Zakaj prenos električne energije na daljavo poteka pri povečani napetosti
Danes prenos električne energije na daljavo vedno poteka pri povečani napetosti, ki se meri v desetinah in stotinah kilovoltov. Povsod po svetu elektrarne različnih vrst proizvajajo gigavate električne energije. Ta elektrika se v mestih in vaseh distribuira z žicami, ki jih lahko vidimo na primer na avtocestah in železnicah, kjer so vedno pritrjene na visoke drogove z dolgimi izolatorji. Toda zakaj je prenos vedno visoka napetost? O tem bomo govorili kasneje.
Predstavljajte si, da bi morali prenašati električno energijo po žicah z močjo vsaj 1000 vatov na razdalji 10 kilometrov. v obliki izmeničnega toka z minimalnimi izgubami moči močan kilovatni reflektor. Kaj boš naredil? Očitno bo treba napetost na tak ali drugačen način pretvoriti, zmanjšati ali povečati. z uporabo transformatorja.
Predpostavimo, da vir (majhen bencinski generator) proizvaja napetost 220 voltov, medtem ko imate na voljo dvožilni bakren kabel s presekom vsakega jedra 35 kvadratnih mm. Za 10 kilometrov bo tak kabel dal aktivni upor približno 10 ohmov.
Obremenitev z močjo 1 kW ima upornost približno 50 ohmov. In kaj, če oddajna napetost ostane 220 voltov? To pomeni, da bo (padla) šestina napetosti na prenosni žici, ki bo približno 36 voltov. Tako se je med potjo izgubilo približno 130 W - samo segreli so oddajne žice. In na reflektorjih ne dobimo 220 voltov, ampak 183 voltov. Izkazalo se je, da je učinkovitost prenosa 87%, kar še vedno ne upošteva induktivnega upora oddajnih žic.
Dejstvo je, da so aktivne izgube v prenosnih žicah vedno premo sorazmerne s kvadratom toka (glej Ohmov zakon). Torej, če se prenos iste moči izvaja pri višji napetosti, potem padec napetosti na žicah ne bo tako škodljiv dejavnik.
Predpostavimo zdaj drugačno situacijo. Imamo enak bencinski agregat, ki proizvaja 220 voltov, enakih 10 kilometrov žice z aktivnim uporom 10 ohmov in enake 1 kW reflektorje, ampak za povrh še vedno dva kilovatna transformatorja, od katerih prvi ojača 220 -22000. voltov. Nahaja se v bližini generatorja in je z njim povezan prek nizkonapetostne tuljave in preko visokonapetostne tuljave - povezan z žicami za prenos. In drugi transformator, na razdalji 10 kilometrov, je padajoči transformator 22000-220 voltov, na nizkonapetostno tuljavo, na katero je priključen reflektor, visokonapetostna tuljava pa se napaja iz prenosnih žic.
Torej, z močjo obremenitve 1000 vatov pri napetosti 22000 voltov bo tok v oddajni žici (tukaj lahko storite brez upoštevanja reaktivne komponente) le 45 mA, kar pomeni, da 36 voltov ne bo padlo na to (kot je bilo brez transformatorjev), vendar samo 0,45 voltov! Izgube ne bodo več 130 W, ampak le 20 mW. Učinkovitost takšnega prenosa pri povečani napetosti bo 99,99%. Zato je valovanje bolj učinkovito.
V našem primeru se situacija šteje za grobo in uporaba dragih transformatorjev za tako preprost gospodinjski namen bi bila zagotovo neprimerna rešitev. Toda na lestvicah držav in celo regij, ko gre za razdalje več sto kilometrov in velike prenosne moči, je cena električne energije, ki jo lahko izgubimo, tisočkrat višja od vseh stroškov transformatorjev. Zato se pri prenosu električne energije na daljavo vedno uporablja povečana napetost, merjena v stotinah kilovoltov — za zmanjšanje izgub moči med prenosom.
Stalna rast porabe električne energije, koncentracija proizvodnih zmogljivosti v elektrarnah, zmanjševanje prostih površin, zaostrovanje okoljevarstvenih zahtev, inflacija in rast cen zemljišč ter vrsta drugih dejavnikov močno narekujejo povečanje v prenosni zmogljivosti daljnovodov električne energije.
Zasnove različnih daljnovodov so pregledane tukaj: Naprava različnih daljnovodov z različno napetostjo
Medsebojno povezovanje energetskih sistemov, povečevanje zmogljivosti elektrarn in sistemov kot celote spremlja povečanje razdalj in pretokov energije, ki se prenaša po daljnovodu.Brez močnih visokonapetostnih daljnovodov je dobava energije iz sodobnih velikih elektrarn nemogoča.
Enotni energetski sistem omogoča prenos rezervne moči na tista območja, kjer obstaja potreba po njej, v zvezi s popravili ali izrednimi razmerami, presežek moči bo mogoče prenesti z zahoda na vzhod ali obratno, zaradi spremembe pasu pravočasno.
Zahvaljujoč prenosom na dolge razdalje je postalo mogoče zgraditi supermočne elektrarne in v celoti izkoristiti njihovo energijo.
Investicije za prenos 1 kW moči na določeno razdaljo pri napetosti 500 kV so 3,5-krat nižje kot pri napetosti 220 kV in 30-40% nižje kot pri napetosti 330-400 kV.
Stroški prenosa 1 kW • h energije pri napetosti 500 kV so dvakrat nižji kot pri napetosti 220 kV in za 33-40% nižji kot pri napetosti 330 ali 400 kV. Tehnične zmogljivosti napetosti 500 kV (naravna moč, razdalja prenosa) so 2-2,5-krat višje od 330 kV in 1,5-krat višje od 400 kV.
Vod 220 kV lahko oddaja moč 200-250 MW na razdalji 200-250 km, vod 330 kV - moč 400-500 MW na razdalji 500 km, vod 400 kV - moč 600 — 700 MW na razdalji do 900 km. Napetost 500 kV zagotavlja prenos moči 750-1000 MW skozi en tokokrog na razdalji do 1000-1200 km.