קילוואט, הראשון שבהם מגביר 220 -22000 וולט. ממוקם ליד הגנרטור ומחובר אליו דרך סליל מתח נמוך, ודרך סליל מתח גבוה - מחובר לחוטי השידור. והשנאי השני, במרחק של 10 קילומטרים, הוא שנאי מטה של ​​22000-220 וולט, לסליל המתח הנמוך אליו מחובר פנס, וסליל המתח הגבוה מוזן מחוטי השידור.

אז, עם הספק עומס של 1000 וואט במתח של 22000 וולט, הזרם בחוט המשדר (כאן אתה יכול לעשות בלי לקחת בחשבון את הרכיב התגובתי) יהיה רק ​​45 mA, כלומר 36 וולט לא ייפול על זה (כמו שהיה ללא שנאים), אבל רק 0.45 וולט! הפסדים כבר לא יהיו 130 וואט, אלא רק 20 מגוואט. היעילות של שידור כזה במתח מוגבר תהיה 99.99%. זו הסיבה שהנחשול יעיל יותר.

בדוגמה שלנו, המצב נחשב בצורה גסה, ושימוש בשנאים יקרים למטרה ביתית פשוטה כל כך יהיה בהחלט פתרון לא הולם. אבל בקנה מידה של מדינות ואפילו אזורים, כשמדובר במרחקים של מאות קילומטרים והספקים מועברים עצומים, עלות החשמל שעלול ללכת לאיבוד גבוהה פי אלף מכל עלויות השנאים. זו הסיבה שכאשר מעבירים חשמל למרחקים, מתח מוגבר, הנמדד במאות קילו-וולט, מופעל תמיד - כדי להפחית את הפסדי החשמל במהלך השידור.

הגידול המתמשך בצריכת החשמל, ריכוז כושר הייצור בתחנות הכוח, צמצום השטחים הפנויים, החמרה בדרישות השמירה על הסביבה, האינפלציה ועליית מחירי הקרקע, וכן מספר גורמים נוספים, מכתיבים מאוד את העלייה בכושר ההולכה של קווי הולכת חשמל.

העיצובים של קווי מתח שונים נסקרים כאן: המכשיר של קווי מתח שונים עם מתח שונה

החיבור בין מערכות האנרגיה, הגדלת הקיבולת של תחנות הכוח והמערכות בכללותן מלווים בגידול במרחקים ובזרימות האנרגיה המועברות לאורך קו המתח.ללא קווי מתח גבוהים חזקים, אי אפשר לספק אנרגיה מתחנות כוח מודרניות גדולות.

מערכת אנרגיה מאוחדת מאפשר להבטיח העברת כוח מילואים לאותם אזורים בהם יש צורך בכך, הקשורים לעבודות תיקון או תנאי חירום, ניתן יהיה להעביר כוח עודף ממערב למזרח או להיפך, עקב החלפת הרצועה. בזמן.

הודות לשידורים למרחקים ארוכים, ניתן היה לבנות תחנות כוח על ולנצל את האנרגיה שלהן במלואה.

השקעות עבור שידור של 1 קילוואט כוח על פני מרחק נתון במתח של 500 קילו וולט נמוכות פי 3.5 מאשר במתח של 220 קילו וולט, ונמוכות ב-30 - 40% מאשר במתח של 330 - 400 קילו וולט.

העלויות של העברת 1 קילוואט • שעה של אנרגיה במתח של 500 קילו וולט נמוכות פי שניים מאשר במתח של 220 קילו וולט, ונמוכות ב-33 — 40% מאשר במתח של 330 או 400 קילו וולט. היכולות הטכניות של מתח 500 קילו וולט (הספק טבעי, מרחק שידור) גבוהות פי 2 - 2.5 מאלו של 330 קילו וולט ופי 1.5 מ-400 קילו וולט.

קו 220 קילו וולט יכול להעביר הספק של 200 — 250 מגוואט במרחק של 200 — 250 ק"מ, קו 330 קילוואט - הספק של 400 - 500 מגוואט במרחק של 500 ק"מ, קו 400 קילוואט - הספק של 600 — 700 מגוואט במרחק של עד 900 ק"מ. המתח של 500 קילו וולט מספק העברת כוח של 750 — 1000 MW דרך מעגל אחד במרחק של עד 1000 — 1200 ק"מ.