при каком напряжении выгоднее передавать электрическую энергию в линии электропередач при заданной
При каком напряжении выгоднее передавать электрическую энергию в линиях электропередач при заданной мощности?
При высоком напряжении и постоянном токе
Высоковольтная линия электропередачи постоянного тока (HVDC) использует для передачи электроэнергии постоянный ток, в отличие от более распространенных линий электропередач (ЛЭП) переменного тока. Высоковольтные ЛЭП постоянного тока могут оказаться более экономичными при передаче больших объёмов электроэнергии на большие расстояния. Использование постоянного тока для подводных ЛЭП позволяет избежать потерь реактивной мощности, из-за большой ёмкости кабеля неизбежно возникающих при использовании переменного тока. В определённых ситуациях ЛЭП постоянного тока могут оказаться полезными даже на коротких расстояниях, несмотря на высокую стоимость оборудования.
ЛЭП постоянного тока позволяет транспортировать электроэнергию между несинхронизированными энергосистемами переменного тока, а также помогает увеличить надёжность работы, предотвращая каскадные сбои из-за рассинхронизации фазы между отдельными частями крупной энергосистемы. ЛЭП постоянного тока также позволяет передавать электроэнергию между энергосистемами переменного тока, работающими на разной частоте, например, 50 Гц и 60 Гц. Такой способ передачи повышает стабильность работы энергосистем, так как, в случае необходимости, они могут использовать резервы энергии из несовместимых с ними энергосистем.
Современный способ передачи HVDC использует технологию, разработанную в 30-х годах XX века шведской компанией ASEA. Одни из первых систем HVDC были введены в строй в Советском Союзе в 1950 году между Москвой и городом Кашира (была использована немецкая трофейная техника Проект «Эльба»), и островом Готланд и Швецией в 1954 году, с мощностью системы 10-20 МВт. [1]
Самая длинная HVDC линия в мире в настоящее время находится в Бразилии и служит для передачи электроэнергии, вырабатываемой двумя ГЭС Санто-Антонио (англ.) русск. и Жирау (англ.) русск. с городом Сан-Паулу. Её общая длина 2400 км, мощность 3,15 ГВт.
При каком напряжении целесообразно передавать электрическую энергию?
На какие расстояния эффективно передавать электроэнергию?
Процесс передачи электрической энергии уже давно не вызывает у нас удивления. Электричество настолько прочно вошло в нашу жизнь, что представить себе ситуацию, когда его нет, для большинства из нас почти не возможно. За последние десятилетия были проложены миллионы километров проводов. Стоимость работ по вводу их в работу и эксплуатации составляет триллионы рублей. Но зачем строить протяженные ЛЭП, когда можно у каждого потребителя поставить генератор? Есть ли зависимость между длиной ЛЭП и качеством передаваемой электроэнергии? На эти и другие вопросы я и попытаюсь ответить.
Сторонники распределенной генерации полагают, что будущее энергетики состоит в использовании небольших генерирующих устройств каждым потребителем. Можно подумать, что столь привычные нам опоры ЛЭП доживают свои последние деньки. Попробую встать на защиту «старушек» ЛЭП и рассмотреть те плюсы, которые получает энергосистема при строительстве протяженных линий электропередачи.
Во-первых, транспорт электрической энергии напрямую конкурирует с транспортом топлива по железной дороге, нефте- и газопроводам. При их удаленности или отсутствии строительство линий электропередачи является единственным оптимальным решением для энергоснабжения.
Во-вторых, в электротехнике уделяется пристальное внимание резервированию мощности. Согласно правилам проектирования энергосистем, резерв должен обеспечивать работу энергосистемы при потере любого ее элемента. Сейчас этот принцип называется «N-1». Для двух изолированных систем суммарный резерв будет больше, чем для связанных, а меньший резерв — это меньшее количество денег, потраченных на дорогостоящее электрооборудование.
В-третьих, экономия достигается за счет более грамотного управления энергоресурсами. Атомные электростанции, гидроэлектростанции (за исключением малой генерации) по понятным причинам зачастую расположены в отдалении от крупных городов и поселений. Без линий электропередачи «мирный атом» и гидроэлектроэнергия не были бы использованы по их прямому назначению.
Разветвленная энергосистема также позволяет оптимизировать загрузку и прочих видов электростанций. Ключ к оптимизации — управление очередью загрузки. Вначале загружаются электростанции с более дешевым производством каждого кВт*ч, затем уже электростанции с более дорогим. Не стоит забывать и о часовых поясах! Когда в Москве пик энергопотребления, в Якутске этот показатель невелик.
Отдавая дешевую электроэнергию в разные часовые пояса, мы стабилизируем загрузку генераторов и сводим к минимуму издержки производства электричества.
Не стоит забывать и о конечном потребителе — чем больше у нас возможностей доставить до него электрическую энергию от разных источников, тем меньше вероятность, что когда-нибудь его энергоснабжение прервется.
К минусам построения разветвленной электросети можно отнести: сложное диспетчерское управление, трудную задачу автоматического управления и работы релейной защиты, появление необходимости дополнительного контроля и регулирования частоты передаваемой мощности.
Однако отмеченные недостатки не могут нивелировать положительный эффект от построения разветвленной энергосистемы. Развитие современных систем противоаварийного управления и компьютерных технологий постепенно упрощают процесс диспетчерского управления и увеличивают надежность электросетей.
Постоянный или переменный?
Существует два принципиальных подхода к передаче электроэнергии — использование переменного или постоянного тока. Не вдаваясь в подробности, отметим, что для небольших расстояний гораздо эффективнее использовать переменный ток. Но при передаче электроэнергии на расстояния свыше 300 км практичность использования переменного тока уже не так очевидна.
Связано это в первую очередь с волновыми характеристиками передаваемой электромагнитной волны. Для частоты 50 Гц длина волны составляет примерно 6000 км. Оказывается, что в зависимости от протяженности ЛЭП существуют физические ограничения на передаваемую мощность. Максимум мощности можно передать при длинах ЛЭП порядка 3000 км, что составляет половину длины передаваемой волны. К слову, этот же объем мощности передают по ЛЭП протяженностью в 10 раз меньше. При прочих размерах линий объем мощности может достигать всего лишь половины от данного значения.
В 1968 году в СССР был осуществлен уникальный и пока единственный в мире эксперимент по передаче мощности на расстояние 2858 км. Была собрана искусственно схема передачи, включающая в себя участки Волгоград-Москва-Куйбышев (ныне Самара)-Челябинск-Свердловск (ныне Екатеринбург) на напряжении 500 кВ. Опытным путем были подтверждены теоретические исследования длинных линий.
Из рекордсменов по протяженности можно выделить проложенную в Китае ЛЭП в 2200 км от восточной провинции Хами до города Чженчжоу (столица провинции Хэнань). Стоит отметить, что полный ее ввод в эксплуатацию намечен на 2014 год.
Также не стоит забывать о напряжении линий. Со школы нам знаком закон Джоуля-Ленца P = I? R
, который постулирует, что потери электрической энергии зависят от значения электрического тока в проводе и от материала, из которого он изготовлен. Мощность, передаваемая по линиям электропередачи, есть произведение тока на напряжение. Чем выше напряжение, тем меньше ток в проводе и тем самым меньше уровень потерь электроэнергии при передаче. Отсюда следствие: если мы хотим передавать электроэнергию на большие расстояния, необходимо выбирать как можно большее напряжение.
При использовании переменного тока в протяженных ЛЭП возникает ряд технологических проблем. проблема связана с реактивными параметрами линий электропередачи.
Емкостное и индуктивное сопротивление проводов оказывают существенное влияние на потери напряжения и мощности при передаче, возникает необходимость поддержания уровня напряжения на должном уровне и компенсации реактивной составляющей, что достаточно ощутимо увеличивает стоимость прокладки километра провода.
Высокое напряжение заставляет использовать большее количество гирлянд изоляции, а также накладывает ограничение на сечение провода. Все вместе увеличивает суммарный вес всей конструкции и влечет за собой необходимость использовать более устойчивые и сложные по своей конструкции опоры ЛЭП.
Этих проблем можно избежать, используя линии постоянного тока. Провода, используемые в линиях постоянного тока, дешевле и дольше служат при эксплуатации в связи с отсутствием частичных разрядов в изоляции. Реактивные параметры электропередачи не оказывают существенного влияния на потери.
При каком напряжении выгоднее передавать электрическую энергию — Все об электричестве
Электричество не относится к накопительным ресурсам. На сегодняшний день нет эффективных технологий, позволяющих аккумулировать энергию, выработанную генераторами, поэтому передача электроэнергии потребителям относится к актуальным задачам. В стоимость ресурса входят затраты на его производство, потери при транспортировке и расходы на монтаж и обслуживание ЛЭП. При этом от схемы передачи напрямую зависит эффективность системы электроснабжения.
Высокое напряжение, как способ уменьшения потерь
Несмотря на то, что во внутренних сетях большинства потребителей, как правило, 220/380 В, электроэнергия передается к ним по высоковольтным магистралям и понижается на трансформаторных подстанциях. Для такой схемы работы есть весомые основания, дело в том, что наибольшая доля потерь приходится на нагрев проводов.
где I – сила тока, проходящего через магистраль, RЛ – ее сопротивление.
Исходя из приведенной формулы можно заключить, что снизить затраты можно путем уменьшения сопротивления в ЛЭП или понизив силу тока. В первом случае потребуется увеличивать сечения провода, это недопустимо, поскольку приведет к существенному удорожанию электропередающих магистралей. Выбрав второй вариант, понадобится увеличить напряжение, то есть, внедрение высоковольтных ЛЭП приводит к снижению потерь мощности.
Классификация линий электропередач
В энергетике принято разделять ЛЭП на виды в зависимости от следующих показателей:
Потери электроэнергии
Не вся электроэнергия, выработанная на электростанции, доходит до потребителя. Потери электроэнергии могут быть:
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.
Как происходит передача и распределение электроэнергии
Ни для кого не секрет, что электричество в наш дом попадает от электростанций, являющихся основными источниками электроэнергии. Однако между нами (потребителями) и станцией может быть сотни километров и через все это дальнее расстояние ток должен каким-то образом передаваться с максимальным КПД. В этой статье мы, собственно, и рассмотрим, как передается электроэнергия на расстоянии к потребителям.
Маршрут транспортировки электричества
Итак, как мы уже сказали, начальной точкой является электрическая станция, которая, собственно, и генерирует электроэнергию. На сегодняшний день основными видами электростанций являются гидро- (ГЭС), тепло- (ТЭС) и атомные (АЭС). Помимо этого бывают солнечные, ветровые и геотермальные эл. станции.
Далее от источника электричество передается к потребителям, которые могут находиться на дальних расстояниях. Чтобы осуществить передачу электроэнергии, нужно повысить напряжение с помощью повышающих трансформаторов (напряжение могут повысить вплоть до 1150 кВ, в зависимости от расстояния).
Почему электроэнергия передается при повышенном напряжении? Все очень просто. Вспомним формулу электрической мощности — P=UI, тогда если передавать энергию к потребителю, то чем выше напряжение на линии электропередач — тем меньше ток в проводах, при той же потребляемой мощности. Благодаря этому можно строить ЛЭП с большим напряжением, уменьшив сечение проводов, по сравнению с ЛЭП с низшим напряжением. Значит и сократятся расходы на строительство — чем тоньше провода, тем они дешевле.
Соответственно от станции электричество передается на повышающий трансформатор (при необходимости), а после этого с помощью ЛЭП осуществляется передача электроэнергии на ЦРП (центрально распределительные подстанции). Последние, в свою очередь, находятся в городах или в близком расстоянии от них. На ЦРП происходит понижение напряжения до 220 или же 110 кВ, откуда электроэнергия передается к подстанциям.
Далее напряжение еще раз понижают (уже до 6-10 кВ) и происходит распределение электрической энергии по трансформаторным пунктам, именуемым также ТП. К трансформаторным пунктам электричество может передаваться не по ЛЭП, а подземной кабельной линией, т.к. в городских условиях это будет более целесообразно. Дело в том, что стоимость полосы отчуждения в городах достаточно высокая и более выгодно будет прокопать траншею и заложить кабель в ней, нежели занимать место на поверхности.
От трансформаторных пунктов электроэнергия передается к многоэтажным домам, постройкам частного сектора, гаражному кооперативу и т.д. Обращаем ваше внимание на то, что на ТП напряжение еще раз понижается, уже до привычных нам 0,4 кВ (сеть 380 вольт).
Если кратко рассмотреть маршрут передачи электроэнергии от источника к потребителям, то он выглядит следующим образом: электростанция (к примеру, 10 кВ) – повышающая трансформаторная подстанция (от 110 до 1150 кв) – ЛЭП – понижающая трансформаторная подстанция – ТП (10-0,4 кВ) – жилые дома.
Вот таким способом электричество передается по проводам в наш дом. Как вы видите, схема передачи и распределения электроэнергии к потребителям не слишком сложная, все зависит от того, насколько большое расстояние.
Наглядно увидеть, как электрическая энергия поступает в города и доходит до жилого сектора, вы можете на картинке ниже:
Более подробно об этом вопросе рассказывают эксперты:
Как электричество поступает от источника к потребителю
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.
ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ: «ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ», СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 230103.02 МАСТЕР ПО ОБРАБОТКЕ ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
1. Какой способ соединения источников позволяет увеличить напряжение?
а) последовательное соединение;
б) параллельное соединение;
в) смешанное соединение;
2. Расшифруйте абривиатуру ЭДС:
а) электронно-динамическая система;
б) электрическая движущая система;
в) электродвижущая сила;
г) электронно действующая сила
3. При каком напряжении выгоднее передавать электрическую энергию в линии
электропередач при заданной мощности?
г) значение напряжения утверждено ГОСТом
4. Чему равен ток в нулевом проводе в симметричной трёхфазной цепи при соединении
а) номинальному току одной фазы;
в) сумме номинальных токов двух фаз;
г) сумме номинальных токов трёх фаз
5. Почему обрыв нейтрального провода четырехпроходной системы является аварийным
а) на всех фазах приёмника энергии напряжение падает;
б) на всех фазах приёмника энергии напряжение возрастает;
в) возникает короткое замыкание;
г) на одних фазах приёмника энергии напряжение увеличивается, на других уменьшается
6. Какие трансформаторы используются для питания электроэнергией бытовых
7. Какой физический закон лежит в основе принципа действия трансформатора?
в) закон самоиндукции;
г) закон электромагнитной индукции.
8. Почему магнитопровод статора асинхронного двигателя набирают из изолированных
листов электротехнической стали?
а) для уменьшения потерь на перемагничивание;
б) для уменьшения потерь на вихревые токи;
в) для увеличения сопротивления;
г) из конструкционных соображений
9. Что является вращающейся частью в асинхронном двигателе?
10. Укажите основной недостаток асинхронного двигателя:
а) сложность конструкции;
б) зависимость частоты вращения от момента на валу;
г) отсутствие экономичных устройств для плавного регулирования частоты вращения ротора
11. С какой скоростью вращается ротор синхронного генератора?
а) с той же скоростью, что и круговое магнитное поле токов статора;
б) со скоростью, большей скорости вращения поля токов статора;
в) со скоростью, меньшей скорости вращения поля токов статора;
г) скорость вращения ротора определяется заводом – изготовителем
12. Синхронные двигатели относятся к двигателям:
а) с регулируемой частотой вращения;
б) с нерегулируемой частотой вращения;
в) со ступенчатым регулированием частоты вращения;
г) с плавным регулированием частоты вращения
13. Опасен ли для человека источник электрической энергии, напряжением 36 В?
в) опасен при некоторых условиях;
г) это зависит от того, переменный ток или постоянный
14. От чего зависит степень поражения человека электрическим током?
г) от всех перечисленных факторов
15. Какие линии электропередач используются для передачи электроэнергии?
г) все перечисленные
Какое из приведенных средств не соответствует последовательному соединению ветвей при постоянном токе?
а) ток во всех элементах цепи одинаков;
б) напряжение на зажимах цепи равно сумме напряжений на всех его участков;
в) напряжение на всех элементах цепи одинаково и равно по величине входному
г) отношение напряжений на участках цепи равно отношению сопротивлений на этих
2. Что называется электрическим током?
а) движение разряженных частиц;
б) количество заряда, переносимое через поперечное сечение проводника за единицу
в) равноускоренное движение заряженных частиц;
г) порядочное движение заряженных частиц
3. Обычно векторные диаграммы строят для:
а) амплитудных значений ЭДС, напряжений и токов;
б) действующих значений ЭДС, напряжений и токов;
в) действующих и амплитудных значений;
г) мгновенных значений ЭДС, напряжений и токов
4. Лампы накаливания с номинальным напряжением 220 В включают в трехфазную сеть
с напряжением 220 В. Определить схему соединения ламп.
а) трехпроводной звездой;
б) четырехпроводной звездой;
г) шестипроводной звездой
5. Может ли ток в нулевом проводе четырехпроводной цепи, соединенной звездой быть
в) всегда равен нулю;
г) никогда не равен нулю
6. Чем принципиально отличается автотрансформаторы от трансформатора?
а) малым коэффициентом трансформации;
б) возможностью изменения коэффициента трансформации;
в) электрическим соединением первичной и вторичной цепей;
7. Какой режим работы трансформатора позволяет определить коэффициент
б) режим холостого хода;
в) режим короткого замыкания;
г) ни один из перечисленных
8. Как изменить направление вращения магнитного поля статора асинхронного трехфазного
а) достаточно изменить порядок чередования всех трёх фаз; б) достаточно изменить порядок чередования двух фаз из трёх;
в) достаточно изменить порядок чередования одной фазы; г) это сделать не возможно
9. Для преобразования какой энергии предназначены асинхронные двигатели?
а) электрической энергии в механическую;
б) механической энергии в электрическую;
в) электрической энергии в тепловую;
г) механической энергии во внутреннюю
10. Перечислите режимы работы асинхронного электродвигателя
а) режимы двигателя;
б) режим генератора;
в) режим электромагнитного тормоза;
г) все перечисленные
11. К какому источнику электрической энергии подключается обмотка статора синхронного
а) к источнику трёхфазного тока;
б) к источнику однофазного тока;
в) к источнику переменного тока;
г) к источнику постоянного тока
12. В качестве, каких устройств используются синхронные машины?
в) синхронные компенсаторы;
г) во всех перечисленных
13. По степени безопасности, обусловленной характером производства и состоянием
окружающей среды, помещения с повышенной опасностью…
а) это помещения сухие, отапливаемые с токонепроводящими полами и относительной
влажностью не более 60 %;
б) это помещения с высокой влажностью, более 75 %, токопроводящими полами
и температурой выше + 30;
в) это помещение с влажностью, близкой к 100 %, химически активной средой;
г) все перечисленные признаки
14. Чему равна наименьшая смертельно опасная сила тока для человека ?
15. Какую опасность представляет резонанс напряжений для электрических устройств?
а) недопустимый перегрев отдельных элементов электрической цепи; б) пробой изоляции обмоток электрических машин и аппаратов;
в) пробой изоляции кабелей и конденсаторов;
г) все перечисленные аварийные режимы
для тестовых заданий по дисциплине: » Основы электротехники «,
студента группы: _________
для тестовых заданий по дисциплине: » Основы электротехники «,
студента группы: _________
тестовых заданий по дисциплине: » Основы электротехники «
КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ТЕСТА
« 5 » – 85-100% = 13-15 правильных ответов
« 4 » – 65-84% = 10-12 правильных ответов
« 3 » – 50-64% = 7-9 правильных ответов
« 2 »- менее 49% = 6 и менее правильных ответов
Курс профессиональной переподготовки
Библиотечно-библиографические и информационные знания в педагогическом процессе
Курс повышения квалификации
Охрана труда
Курс профессиональной переподготовки
Охрана труда
Номер материала: ДВ-023972
Международная дистанционная олимпиада Осень 2021
Не нашли то что искали?
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.
Безлимитный доступ к занятиям с онлайн-репетиторами
Выгоднее, чем оплачивать каждое занятие отдельно
Минобрнауки утвердило перечень вступительных экзаменов в вузы
Время чтения: 1 минута
В Минобрнауки разрешили вузам продолжить удаленную работу после 7 ноября
Время чтения: 1 минута
Минобрнауки утвердило перечень олимпиад для школьников на 2021-2022 учебный год
Время чтения: 1 минута
В школе в Пермском крае произошла стрельба
Время чтения: 1 минута
Минтруд предложил проект по реабилитации детей-инвалидов
Время чтения: 1 минута
В России запустили «Школу общественной дипломатии» для малочисленных народов
Время чтения: 2 минуты
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.