Высоковольтные линии

Сейчас мы живем в городах с электрическим освещением и почти не задумываемся о том, какими путями к нам поступает энергия, которая питает все наши электрические приборы. В наших домах и квартирах есть с десяток розеток и выключателей. Когда нам надо включить чайник или лампочку, то мы просто подключаем их к розетке или жмем на выключатель. Всё просто. Как это работает изнутри для большинства людей является  загадкой. Обычное ежедневное волшебство. Привычное как облака. 

В принципе и меня всё устраивает. Работает и ладно. Но как-то временами возникают в голове вопросы: "Так почему именно 220В?", "Зачем нужны высоковольтные линии?". И в один прекрасный момент я все же решил это выяснить. Для энергетиков здесь ничего нового, а для всех остальных будет рассказ о том, как путешествует электрическая энергия по проводам.

Электросети

Откуда в принципе берётся электричество в наших домах? Наверняка для тебя не секрет, что электричество для наших нужд вырабатывается на электростанциях: ТЭЦ, ГЭС, АЭС  и др. Электростанции кушают для производства электричества достаточно много топлива, поэтому они должны располагаться там, где затраты на его доставку будут минимальными, либо там, где их в принципе только и можно расположить (например, ГЭС). При этом также играет роль и то, как далеко от электростанции придётся поставлять электричество. Что дешевле: передавать электроэнергию на 1 км или на 1000 км?

Достаточно мощная электростанция может обслживать обширную территорию. Электростанции объединяются в электросети. Кстати, слово "электросети" существует не просто так. Для того, чтобы обеспечить максимально бесперебойную работу, а также распределять излишки вырабатанной электроэнергии туда, где её не хватает. Поэтому создаются сети, которые охватывают города, области -- вся страна охвачена электросетями. 

Например, недавно ввели энергомост, т.е. построили линию электропередачи, из Краснодарского края в Крым. В Крыму есть и своя электростанция, но её мощности не хватает, чтобы обеспечить электроэнергией весь полуостров. Так вот этот энергомост теперь поставляет недостающее количество электроэнергии. Электросети чем-то похожи на распределённые компьютерные сети. 

Чем выше опоры, тем дальше в горы

На картинке в начале статьи схематично изображены опоры линий электропередач. Под каждой можно прочитать: 500 000 В, 220 000 В, 110 000 В, 35 000 В, 10 000 В. Это значение электрического напряжения. Если к провадам под таким напряженим прикоснуться, то превращение в уголь обеспечено. Убьет моментально. Зачем же так много? Ответ находится в законе Ома!

Чем длинней провода, тем больше их сопротивление, тем больше энергии преобразуется в тепло, но это тепло мы никак не можем использовать с пользой, то часть энергии уходит в "никуда". Это убыток. 

Чтобы хоть как-то снизить потери и увеличить дальность электропередачи было придумано передавать электроэнергию по высоковольтным проводам. Поэтому на пути к нам в дом электричество подвергается многократным преобразованиям, то напряжение трансформируется в высоковольтное, то снова понижается. Вот как это работает:

• Напряжение от генератора на станции повышается с помощью трансформатора. Например 10 500В повышается до 110 000 вольт.
• 110 000 В можно передавать уже на 100-150 км. Достигая места назначения, это напряжение на местной подстанции снижается опять до 10 500В
• Затем по подземному кабелю это напряжение поступает на трансформаторную подстанцию, находящуюся в нескольких сотнях метров от домов-потребителей. 
• И вот уже на этой подстанции 10 500В понижается до наших любимых 220В

Рассмотрим такой пример:

Нужно передать электроэнергию, достаточную для потребления 1 000 000 м² жилой площади исходя из того, что на 1м² приходится 10вт. Получается, что нам нужна линия электропередачи на 10 кВт! 

Провода имеют сопротивление, сопротивление вызывает потери электроэнергии. Снизить потери до 0 нельзя, но можно их ограничить, чтобы не отапливать воздух, луга и горы. К примеру, пуст ьвеличина потерь будет 10%. Тогда в нашем примере мы можем себе позволить потерять 1 кВт  (1 000 000 Вт). Давай подсчитаем, что выгодней: передавать по низковольтной линии или по высоковольтной?

Из примера хорошо видно, что значительную мощность на большое расстояние можно передать только с помощью трансформации, так как иначе будут значительные потери мощности, которые можно устранить только за счет снижения сопротивления проводов, увеличивая их сечение. 

Представь, сколько будет стоить кабель сечением 5м² и длиной в 100 км? Так как мощность пропорциональна квадрату силы тока, то повысив напряжение в 2 раза можно снизить потери в 4 раза, а если в 100 раз, то в 10 000 раз меньше энергии будет теряться попути в нам в дом!

И в заключение небольшая табличка на какое расстояние можно передавать трехфазный переменный ток заданной мощности: