Произведенную электроэнергию невозможно хранить, ее надо немедленно передавать потребителям. Когда был придуман оптимальный способ транспортировки, началось бурное развитие электроэнергетики.

История

Первые генераторы строили рядом с потребителями энергии. Они были маломощными и предназначались только для электроснабжения отдельного здания или городского квартала. Но затем пришли к выводу, что гораздо выгоднее возводить крупные станции в районах концентрации ресурсов. Это мощные ГЭС – на реках, крупные ТЭС – рядом с угольными бассейнами. Для этого нужна передача электроэнергии на расстояние.

Начальные попытки построить передающие линии столкнулись с тем, что при соединении генератора с приемниками электроэнергии длинным кабелем мощность к концу передающей линии сильно снижалась из-за огромных потерь на нагрев. Необходимо было использовать кабели с большей площадью сечения, что делало их значительно более дорогими, или повышать напряжение, чтобы уменьшить силу тока.

После опытов с передачей постоянного и однофазного переменного тока с помощью линий повышенного напряжения потери оставались слишком высокими – на уровне 75%. И только когда Доливо-Добровольский разработал систему трехфазного тока, был сделан прорыв в передаче электроэнергии: добились снижения потерь до 20%.

Важно! Сейчас подавляющее большинство линий электропередачи использует трехфазный переменный ток, хотя идет развитие и ЛЭП на постоянном токе.

Схема передачи электроэнергии

В цепи от производства энергии до получения ее потребителями существует несколько звеньев:

• генератор на электростанции, вырабатывающий электроэнергию напряжением 6,3-24 кВ (есть отдельные агрегаты с большим номинальным напряжением);
• повышающие подстанции (ПС);
• сверхдальние и магистральные ЛЭП напряжением 220-1150 кВ;
• крупные узловые ПС, понижающие напряжение до 110 кВ;
• ЛЭП 35-110 кВ для передачи электрической энергии на питающие центры;
• дополнительные понижающие подстанции – питающие центры, где получают напряжение 6-10 кВ;
• распределительные ЛЭП 6-10 кВ;
• трансформаторные пункты (ТП), ЦРП, находящиеся рядом с потребителями, для понижения напряжения до 0,4 кВ;
• низковольтные линии для подведения к домам и другим объектам.

Схемы распределения

ЛЭП бывают воздушными, кабельными и кабельно-воздушными. Для увеличения надежности электрическая мощность в большинстве случаев передается несколькими путями. То есть на шины подстанции подводятся две и более линий.

Существует две схемы распределения электроэнергии 6-10 кВ:

1. Магистральная, когда линия 6-10 кВ является общей для питания нескольких ТП, которые могут быть расположены на всем ее протяжении. Если при этом магистральная ЛЭП получает питание от двух разных фидеров с обеих сторон, такая схема называется кольцевой. При этом в нормальном режиме работы она питается от одного фидера и отключена от другого коммутационными аппаратами (выключателями, разъединителями);

1. Радиальная. В этой схеме вся мощность сосредоточена в конце ЛЭП, которая предназначена для электроснабжения единственного потребителя.

Для линий напряжением 35 кВ и выше используют схемы:

1. Радиальная. Мощность на ПС приходит по одноцепной или двухцепной питающей линии от одной узловой подстанции. Самая экономически выгодная схема – с одной линией, но очень ненадежная. Благодаря двухцепным ЛЭП, создается резервное питание;
2. Кольцевая. Шины ПС запитываются не менее, чем двумя ЛЭП от независимых источников. При этом на питающих линиях могут существовать ответвления (отпайки), отходящие на другие ПС. Общее число отпаечных ПС должно быть не больше трех для одной ЛЭП.

Важно! Кольцевую сеть питают не меньше двух узловых подстанций, размещенных, как правило, на значительном расстоянии друг от друга.

Трансформаторные подстанции

Трансформаторные подстанции наряду с ЛЭП – основная составная часть энергосистемы. Они делятся на:

1. Повышающие. Находятся вблизи электростанций. Основное оборудование – силовые трансформаторы, повышающие напряжение;
2. Понижающие. Расположены на других участках электросети, находящихся ближе к потребителям. Содержат понижающие трансформаторы.

Существуют еще преобразовательные ПС, но они не относятся к трансформаторным. Служат для преобразования переменного тока в постоянный, а также получения тока другой частоты.

Основное оборудование трансформаторных ПС:

1. Распредустройство высокого и низкого напряжения. Оно может быть открытого типа (ОРУ), закрытого типа (ЗРУ) и комплектное (КРУ);
2. Силовые трансформаторы;
3. Щит управления, релейный зал, где сосредоточена аппаратура защит и автоматического управления коммутационными аппаратами, сигнализация, измерительные приборы и счетчики электроэнергии. Два последних вида оборудования, как и некоторые виды защит, могут присутствовать и в КРУ;

1. Аппаратура собственных нужд ПС, куда входят трансформаторы собственных нужд (ТСН), понижающие напряжение с 6-10 до 0,4 кВ, шины СН 0,4 кВ с коммутационными аппаратами, батарея аккумуляторов, устройства подзаряда. От СН питаются защиты, освещение ПС, отопление, двигатели обдува трансформаторов (охлаждение) и т. д. На тяговых железнодорожных ПС трансформаторы собственных нужд могут иметь первичное напряжение 27,5 или 35 кВ;
2. В распредустройствах находятся коммутационные аппараты трансформаторов, питающих и отходящих линий и фидеров 6-10 кВ: разъединители, выключатели (вакуумные, элегазовые, масляные, воздушные). Для питания цепей защит и измерений применяются трансформаторы напряжения (ТН) и тока (ТТ);
3. Оборудование для защиты от перенапряжений: разрядники, ОПН (ограничители перенапряжений);
4. Токоограничивающие и дугогасительные реакторы, батареи конденсаторов и синхронные компенсаторы.

Последнее звено понижающих подстанций – трансформаторные пункты (ТП, КТП-комплектные, МТП-мачтовые). Это небольшие устройства, содержащие 1, 2, реже 3 трансформатора, понижающие напряжение иногда с 35, чаще с 6-10 кВ до 0,4 кВ. Со стороны низкого напряжения установлены автоматы. От них отходят линии, непосредственно распределяющие электрическую энергию реальным потребителям.

Пропускная способность линий электропередачи

При передаче электрической энергии основным показателем является пропускная способность ЛЭП. Она характеризуется значением активной мощности, передаваемой по линии в нормальных рабочих условиях. Пропускная способность находится в зависимости от напряжения ЛЭП, ее протяженности, размеров сечения, вида линии (КЛ или ВЛ). При этом натуральная мощность, не зависящая от длины ЛЭП, – это активная мощность, которая передается по линии при полной компенсации реактивной составляющей. Практически таких условий достичь невозможно.

Важно! Максимальная передаваемая мощность для ЛЭП напряжением от 110 кВ и ниже ограничивается только нагревом проводов. На линиях более высокого напряжения учитывается еще статическая устойчивость энергосистемы.

Некоторые значения пропускной способности ВЛ при КПД = 0,9:

• 110 кВ: натуральная мощность – 30 мВт, максимальная – 50 мВт;
• 220 кВ: натуральная мощность – 120-135 мВт, максимальная – 350 мВт по устойчивости и 280 мВт по нагреву;
• 500 кВ: натуральная мощность – 900 мВт, максимальная – 1350 мВт по устойчивости и 1740 мВт по нагреву.

Потери электроэнергии

Не вся электроэнергия, выработанная на электростанции, доходит до потребителя. Потери электроэнергии могут быть:

1. Технические. Вызываются потерями в проводах, трансформаторах и другом оборудовании на нагрев и из-за других физических процессов;
2. Несовершенство системы учета на энергопредприятиях;
3. Коммерческие. Происходят из-за отбора мощности, помимо приборов учета, разницы фактически потребленной мощности и учтенной счетчиком и т. д.

Технологии передачи электроэнергии не стоят на месте. Развивается использование сверхпроводящих кабелей, позволяющих свести потери практически к нулю. Беспроводная передача электроэнергии – уже не фантастика для подзарядки мобильных устройств. А в Южной Корее работают над созданием беспроводной системы передачи энергии для электрифицированного транспорта.

Видео

Важнейшей задачей, которую приходится постоянно решать энергетическому комплексу, является передача электроэнергии на расстоянии. Поэтому, на пути между электростанцией и потребителями обязательно присутствуют . В большинстве случаев, используются воздушные линии, по которым проходит переменный ток. Энергия вырабатывается с помощью мощных агрегатов, а используется преимущественно слабыми потребителями. Для того, чтобы все они были охвачены электрической энергией, создана мощная и разветвленная структура электрических сетей.

Характеристики электропередачи

Основным показателем, характеризующим электропередачу, является величина ее пропускной способности. Она представляет собой максимальную мощность, которая может передаваться по линиям, при различных ограничивающих условиях.

Прежде всего, это потери при нагреве проводов, потери на корону, условия устойчивости и прочие факторы. Кроме того, передаваемая мощность переменного тока, зависит от напряжения и протяженности . В связи с этим, увеличение напряжения позволяет значительно увеличить пропускную способность передающих линий.

Существуют предельные значения для ЛЭП, связанные с перенапряжением и возможностями изоляции. Чтобы повысить их производительность, производятся конструктивные улучшения, применяются всевозможные компенсирующие устройства.

Назначение и работа компенсирующих устройств

Реактивные параметры и реактивная мощность в линиях электропередачи и у потребителей, компенсируются с помощью специальных устройств. Все эти приборы устанавливаются на промежуточных и конечных подстанциях. Когда происходит передача электроэнергии на расстоянии, с помощью компенсирующих устройств увеличивается пропускная способность линий, улучшаются общие показатели их работы.

Например, реактивная мощность компенсируется электрическими батареями конденсаторов, включаемых поперечным способом. Также, практикуется использование синхронных двигателей и компенсаторов, работающих в перевозбужденном режиме. Таким образом, обеспечивается реактивная мощность потребителей с сохранением желаемого значения напряжения. Одновременно, снижаются потери активной мощности на отдельных участках электрических сетей. С помощью компенсирующих устройств, напряжение в электрических системах может регулироваться автоматически. Места установки и мощность этих устройств определяются расчетным путем, на основании технико-экономических показателей.

Соблюдение всех необходимых условий позволяет осуществлять передачу электроэнергии потребителям с минимальными , в необходимом количестве и с расчетной мощностью.

Передача электроэнергии. Путь от электростанции к потребителю. Сокращение потерь при передаче электроэнергии.

Рассмотрим кратко систему электроснабжения, представляющую из себя группу электротехнических устройств для передачи, преобразования, распределения и потребления электрической энергии. Глава расширит кругозор тех, кто хочет научиться грамотно использовать домашнюю электросеть.

Снабжение электроэнергией осуществляется по стандартным схемам. Например, на рис. 1.4 представлена радиальная однолинейная схема электроснабжения для передачи электроэнергии от понижающей подстанции электростанции до потребителя электроэнергии напряжением 380 В.

От электростанции электроэнергия напряжением 110—750 кВ передается по линиям электропередач (ЛЭП) на главные или районные понижающие подстанции, на которых напряжение снижается до 6—35 кВ. От распределительных устройств это напряжение по воздушным или кабельным ЛЭП передается к трансформаторным подстанциям, расположенным в непосредственной близости от потребителей электрической энергии. На подстанции величина напряжения снижается до 380 В, и по воздушным или кабельным линиям электроэнергия поступает непосредственно к потребителю в доме. При этом линии имеют четвертый (нулевой) провод 0, позволяющий получить фазное напряжение 220 В, а также обеспечивать защиту электроустановок.
Такая схема позволяет передать электроэнергию потребителю с наименьшими потерями. Поэтому на пути от электростанции к потребителям электроэнергия трансформируется с одного напряжения на другое. Упрощенный пример трансформации для небольшого участка энергосистемы показан на рис. 1.5. Зачем применяют высокое напряжение? Расчет сложен, но ответ прост. Для снижения потерь на нагрев проводов при передаче на большие расстояния.

Потери зависят от величины проходящего тока и диаметра проводника, а не приложенного напряжения.

Например:
Допустим, что с электростанции в город, находящийся от нее на расстоянии 100 км, нужно передавать по одной линии 30 МВт. Из-за того, что провода линии имеют электрическое сопротивление, ток их нагревает. Эта теплота рассеивается и не может быть использована. Энергия, затрачиваемая на нагревание, представляет собой потери.

Свести потери к нулю невозможно. Но ограничить их необходимо. Поэтому допустимые потери нормируют, т. е. при расчете проводов линии и выборе ее напряжения исходят из того, чтобы потери не превышали, например, 10% полезной мощности, передаваемой по линии. В нашем примере это 0,1-30 МВт = 3 МВт.

Например:
Если не применять трансформацию, т. е. передавать электроэнергию при напряжении 220 В, то для снижения потерь до заданного значения сечение проводов пришлось бы увеличить примерно до 10 м2. Диаметр такого «провода» превышает 3 м, а масса в пролете составляет сотни тонн.
Применяя трансформацию, т. е. повышая напряжение в линии, а затем, снижая его вблизи расположения потребителей, пользуются другим способом снижения потерь: уменьшают ток в линии. Этот способ весьма эффективен, так как потери пропорциональны квадрату силы тока. Действительно, при повышении напряжения вдвое ток снижается вдвое, а потери уменьшаются в 4 раза. Если напряжение повысить в 100 раз, то потери снизятся в 100 во второй степени, т. е. в 10000 раз.

Например:
В качестве иллюстрации эффективности повышения напряжения укажу, что по линии электропередачи трехфазного переменного тока напряжением 500 кВ передают 1000 МВт на 1000 км.

Линии электропередач

Электрические сети предназначены для передачи и распределения электроэнергии. Они состоят из совокупности подстанций и линий различных напряжений. При электростанциях строят повышающие трансформаторные подстанции, и по линиям электропередачи высокого напряжения передают электроэнергию на большие расстояния. В местах потребления сооружают понижающие трансформаторные подстанции.

Основу электрической сети составляют обычно подземные или воздушные линии электропередачи высокого напряжения. Линии, идущие от трансформаторной подстанции до вводно-распределительных устройств и от них до силовых распределительных пунктов и до групповых щитков, называют питающей сетью. Питающую сеть, как правило, составляют подземные кабельные линии низкого напряжения.

По принципу построения сети разделяются на разомкнутые и замкнутые. В разомкнутую сеть входят линии, идущие к электроприемникам или их группам и получающие питание с одной стороны. Разомкнутая сеть обладает некоторыми недостатками, заключающимися в том, что при аварии в любой точке сети питание всех потребителей за аварийным участком прекращается.

Замкнутая сеть может иметь один, два и более источников питания. Несмотря на ряд преимуществ, замкнутые сети пока не получили большого распространения. По месту прокладки сети бывают наружные и внутренние.

Способы выполнения линий электропередач

Каждому напряжению соответствуют определенные способы выполнения электропроводки. Это объясняется тем, что чем напряжение выше, тем труднее изолировать провода. Например, в квартирах, где напряжение 220 В, проводку выполняют проводами в резиновой или в пластмассовой изоляции. Эти провода просты по устройству и дешевы.

Несравненно сложнее устроен подземный кабель, рассчитанный на несколько киловольт и проложенный под землей между трансформаторами. Кроме повышенных требований к изоляции, он еще должен иметь повышенную механическую прочность и стойкость к коррозии.

Для непосредственного электроснабжения потребителей используются:

♦ воздушные или кабельные ЛЭП напряжением 6 (10) кВ для питания подстанций и высоковольтных потребителей;
♦ кабельные ЛЭП напряжением 380/220 В для питания непосредственно низковольтных электроприемников. Для передачи на расстояние напряжения в десятки и сотни киловольт создаются воздушные линии электропередач. Провода высоко поднимаются над землей, в качестве изоляции используется воздух. Расстояния между проводами рассчитываются в зависимости от напряжения, которое планируется передавать. На рис. 1.6 изображены в одном масштабе опоры для воздушных линий электропередач напряжениями 500, 220, 110, 35 и 10 кВ. Заметьте, как увеличиваются размеры и усложняются конструкции с ростом рабочего напряжения!

Рис. 1.6.

Например:
Опора линии напряжением 500 кВ имеет высоту семиэтажного дома. Высота подвеса проводов 27 м, расстояние между проводами 10,5 м, длина гирлянды изоляторов более 5 м. Высота опор для переходов через реки достигает 70 м. Рассмотрим варианты выполнения ЛЭП подробнее.

Воздушные ЛЭП
Определение .
Воздушной линией электропередачи называют устройство для передачи или распределения электроэнергии по проводам, находящимся на открытом воздухе и прикрепленным при помощи траверс (кронштейнов), изоляторов и арматуры к опорам или инженерным сооружениям.

В соответствии с «Правилами устройства электроустановок» по напряжению воздушные линии делятся на две группы: напряжением до 1000 В и напряжением свыше 1000 В. Для каждой группы линий установлены технические требования их устройства.

Воздушные ЛЭП 10 (6) кВ находят наиболее широкое применение в сельской местности и в небольших городах. Это объясняется их меньшей стоимостью по сравнению с кабельными линиями, меньшей плотностью застройки и т. д.

Для проводки воздушных линий и сетей используют различные провода и тросы. Основное требование, предъявляемое к материалу проводов воздушных линий электропередачи, — малое электрическое сопротивление . Кроме того, материал, применяемый для изготовления проводов, должен обладать достаточной механической прочностью, быть устойчивым к действию влаги и находящихся в воздухе химических веществ.

В настоящее время чаще всего используют провода из алюминия и стали , что позволяет экономить дефицитные цветные металлы (медь) и снижать стоимость проводов. Медные провода применяют на специальных линиях. Алюминий обладает малой механической прочностью, что приводит к увеличению стрелы провеса и, соответственно, к увеличению высоты опор или уменьшению длины пролета. При передаче небольших мощностей электроэнергии на короткие расстояния применение находят стальные провода.

Для изоляции проводов и крепления их к опорам линий электропередач служат линейные изоляторы , которые наряду с электрической должны также обладать и достаточной механической прочностью. В зависимости от способа крепления на опоре различают изоляторы штыревые (их крепят на крюках или штырях) и подвесные (их собирают в гирлянду и крепят к опоре специальной арматурой).

Штыревые изоляторы применяют на линиях электропередач напряжением до 35 кВ. Маркируют их буквами, обозначающими конструкцию и назначение изолятора, и числами, указывающими рабочее напряжение. На воздушных линиях 400 В используют штыревые изоляторы ТФ, ШС, ШФ. Буквы в условных обозначениях изоляторов обозначают следующее: Т — телеграфный; Ф — фарфоровый; С — стеклянный; ШС — штыревой стеклянный; ШФ — штыревой фарфоровый.

Штыревые изоляторы применяют для подвешивания сравнительно легких проводов, при этом в зависимости от условий трассы используются различные типы крепления проводов. Провод на промежуточных опорах укрепляют обычно на головке штыревых изоляторов, а на угловых и анкерных опорах— на шейке изоляторов. На угловых опорах провод располагают с наружной стороны изолятора по отношению к углу поворота линии.

Подвесные изоляторы применяют на воздушных линиях 35 кВ и выше. Они состоят из фарфоровой или стеклянной тарелки (изолирующая деталь), шапки из ковкого чугуна и стержня. Конструкция гнезда шапки и головки стержня обеспечивает сферическое шарнирное соединение изоляторов при комплектовании гирлянд. Гирлянды собирают и подвешивают к опорам и тем самым обеспечивают необходимую изоляцию проводов. Количество изоляторов в гирлянде зависит от напряжения линии и типа изоляторов.

Материалом для вязки алюминиевого провода к изолятору служит алюминиевая проволока, а для стальных проводов— мягкая стальная. При вязке проводов выполняют обычно одинарное крепление, двойное же крепление применяют в населенной местности и при повышенных нагрузках. Перед вязкой заготовляют проволоку нужной длины (не менее 300 мм).

Головную вязку выполняют двумя вязальными проволоками разной длины. Эти проволоки закрепляют на шейке изолятора, скручивая между собой. Концами более короткой проволоки обвивают провод и плотно притягивают четыре-пять раз вокруг провода. Концы другой проволоки, более длинные, накладывают на головку изолятора накрест через провод четыре-пять раз.

Для выполнения боковой вязки берут одну проволоку, кладут ее на шейку изолятора и оборачивают вокруг шейки и провода так, чтобы один ее конец прошел над проводом и загнулся сверху вниз, а второй — снизу вверх. Оба конца проволоки выводят вперед и снова оборачивают их вокруг шейки изолятора с проводом, поменяв местами относительно провода.

После этого провод плотно притягивают к шейке изолятора и обматывают концы вязальной проволоки вокруг провода с противоположных сторон изолятора шесть-восемь раз. Во избежание повреждения алюминиевых проводов место вязки иногда обматывают алюминиевой лентой. Изгибать провод на изоляторе сильным натяжением вязальной проволоки не разрешается.

Вязку проводов выполняют вручную, используя монтерские пассатижи. Особое внимание обращают при этом на плотность прилегания вязальной проволоки к проводу и на положение концов вязальной проволоки (они не должны торчать). Штыревые изоляторы крепят к опорам на стальных крюках или штырях. Крюки ввертывают непосредственно в деревянные опоры, а штыри устанавливают на металлических, железобетонных или деревянных траверсах. Для крепления изоляторов на крюках и штырях используют переходные полиэтиленовые колпачки. Разогретый колпачок плотно надвигают на штырь до упора, после этого на него навинчивают изолятор.

Провода подвешиваются на железобетонных или деревянных опорах при помощи подвесных или штыревых изоляторов. Для воздушных ЛЭП используются неизолированные провода . Исключением являются вводы в здания — изолированные провода, протягиваемые от опоры ЛЭП к изоляторам, укрепленным на крюках непосредственно на здании.

Внимание!
Наименьшая допустимая высота расположения нижнего крюка на опоре (от уровня земли) составляет: в ЛЭП напряжением до 1000 В для промежуточных опор от 7 м, для переходных опор — 8,5 м; в ЛЭП напряжением более 1000 В высота расположения нижнего крюка для промежуточных опор составляет 8,5 м, для угловых (анкерных) опор — 8,35 м.

Наименьшие допустимые сечения проводов воздушных ЛЭП напряжением более 1000 В, выбираемые по условиям механической прочности с учетом возможной толщины их обледенения, приведены в табл. 1.1.

Минимально допустимые значения проводов возжушныхЛЭП напряжением более 1000 В
Таблица 1.1

Воздушных ЛЭП напряжением до 1000 В и до 10 кВ и их опор до объектов представлены в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Известно, что крупные теплоэлектростанции строят вблизи угольных месторождений или крупных газопроводов, гидроэлектростанции возводят на крупных реках, а атомные электростанции - не ближе 30-50 км от больших городов, где расположены основные потребители электроэнергии. Другими словами, электроэнергия производится вдали от мест её потребления. Следовательно, она должна быть передана к местам её потребления, для чего служат линии электропередачи (ЛЭП).

А знаете ли вы, что при типичной мощности генератора электростанции 500 МВт и напряжении 10 кВ сила тока в проводах составляет 50 тысяч ампер? Такой ток, согласно закону Джоуля-Ленца, при сопротивлении линии электропередачи всего 1 Ом ежесекундно будет выделять столько же теплоты, сколько миллион электрочайников, включённых одновременно!
По закону Джоуля-Ленца Q = I2Rt существуют две возможности для снижения потерь электроэнергии: уменьшить сопротивление линии электропередачи (R) или уменьшить в ней силу тока (I).
Рассмотрим первую возможность. Для уменьшения сопротивления нужно либо уменьшить длину проводов (и энергия не дойдёт до потребителя), либо увеличить их толщину (и тогда они станут тяжёлыми и могут обломить опоры). Как видите, первая возможность невыполнима на практике.
Рассмотрим теперь вторую возможность. При изучении трансформатора (см. § 10-з) мы отметили, что трансформатор повышает напряжение, одновременно понижая силу тока в такое же число раз. Поэтому, прежде чем ток от генератора попадает в линию электропередачи, он трансформируется (преобразовывается) в ток высокого напряжения. Повысив напряжение с 10 кВ до 1000 кВ, то есть в 100 раз, мы в такое же число раз понизим силу тока. Согласно закону Джоуля-Ленца, количество теплоты, бесполезно выделяющейся в проводах, уменьшится в 100·100 раз, то есть сразу в 10 000 раз.
На рисунке на предыдущей странице показано, что электроэнергия, выработанная генератором 1, по толстым проводам 2 поступает на трансформатор 3. После повышения напряжения ток передаётся потребителям по сравнительно тонким проводам 4. Для этого используют специальные прочные опоры 5 с гирляндами изоляторов 6.


Когда электроэнергия доходит по проводам 4 до места потребления, применяют понижающий трансформатор 7, от которого энергия поступает к потребителям 9. Энергия может поступать и к другим трансформаторам, понижающим напряжение ещё сильнее.


Как правило, энергия, подающаяся в город по высоковольтной линии, проходит через три-четыре понижающих трансформатора. Они понижают напряжение каскадно, чтобы получались различные напряжения, необходимые как промышленным, так и бытовым потребителям. Это условно показано на схеме.

В настоящее время электроэнергия вырабатывается преимущественно мощными электростанциями, расположенными далеко от потребителей.

В результате этого возникает необходимость ее передачи на большие расстояния.

В принципе электромагнитную энергию можно передавать от источника к потребителю в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ) и в оптическом диапазоне частот. Именно в таком виде поступает на Землю электромагнитная энергия от Солнца. Спектр излучения Солнца постирается от крайне низких частот,порядка нескольких Герц, до ультрафиолетовых и даже рентгеновских частот. Однако при настоящем уровне развития техники передача больших количеств электроэнергии через свободное пространство практически затруднительна. Поэтому в настоящее время электроэнергия передается по открытым линиям передачи с помощью проводов из алюминия и меди или с помощью экранированных кабелей.

При этом в тех случаях, когда электрическая энергия вырабатывается на относительно низких частотах (50 или 60 Гц), экономически более выгодно передавать ее с помощью высоковольтных линий электропередачи. Как уже отмечалось, в этом случае электромагнитное поле распространяется в диэлектрике, окружающем металлический провод и только незначительная часть энергии проникает в провод и тратится на его нагревание. Для передачи электроэнергии на большие расстояния в настоящее время в основном используются проводящие каналы из металлических алюминиевых или медных проводов. При этом используются как открытые воздушные линии, так и экранированные подземные кабели. В обоих случаях электромагнитная энергия распространяется в диэлектрике, окружающий проводник и только незначительная часть ее (доли процента) теряется на нагрев проводника. При использовании открытых проводников некоторая часть передаваемой энергии излучается в свободное пространство.

Излучаемая в свободное пространство энергия незначительна (доли процента), если длина линии передачи значительно меньше половины длины волны.равной 6000 км при частоте 50 гц и практически линейно возрастает по мере увеличения длины линии передачи.

Как уже отмечалось выше, передача электроэнергии в настоящее время производится с использованием переменного напряжения. Это объясняется возможностью использования для изменения величины переменного напряжения трансформаторов.

Практически электромагнитное поле проникает в металл проводов на глубину несколько сот нанометров. В общем случае величина потерь в проводах зависит от мощности передаваемой электроэнергии, концентрации примесей в металле проводов и температуры. Естественно, чем сильнее нагревается провод,тем больше в нем потери.

Поэтому провода приходится выбирать тем толще, чем больше предаваемая по ним мощность и чем больше в металле проводов примесей. Окисление проводов в влажной среде, приводит к образованию на их поверхности пленки диэлектрика и также естественно увеличивает потери.

Серьезной проблемой при использовании открытых линий передачи на большие расстояние является возрастание потерь, вызванных увеличением излучения электроэнергии в свободное пространство.

Необходимо помнить, что при передаче электроэнергии на постоянном токе (при f =0 Гц), электромагнитное поле также распространяется вдоль проводов со скоростью близкой к скорости света. При этом резко уменьшаются потери энергии на излучение в свободное пространство. Потери энергии в проводах в этом случае практически не уменьшаются. Существенно можно их уменьшить при использовании сверхпроводников. Однако в настоящее время передача электроэнергии с использованием сверхпроводников практически не используется, главным образом из-за того, что их необходимо охлаждать до очень низкой температуры. При этом энергия, требующаяся на охлаждение проводников, превышает потери электроэнергии при передаче ее по экранированным проводам.