Зниження втрат при передачі електроенергії
Від електростанції електроенергія напругою 110-750 кВ переда-ється по лініях електропередач (ЛЕП) на головні або районні поні-лишнього підстанції, на яких напруга знижується до 6-35 кВ. Від розподільних пристроїв цю напругу по повітряним або кабельним ЛЕП передається до трансформаторних підстанцій, рас-покладеним в безпосередній близькості від споживачів електрич-чеський енергії.
На підстанції величина напруги знижується до 380 В і по воз-задушливим або кабельних лініях надходить безпосередньо до потре-вачів електроенергії в будинку.
Лінії мають четвертий (нульовий) провід 0, що дозволяє підлозі-чить фазна напруга 220 В, а також забезпечувати захист елек-троустановок.
Така схема дозволяє передати електроенергію споживачеві з найменшими втратами. Тому на шляху від електростанції до споживачів електроенергія трансформується з одного напруги-ня на інше. Спрощений приклад трансформації для невеликої ділянки енергосистеми показаний на малюнку.
Мал. Приклад трансформації електроенергії при передачі споживачеві
Навіщо застосовують високу напругу при передачі електроенергії?
Відповідь проста - для зниження втрат на нагрівання проводів при пере-дачі на великі відстані. Втрати залежать від величини проходячи-ного струму і діаметра провідника, а не прикладеної напруги.
Припустимо, що з електростанції в місто, що знаходиться від неї на рас-стоянні 100 км, потрібно передавати електроенергію по одній лінії 30 МВт. Через те, що дроти лінії мають електричне опираючись-ня, ток їх нагріває. Ця теплота розсіюється і не може бути викорис-заклику. Енергія, що витрачається на нагрів, являє собою втрати.
Звести втрати до нуля неможливо. Але обмежити їх необ-обхідно. Тому допустимі втрати нормують, т. Е. При розрахунку про-водів лінії і виборі її напруги виходять з того, щоб втрати не перевищували, наприклад, 10% корисної потужності, що передається по лінії.
У нашому прикладі це 0,1x30 МВт = 3 МВт.
Якщо не застосовувати трансформацію, т. Е. Передавати електроене-енергію при напрузі 220 В, то для зниження втрат до заданого значення перетин проводів довелося б збільшити приблизно до 10 м 2. Діаметр такого «проводи» перевищує З м, а маса в прольоті становить сотні тонн.
Застосовуючи трансформацію, т. Е. Підвищуючи напругу в лінії, а потім, знижуючи його поблизу розташування споживачів, користуються іншим способом зниження втрат: зменшують струм в лінії.
Втрати при передачі електроенергії пропорційні квадрату сили струму.
Дійсно, при підвищенні напруги вдвічі ток знижується вдвічі, а втрати зменшуються в 4 рази. Якщо напруга підвищити в 100 разів, то втрати знизяться в 100 2. т. Е. В 10000 разів.
В якості ілюстрації ефективності підвищення напруги скажу, що по лінії електропередачі трифазного змінного струму напругою 500 кВ передають 1000 МВт на 1000 км.
Проходження електричного струму по проводах супроводжується втратами і падінням частини напруги на лінії, тому напругу у споживачів виявляється дещо меншим, ніж на початку лінії у підстанції. Щоб забезпечити прийнятні рівні напря-вання уздовж всієї лінії, на підстанції доводиться підтримувати напругу вище номіналу, т. Е. 380/220 В, а 400/230 В.
В електричних мережах сільських районів у споживачів, згідно з діючими нормами, допускаються відхилення напруги на 7,5% від номінального значення. Значить, на трифазному електро-приймачі допускається напруга в межах 350-410 В, а на однофазному 200-240 В.
Однак бувають випадки, коли величина напруги виходить за допустимі межі. При зниженні напруги:
♦ помітно падає інтенсивність електричного освітлення від ламп розжарювання;
♦ зменшується продуктивність електронагрівальних при-борів;
♦ порушується стійкість роботи телевізорів і інших радіое-лектронних приладів з електроживленням від мережі.
Підвищення напруги призводить до передчасного виходу з ладу електроламп і нагрівальних приладів. Електродвигуни в меншій мірі чутливі до відхилень напруги.