Prenos elektriny na veľké vzdialenosti. Príjem a prenos elektriny na diaľku: popis procesu

Elektrina nie je skladovací zdroj. Dnes neexistujú žiadne účinné technológie, ktoré by umožnili akumuláciu energie generovanej generátormi, takže prenos elektriny spotrebiteľom je naliehavou úlohou. Náklady na zdroj zahŕňajú náklady na jeho výrobu, straty počas prepravy a náklady na inštaláciu a údržbu elektrického vedenia. Zároveň účinnosť systému napájania priamo závisí od schémy prenosu.

Vysoké napätie ako spôsob zníženia strát

Napriek tomu, že vnútorné siete väčšiny spotrebiteľov majú spravidla 220/380 V, elektrina sa do nich prenáša cez vysokonapäťové siete a znižuje sa v transformátorových rozvodniach. Táto prevádzková schéma má dobré dôvody, faktom je, že najväčší podiel strát vzniká v dôsledku zahrievania drôtov.

Strata výkonu je opísaná nasledujúcim vzorcom: Q = I 2 * R l,

kde I je sila prúdu prechádzajúceho vedením, RL je jeho odpor.

Na základe vyššie uvedeného vzorca môžeme dospieť k záveru, že náklady možno znížiť znížením odporu elektrického vedenia alebo znížením prúdu. V prvom prípade bude potrebné zväčšiť prierez drôtu, čo je neprijateľné, pretože to povedie k výraznému zvýšeniu nákladov na elektrické vedenia. Výberom druhej možnosti budete musieť zvýšiť napätie, to znamená, že zavedenie vysokonapäťových elektrických vedení vedie k zníženiu energetických strát.

Klasifikácia elektrických vedení

V energetickom priemysle je obvyklé rozdeliť elektrické vedenia na typy v závislosti od nasledujúcich ukazovateľov:

1. Konštrukčné vlastnosti vedení prenášajúcich elektrickú energiu. V závislosti od dizajnu môžu byť dvoch typov:

1. Napätie. V závislosti od hodnoty napätia sú elektrické vedenia zvyčajne rozdelené do nasledujúcich typov:

1. Oddelenie podľa typu prúdu pri prenose elektriny, môže byť variabilná alebo konštantná. Prvá možnosť je bežnejšia, pretože elektrárne sú zvyčajne vybavené generátormi striedavého prúdu. Ale na zníženie strát energie pri záťaži, najmä na dlhé prenosové vzdialenosti, je efektívnejšia druhá možnosť. Ako sú usporiadané schémy prenosu elektriny v oboch prípadoch, ako aj výhody každého z nich, budú opísané nižšie.
2. Klasifikácia v závislosti od účelu. Na tento účel sa prijímajú tieto kategórie:

• Vedenia od 500,0 kV na ultra dlhé vzdialenosti. Takéto vzdušné vedenia spájajú jednotlivé energetické systémy.
• Kmeňové prenosové vedenia (220,0-330,0 kV). Pomocou takýchto vedení sa prenáša elektrická energia vyrobená vo výkonných vodných elektrárňach, tepelných a jadrových elektrárňach, ako aj ich integrácia do jedného energetického systému.
• Elektrické vedenia 35-150 kV sú rozvody. Slúžia na dodávku elektriny do veľkých priemyselných areálov, na prepojenie regionálnych distribučných miest a pod.
• Na pripojenie skupín spotrebiteľov k elektrickej sieti sa používajú elektrické vedenia s napätím do 20,0 kV.

Spôsoby prenosu elektriny

Existujú dva spôsoby prenosu elektriny:

• Priamy spôsob prenosu.
• Premena elektriny na inú formu energie.

V prvom prípade sa elektrina prenáša cez vodiče, ktorými sú drôt alebo vodivé médium. Tento spôsob prenosu sa používa v nadzemných a káblových elektrických vedeniach. Premena elektriny na inú formu energie otvára spotrebiteľom perspektívu bezdrôtového zásobovania. Odpadne tak potreba elektrického vedenia a tým aj náklady spojené s ich inštaláciou a údržbou. Nižšie sú uvedené sľubné bezdrôtové technológie, ktoré sa zlepšujú.

Žiaľ, v súčasnosti sú možnosti bezdrôtového prenosu elektriny veľmi obmedzené, a tak je predčasné hovoriť o efektívnej alternatíve priameho prenosu. Výskumné práce v tomto smere nám umožňujú dúfať, že v blízkej budúcnosti sa nájde riešenie.

Schéma prenosu elektriny z elektrárne k spotrebiteľovi

Obrázok nižšie ukazuje typické diagramy, z ktorých prvé dva sú s otvorenou slučkou, ostatné sú s uzavretou slučkou. Rozdiel medzi nimi je v tom, že konfigurácie s otvorenou slučkou nie sú nadbytočné, to znamená, že nemajú záložné linky, ktoré je možné použiť, keď sa kriticky zvýši elektrická záťaž.

Označenia:

1. Radiálny diagram, na jednom konci vedenia je elektráreň vyrábajúca energiu, na druhom je spotrebič alebo rozvodné zariadenie.
2. Hlavná verzia radiálneho okruhu, rozdiel od predchádzajúcej verzie je prítomnosť vetiev medzi počiatočným a konečným prenosovým bodom.
3. Hlavný obvod s napájaním na oboch koncoch elektrického vedenia.
4. Konfigurácia typu prsteňa.
5. Kufor so záložným vedením (dvojitý kufor).
6. Možnosť komplexnej konfigurácie. Podobné schémy sa používajú pri pripájaní kritických spotrebiteľov.

Teraz sa pozrime podrobnejšie na radiálny obvod na prenos generovanej elektriny cez AC a DC elektrické vedenie.

Označenia:

1. Generátor, kde sa vyrába elektrina so sínusovou charakteristikou.
2. Rozvodňa so stupňovitým trojfázovým transformátorom.
3. Rozvodňa s transformátorom, ktorý znižuje napätie trojfázového striedavého prúdu.
4. Zásuvka na prenos elektrickej energie do distribučného zariadenia.
5. Usmerňovač, teda zariadenie, ktoré premieňa trojfázový striedavý prúd na jednosmerný prúd.
6. Invertorová jednotka, jej úlohou je vytvoriť sínusové napätie z konštantného napätia.

Ako je zrejmé z diagramu (A), elektrina sa dodáva zo zdroja energie do stupňovitého transformátora, potom sa pomocou nadzemných elektrických vedení prepravuje elektrina na značné vzdialenosti. V koncovom bode je vedenie napojené na znižovací transformátor a z neho ide do rozvádzača.

Spôsob prenosu elektriny vo forme jednosmerného prúdu (B na obr. 6) sa od predchádzajúcej schémy líši prítomnosťou dvoch konvertorových blokov (5 a 6).

Na záver témy tejto časti pre prehľadnosť uvádzame zjednodušenú verziu diagramu mestskej siete.

Označenia:

1. Elektráreň, kde sa vyrába elektrina.
2. Rozvodňa, ktorá zvyšuje napätie, aby sa zabezpečila vysoká účinnosť pri prenose elektriny na veľké vzdialenosti.
3. Vedenie vysokého napätia (35,0-750,0 kV).
4. Rozvodňa s funkciami znižovania (výkon 6,0-10,0 kV).
5. Miesto rozvodu elektriny.
6. Napájacie káblové vedenia.
7. Centrálna rozvodňa v priemyselnom objekte slúži na zníženie napätia na 0,40 kV.
8. Radiálne alebo kmeňové káblové vedenia.
9. Úvodný panel v dielni.
10. Okresná distribučná rozvodňa.
11. Káblové radiálne alebo kmeňové vedenie.
12. Rozvodňa, ktorá znižuje napätie na 0,40 kV.
13. Vstupný panel bytového domu na pripojenie vnútornej elektrickej siete.

Prenos elektrickej energie na veľké vzdialenosti

Hlavným problémom spojeným s touto úlohou je zvyšovanie strát so zvyšujúcou sa dĺžkou elektrického vedenia. Ako bolo uvedené vyššie, na zníženie nákladov na energiu na prenos elektriny sa prúd znižuje zvýšením napätia. Bohužiaľ, toto riešenie spôsobuje nové problémy, jedným z nich sú korónové výboje.

Z hľadiska ekonomickej realizovateľnosti by straty v nadzemných vedeniach nemali presiahnuť 10 %. Nižšie je uvedená tabuľka s maximálnou dĺžkou liniek, ktoré spĺňajú podmienky ziskovosti.

Tabuľka 1. Maximálna dĺžka elektrického vedenia s prihliadnutím na ziskovosť (nie viac ako 10 % strát)

* – v súčasnosti je nadzemné vedenie ultravysokého napätia prevedené na prevádzku s polovičným menovitým napätím (500,0 kV).

Jednosmerný prúd ako alternatíva

Ako alternatívu k prenosu striedavého prúdu na veľké vzdialenosti možno zvážiť nadzemné vedenie s konštantným napätím. Takéto elektrické vedenia majú nasledujúce výhody:

• Dĺžka vzdušného vedenia nemá vplyv na výkon, pričom jeho maximálna hodnota je výrazne vyššia ako u elektrického vedenia so striedavým napätím. To znamená, že ak sa zvýši spotreba elektriny (do určitej hranice), môžete sa zaobísť bez modernizácie.
• Statická stabilita môže byť ignorovaná.
• Nie je potrebné synchronizovať frekvenciu pripojených energetických systémov.
• Je možné organizovať prenos elektriny cez dvojvodičové alebo jednovodičové vedenie, čo výrazne zjednodušuje dizajn.
• Menší vplyv elektromagnetických vĺn na komunikáciu.
• Prakticky nedochádza k vytváraniu jalového výkonu.

Napriek uvedeným schopnostiam jednosmerných elektrických vedení nie sú takéto vedenia rozšírené. Je to predovšetkým kvôli vysokým nákladom na zariadenie potrebné na premenu sínusového napätia na jednosmerné napätie. Jednosmerné generátory sa prakticky nepoužívajú, s výnimkou solárnych elektrární.

Pri inverzii (proces úplne opačný k rektifikácii) tiež nie je všetko jednoduché, je potrebné získať vysoko kvalitné sínusové charakteristiky, čo výrazne zvyšuje náklady na zariadenie. Okrem toho je potrebné vziať do úvahy problémy s organizáciou odberu výkonu a nízkou ziskovosťou, keď je dĺžka nadzemných vedení menšia ako 1 000 - 1 500 km.

Stručne o supravodivosti.

Odolnosť drôtov možno výrazne znížiť ich ochladením na ultranízke teploty. Umožnilo by to posunúť efektivitu prenosu elektriny na kvalitatívne novú úroveň a zväčšiť dĺžku vedení na využitie elektriny vo veľkej vzdialenosti od miesta jej výroby. Bohužiaľ, v súčasnosti dostupné technológie neumožňujú použitie supravodivosti na tieto účely z dôvodu ekonomickej neuskutočniteľnosti.

Vedci už dlhé roky zápasia s otázkou minimalizácie nákladov na elektrickú energiu. Existujú rôzne metódy a návrhy, ale najznámejšou teóriou je bezdrôtový prenos elektriny. Navrhujeme zvážiť, ako sa vykonáva, kto je jeho vynálezcom a prečo ešte nebol implementovaný.

teória

Bezdrôtová elektrina je doslova prenos elektrickej energie bez drôtov. Ľudia často porovnávajú bezdrôtový prenos elektrickej energie s prenosom informácií, ako sú rádiá, mobilné telefóny alebo Wi-Fi pripojenie na internet. Hlavným rozdielom je, že rádiový alebo mikrovlnný prenos je technológia zameraná na obnovu a prenos informácií, a nie energie, ktorá bola pôvodne vynaložená na prenos.

Bezdrôtová elektrina je relatívne nová oblasť technológie, ktorá sa však dynamicky rozvíja. V súčasnosti sa vyvíjajú metódy na efektívny a bezpečný prenos energie na diaľku bez prerušenia.

Ako funguje bezdrôtová elektrina?

Hlavná práca je založená špeciálne na magnetizme a elektromagnetizme, ako je to v prípade rozhlasového vysielania. Bezdrôtové nabíjanie, tiež známe ako indukčné nabíjanie, je založené na niekoľkých jednoduchých princípoch fungovania, najmä technológia vyžaduje dve cievky. Vysielač a prijímač, ktoré spolu vytvárajú striedavé magnetické pole s jednosmerným prúdom. Toto pole zase spôsobuje napätie v cievke prijímača; možno ho použiť na napájanie mobilného zariadenia alebo nabíjanie batérie.

Ak pošlete elektrický prúd cez drôt, okolo kábla sa vytvorí kruhové magnetické pole. Napriek tomu, že magnetické pole ovplyvňuje slučku aj cievku, najvýraznejšie sa prejavuje na kábli. Keď vezmeme druhú cievku drôtu, do ktorej neprechádza žiadny elektrický prúd, a miesto, kde umiestnime cievku do magnetického poľa prvej cievky, elektrický prúd z prvej cievky sa bude prenášať cez magnetické pole. a cez druhú cievku, čím sa vytvorí indukčná väzba.

Vezmime si ako príklad elektrickú zubnú kefku. V ňom je nabíjačka pripojená k zásuvke, ktorá posiela elektrický prúd do skrúteného drôtu vo vnútri nabíjačky, ktorý vytvára magnetické pole. Vo vnútri zubnej kefky je druhá cievka, kedy začne tiecť prúd a vďaka vytvorenému MF sa kefka začne nabíjať bez toho, aby bola priamo pripojená na 220 V zdroj.

Príbeh

Bezdrôtový prenos energie, ako alternatívu k prenosu a distribúcii elektrického vedenia, prvýkrát navrhol a predviedol Nikola Tesla. V roku 1899 Tesla predstavila bezdrôtový prenos energie do poľa žiariviek umiestnených dvadsaťpäť míľ od zdroja energie bez použitia drôtov. Ale v tom čase bolo lacnejšie pripojiť 25 míľ medeného drôtu, než postaviť špeciálne generátory energie, ktoré si vyžadovala odbornosť Tesly. Nikdy nedostal patent a vynález zostal v zákulisí vedy.

Kým Tesla bola prvým človekom, ktorý demonštroval praktické možnosti bezdrôtovej komunikácie už v roku 1899, dnes je v predaji veľmi málo zariadení, ako sú bezdrôtové kefky, slúchadlá, nabíjačky telefónov a podobne.

Bezdrôtová technológia

Bezdrôtový prenos energie zahŕňa prenos elektrickej energie alebo energie na diaľku bez káblov. Základná technológia teda spočíva na konceptoch elektriny, magnetizmu a elektromagnetizmu.

Magnetizmus

Je to základná sila prírody, ktorá spôsobuje, že sa určité druhy materiálov navzájom priťahujú alebo odpudzujú. Jedinými permanentnými magnetmi sú zemské póly. Tok prúdu v slučke vytvára magnetické polia, ktoré sa líšia od oscilujúcich magnetických polí rýchlosťou a časom potrebným na generovanie striedavého prúdu (AC). Sily, ktoré sa v tomto prípade objavia, sú znázornené na obrázku nižšie.

Elektromagnetizmus je vzájomná závislosť striedavých elektrických a magnetických polí.

Magnetická indukcia

Ak je vodivá slučka pripojená k zdroju striedavého prúdu, bude generovať oscilujúce magnetické pole v slučke a okolo nej. Ak je druhý vodivý obvod dostatočne blízko, zachytí časť tohto oscilujúceho magnetického poľa, ktoré následne generuje alebo indukuje elektrický prúd v druhej cievke.

Video: ako prebieha bezdrôtový prenos elektriny

Existuje teda elektrický prenos energie z jedného cyklu alebo cievky do druhého, čo je známe ako magnetická indukcia. Príklady tohto javu sa používajú v elektrických transformátoroch a generátoroch. Tento koncept je založený na Faradayových zákonoch elektromagnetickej indukcie. Tam uvádza, že keď dôjde k zmene magnetického toku spájajúceho sa s cievkou, emf indukovaný v cievke sa rovná súčinu počtu závitov cievky a rýchlosti zmeny toku.

Silová spojka

Táto časť je potrebná, keď jedno zariadenie nemôže prenášať energiu do iného zariadenia.

Magnetická väzba sa vytvára, keď je magnetické pole objektu schopné indukovať elektrický prúd do iných zariadení v jeho dosahu.

O dvoch zariadeniach sa hovorí, že sú navzájom indukčne alebo magneticky spojené, keď sú usporiadané tak, že zmena prúdu pri jednom vodiči indukuje napätie na koncoch druhého vodiča pomocou elektromagnetickej indukcie. Je to spôsobené vzájomnou indukčnosťou

Technológia

Dve zariadenia vzájomne indukčne alebo magneticky spojené sú navrhnuté tak, že zmena prúdu, keď jeden vodič indukuje napätie na koncoch druhého vodiča, je vyvolaná elektromagnetickou indukciou. Je to spôsobené vzájomnou indukčnosťou.
Indukčná väzba je preferovaná kvôli jej schopnosti pracovať bezdrôtovo, ako aj odolnosti voči nárazom.

Rezonančná indukčná väzba je kombináciou indukčnej väzby a rezonancie. Pomocou konceptu rezonancie môžete dosiahnuť, aby dva objekty fungovali v závislosti od signálov toho druhého.

Ako je možné vidieť z vyššie uvedeného diagramu, rezonanciu zabezpečuje indukčnosť cievky. Kondenzátor je pripojený paralelne k vinutiu. Energia sa bude pohybovať tam a späť medzi magnetickým poľom obklopujúcim cievku a elektrickým poľom okolo kondenzátora. Tu budú straty žiarenia minimálne.

Existuje aj koncept bezdrôtovej ionizovanej komunikácie.

Dá sa to aj zrealizovať, ale vyžaduje si to trochu viac úsilia. Táto technika už v prírode existuje, ale je ťažko realizovateľná, pretože vyžaduje vysoké magnetické pole od 2,11 M/m. Vyvinul ho geniálny vedec Richard Walras, vývojár vírového generátora, ktorý vysiela a prenáša tepelnú energiu na veľké vzdialenosti, najmä pomocou špeciálnych kolektorov. Najjednoduchším príkladom takéhoto spojenia je blesk.

Výhody a nevýhody

Samozrejme, tento vynález má svoje výhody a nevýhody oproti drôtovým metódam. Pozývame vás, aby ste ich zvážili.

Medzi výhody patrí:

1. Úplná absencia drôtov;
2. Nie sú potrebné žiadne napájacie zdroje;
3. Potreba batérie je eliminovaná;
4. Energia sa prenáša efektívnejšie;
5. Výrazne menšia potreba údržby.

Nevýhody zahŕňajú nasledovné:

• Vzdialenosť je obmedzená;
• magnetické polia nie sú pre ľudí také bezpečné;
• bezdrôtový prenos elektriny pomocou mikrovĺn alebo iných teórií je doma a vlastnými rukami prakticky nemožný;
• vysoké náklady na inštaláciu.

Ako každý typ energie, aj elektrická je sila, ktorú si navzájom prenášajú rôzne predmety. Hlavným hnacím faktorom rozvoja výroby sa stal príjem a prenos elektriny. Takýto pohyb na veľké vzdialenosti je obzvlášť dôležitý. Vyvíja sa možnosť bezdrôtového prenosu toku energie, čo vytvára veľké vyhliadky do budúcnosti.

Zdroje energie

Skôr ako začnete s procesom prenosu elektriny spotrebiteľovi, musíte ju prijať. Touto problematikou sa zaoberajú elektrárne, ktorých je niekoľko typov:

Existuje tiež možnosť výroby elektriny pomocou slnečného žiarenia alebo veternej energie. V týchto miestach začína tvorba energie, ktorá potom pokračuje vo svojom pohybe k spotrebiteľovi. Územie ktorejkoľvek stanice je pre cudzincov uzavreté. Bez preukazu po nej nesmiete chodiť.

Pohyb elektriny

Ďalší prenos elektrickej energie sa uskutočňuje prostredníctvom sietí. Sú súborom zariadení, ktoré sú zodpovedné za distribúciu a dodávku elektriny spotrebiteľovi. Existuje niekoľko ich odrôd:

Prenos na dlhé vzdialenosti

Relevantnosť prenosu elektriny na diaľku je určená skutočnosťou, že elektrárne sú vybavené výkonným zariadením, ktoré poskytuje vysoké výstupné hodnoty. Jeho spotrebitelia majú nízky výkon a sú rozptýlení na veľkej ploche. Výstavba najväčšieho terminálu je nákladná, preto je tendencia koncentrovať kapacitu. To výrazne znižuje náklady. Okrem toho záleží na umiestnení. Zahŕňa množstvo faktorov: blízkosť zdrojov, náklady na dopravu a schopnosť fungovať v rámci jedného energetického systému.

Aby ste pochopili, ako sa elektrina prenáša na veľké vzdialenosti, mali by ste vedieť, že elektrické vedenia prichádzajú s jednosmerným a striedavým prúdom. Hlavnou charakteristikou je ich priepustnosť. Straty sa pozorujú počas procesu zahrievania drôtov alebo vzdialenosti. Prevod sa vykonáva podľa nasledujúcej schémy:

DC linky

V súčasnosti sa uprednostňuje prenos energie jednosmerným prúdom. Je to spôsobené tým, že všetky procesy prebiehajúce vo vnútri nie sú vlnovej povahy. To výrazne uľahčuje transport energie.

Medzi výhody jednosmerného prenosu patria:

• nízke náklady;
• malé straty;

Medzi nevýhody patrí nemožnosť inštalovať vetvy z hlavného elektrického vedenia. Je to spôsobené tým, že na týchto miestach je potrebná inštalácia meničov, ktoré sú veľmi drahé. Okrem toho vytvorenie vysokonapäťových spínačov. Technicky to spôsobuje veľké ťažkosti.

AC napájanie

Medzi výhody prenosu striedavého prúdu patrí jednoduchosť jeho transformácie. To sa deje pomocou zariadení - transformátorov., ktoré nie sú náročné na výrobu. Konštrukcia elektromotorov tohto prúdu je oveľa jednoduchšia. Táto technológia umožňuje sformovať vedenia do jedného energetického systému. To je uľahčené možnosťou vytvorenia prepínačov na mieste výstavby odbočiek.

Prenos energie na veľké vzdialenosti má prvoradý význam pre všetky konštrukcie. Energetické komplexy sa nie vždy nachádzajú v blízkosti a elektrina je potrebná všade. Nezaobíde sa bez neho ani priemysel, ani verejné inštitúcie, ani súkromný sektor.

Prenos elektriny. Cesta od elektrárne k spotrebiteľovi. Zníženie strát pri prenose elektriny.

Uvažujme stručne o systéme napájania, čo je skupina elektrických zariadení na prenos, premenu, rozvod a spotrebu elektrickej energie. Kapitola rozšíri obzory tým, ktorí sa chcú naučiť správne používať domácu elektrickú sieť.

Dodávka elektrickej energie vykonávané podľa štandardných schém. Napríklad na obr. Obrázok 1.4 ukazuje radiálnu schému jednoriadkového napájania na prenos elektriny zo znižovacej rozvodne elektrárne k spotrebiteľovi elektriny s napätím 380 V.

Z elektrárne sa elektrina s napätím 110–750 kV prenáša elektrickými prenosovými vedeniami (PTL) do hlavných alebo regionálnych znižovacích rozvodní, kde sa napätie zníži na 6–35 kV. Z distribučných zariadení sa toto napätie prenáša nadzemným alebo káblovým elektrickým vedením do transformátorových staníc umiestnených v tesnej blízkosti spotrebiteľov elektrickej energie. V rozvodni sa napätie zníži na 380 V a elektrina sa dodáva priamo spotrebiteľovi v dome cez nadzemné alebo káblové vedenie. V tomto prípade majú vedenia štvrtý (neutrálny) vodič 0, ktorý umožňuje získať fázové napätie 220 V a tiež poskytuje ochranu pre elektrické inštalácie.
Táto schéma vám umožňuje prenášať elektrickú energiu k spotrebiteľovi s minimálnymi stratami. Preto sa na ceste z elektrárne k spotrebiteľom elektrina transformuje z jedného napätia na druhé. Zjednodušený príklad transformácie pre malú časť energetického systému je znázornený na obr. 1.5. Prečo sa používa vysoké napätie? Výpočet je zložitý, ale odpoveď je jednoduchá. Na zníženie tepelných strát vodičov pri prenose na veľké vzdialenosti.

Straty závisia od množstva prechádzajúceho prúdu a priemeru vodiča a nie od použitého napätia.

Napríklad:
Predpokladajme, že z elektrárne do mesta vzdialeného od nej 100 km je potrebné preniesť 30 MW jednou linkou. Pretože vodiče vedenia majú elektrický odpor, prúd ich zahrieva. Toto teplo sa rozptýli a nedá sa použiť. Energia vynaložená na vykurovanie predstavuje stratu.

Znížiť straty na nulu je nemožné. Ale je potrebné ich obmedziť. Preto sa prípustné straty normalizujú, t.j. pri výpočte vodičov vedenia a výbere jeho napätia sa predpokladá, že straty nepresiahnu napríklad 10 % užitočného výkonu prenášaného po vedení. V našom príklade je to 0,1-30 MW = 3 MW.

Napríklad:
Ak sa nepoužije transformácia, teda prenos elektriny pri napätí 220 V, tak aby sa straty znížili na danú hodnotu, musel by sa zväčšiť prierez vodičov na cca 10 m2. Priemer takého „drôtu“ presahuje 3 ma hmotnosť na rozpätie je stovky ton.
Použitím transformácie, teda zvyšovaním napätia vo vedení a jeho následným znížením v blízkosti umiestnenia spotrebiteľov, využívajú ďalší spôsob zníženia strát: znižujú prúd vo vedení. Táto metóda je veľmi efektívna, pretože straty sú úmerné štvorcu prúdu. V skutočnosti, keď sa napätie zdvojnásobí, prúd sa zníži na polovicu a straty sa znížia o faktor 4. Ak sa napätie zvýši 100-krát, straty sa znížia o 100 na druhý výkon, teda 10 000-krát.

Napríklad:
Pre ilustráciu účinnosti zvyšovania napätia uvediem, že trojfázové vedenie striedavého prúdu s napätím 500 kV prenesie 1000 MW na 1000 km.

Elektrické vedenie

Elektrické siete sú určené na prenos a rozvod elektrickej energie. Pozostávajú zo súboru rozvodní a vedení rôznych napätí. V elektrárňach sa stavajú napájacie transformátorové stanice a elektrina sa prenáša na veľké vzdialenosti cez vysokonapäťové elektrické vedenia. V miestach spotreby sú vybudované znižovacie trafostanice.

Základom elektrickej siete je zvyčajne podzemné alebo nadzemné vedenie vysokého napätia. Vedenia vedúce z trafostanice k vstupným distribučným zariadeniam a z nich k energetickým distribučným bodom a do skupinových panelov sa nazývajú napájacia sieť. Napájacia sieť sa spravidla skladá z podzemných káblových vedení nízkeho napätia.

Podľa princípu konštrukcie sú siete rozdelené na otvorené a uzavreté. Otvorená sieť zahŕňa vedenia smerujúce k elektrickým prijímačom alebo ich skupinám a prijímajúce energiu z jednej strany. Otvorená sieť má určité nevýhody, a to, že v prípade nehody v ktoromkoľvek bode siete sa preruší napájanie všetkých spotrebiteľov mimo núdzovej časti.

Uzavretá sieť môže mať jeden, dva alebo viac zdrojov energie. Napriek množstvu výhod sa uzavreté siete ešte nerozšírili. V závislosti od miesta, kde je sieť položená, existujú vonkajšie a vnútorné.

Spôsoby výstavby elektrických vedení

Každé napätie má svoj vlastný špecifický spôsob zapojenia. Je to spôsobené tým, že čím vyššie je napätie, tým ťažšie je izolovať vodiče. Napríklad v bytoch, kde je napätie 220 V, sa elektroinštalácia vykonáva pomocou vodičov s gumovou alebo plastovou izoláciou. Tieto drôty majú jednoduchý dizajn a sú lacné.

Podzemný kábel navrhnutý na niekoľko kilovoltov a uložený pod zemou medzi transformátormi je neporovnateľne zložitejší. Okrem zvýšených požiadaviek na izoláciu musí mať aj zvýšenú mechanickú pevnosť a odolnosť proti korózii.

Na priame napájanie spotrebiteľov sa používajú:

♦ nadzemné alebo káblové elektrické vedenia s napätím 6 (10) kV na napájanie rozvodní a vysokonapäťových spotrebičov;
♦ káblové elektrické vedenia s napätím 380/220 V na priame napájanie nízkonapäťových elektrických prijímačov. Na prenos napätia v desiatkach a stovkách kilovoltov na vzdialenosti sa vytvárajú nadzemné elektrické vedenia. Drôty sú zdvihnuté vysoko nad zemou a ako izolácia sa používa vzduch. Vzdialenosti medzi drôtmi sa vypočítavajú v závislosti od napätia, ktoré sa plánuje prenášať. Na obr. 1.6 sú v rovnakej mierke znázornené podpery pre vzdušné elektrické vedenia s napätím 500, 220, 110, 35 a 10 kV. Všimnite si, ako sa dizajny zväčšujú a zložitosť zvyšujú so zvyšujúcim sa prevádzkovým napätím!

Ryža. 1.6.

Napríklad:
Podpera vedenia 500 kV má výšku sedemposchodovej budovy. Výška závesu drôtu je 27 m, vzdialenosť medzi drôtmi je 10,5 m, dĺžka girlandy izolátorov je viac ako 5 m. Výška podpier pre prechody riek dosahuje 70 m. Uvažujme možnosti pre podrobnejšie budovanie elektrického vedenia.

Nadzemné elektrické vedenie
Definícia.
Nadzemné elektrické vedenie je zariadenie na prenos alebo distribúciu elektriny cez drôty umiestnené vo voľnom priestranstve a pripevnené pomocou traverz (konzol), izolátorov a tvaroviek k podperám alebo inžinierskym konštrukciám.

V súlade s „Pravidlami pre výstavbu elektrických inštalácií“ sú vzdušné vedenia rozdelené do dvoch skupín podľa napätia: napätie do 1000 V a napätie nad 1000 V. Pre každú skupinu vedení sú stanovené technické požiadavky na ich vyhotovenie.

Nadzemné elektrické vedenie 10 (6) kV sa najčastejšie používajú vo vidieckych oblastiach a malých mestách. Je to spôsobené ich nižšou cenou v porovnaní s káblovými vedeniami, nižšou hustotou zástavby atď.

Na elektroinštaláciu nadzemné vedenia a siete používajú rôzne drôty a káble. Hlavnou požiadavkou na materiál drôtov nadzemného elektrického vedenia je nízky elektrický odpor. Okrem toho materiál použitý na výrobu drôtov musí mať dostatočnú mechanickú pevnosť a musí byť odolný voči vlhkosti a chemikáliám prenášaným vzduchom.

V súčasnosti najčastejšie používané hliníkové a oceľové drôty, čo umožňuje ušetriť vzácne neželezné kovy (meď) a znížiť náklady na drôty. Na špeciálnych tratiach sa používajú medené drôty. Hliník má nízku mechanickú pevnosť, čo vedie k zvýšeniu priehybu, a teda k zvýšeniu výšky podpier alebo zníženiu dĺžky rozpätia. Pri prenose malého množstva elektriny na krátke vzdialenosti sa používajú oceľové drôty.

Na izoláciu slúžia drôty a ich pripevnenie k podperám elektrického vedenia izolátory vedenia, ktorý musí mať spolu s elektrickou pevnosťou aj dostatočnú mechanickú pevnosť. Podľa spôsobu upevnenia na podperu existujú kolíkové izolátory (sú pripevnené na háčiky alebo čapy) a závesné izolátory (sú zostavené do girlandy a pripevnené k podpere špeciálnym kovaním).

Pinové izolátory používa sa na elektrických vedeniach s napätím do 35 kV. Sú označené písmenami označujúcimi konštrukciu a účel izolátora a číslami označujúcimi prevádzkové napätie. Na nadzemných vedeniach 400 V sa používajú kolíkové izolátory TF, ShS, ShF. Písmená v symboloch izolátorov znamenajú: T- telegraf; F- porcelán; S- sklo; Shs- špendlíkové sklo; Shf- špendlíkový porcelán.

Na zavesenie relatívne ľahkých drôtov sa používajú kolíkové izolátory a v závislosti od podmienok trasy sa používajú rôzne typy upevnenia drôtu. Drôt na medziľahlých podperách je zvyčajne pripevnený na hlave kolíkových izolátorov a na rohových a kotevných podperách - na krku izolátorov. Na rohových podperách je drôt umiestnený na vonkajšej strane izolátora vo vzťahu k uhlu natočenia vedenia.

Závesné izolátory používa sa na nadzemných vedeniach 35 kV a viac. Skladajú sa z porcelánovej alebo sklenenej dosky (izolačná časť), uzáveru z tvárnej liatiny a tyče. Konštrukcia objímky uzáveru a hlavy tyče zaisťuje guľové kĺbové spojenie izolátorov pri montáži girlandy. Girlandy sú zhromažďované a zavesené na podperách a tým poskytujú potrebnú izoláciu drôtov. Počet izolátorov v girlande závisí od sieťového napätia a typu izolátorov.

Materiál na viazanie hliníkového drôtu na izolátor je hliníkový drôt a pre oceľové drôty je to mäkká oceľ. Pri pletení drôtov sa zvyčajne vykonáva jednoduché upevnenie, zatiaľ čo dvojité upevnenie sa používa v obývaných oblastiach a pri zvýšenom zaťažení. Pred pletením si pripravte drôt požadovanej dĺžky (najmenej 300 mm).

Hlavové pletenie vykonávané dvoma pletacími drôtmi rôznych dĺžok. Tieto drôty sú pripevnené k hrdlu izolátora a krútia sa dohromady. Konce kratšieho drôtu sa omotajú okolo drôtu a štyri až päťkrát sa okolo drôtu pevne pritiahnu. Konce ďalšieho drôtu, dlhšieho, sa umiestnia na hlavu izolátora krížom cez drôt štyri až päťkrát.

Ak chcete vykonať bočné pletenie, vezmite jeden drôt, položte ho na hrdlo izolátora a omotajte ho okolo krku a drôtu tak, aby jeden koniec prechádzal cez drôt a ohýbal sa zhora nadol a druhý zdola nahor. Oba konce drôtu sú posunuté dopredu a opäť ovinuté okolo hrdla izolátora s drôtom, pričom sa menia miesta vzhľadom na drôt.

Potom sa drôt pevne pritiahne ku hrdlu izolátora a konce viazacieho drôtu sa šesť až osemkrát omotajú okolo drôtu na opačných stranách izolátora. Aby sa zabránilo poškodeniu hliníkových drôtov, oblasť väzby je niekedy obalená hliníkovou páskou. Nie je dovolené ohýbať drôt na izolátore silným napätím viazacieho drôtu.

Pletacie drôty vykonáva sa ručne pomocou montérskych klieští. Osobitná pozornosť sa venuje tesnosti viazacieho drôtu k drôtu a polohe koncov viazacieho drôtu (nemali by vyčnievať). Čapové izolátory sú pripevnené k podperám na oceľových hákoch alebo kolíkoch. Háčiky sú zaskrutkované priamo do drevených podpier a čapy sú inštalované na kovových, železobetónových alebo drevených traverzách. Na pripevnenie izolátorov k háčikom a kolíkom sa používajú adaptérové ​​polyetylénové uzávery. Vyhrievaný uzáver je pevne zatlačený na kolík, kým sa nezastaví, a potom sa naň naskrutkuje izolátor.

Drôty sú zavesené na železobetónových alebo drevených podperách pomocou závesných alebo kolíkových izolátorov. Pre nadzemné elektrické vedenia sa používajú holé vodiče. Výnimkou sú vstupy do budov - izolované vodiče natiahnuté od podpery elektrického vedenia až po izolátory upevnené na hákoch priamo na budove.

Pozor!
Minimálna prípustná výška spodného háku na podpere (od úrovne zeme) je: v elektrických vedeniach s napätím do 1000 V pre medziľahlé podpery od 7 m, pre prechodové podpery - 8,5 m; v elektrických vedeniach s napätím vyšším ako 1000 V je výška spodného háku pre medziľahlé podpery 8,5 m, pre rohové (kotvové) podpery - 8,35 m.

Najmenšie prípustné prierezy vodičov nadzemného elektrického vedenia s napätím nad 1000 V, zvolené podľa podmienok mechanickej pevnosti s prihliadnutím na možnú hrúbku ich námrazy, sú uvedené v tabuľke. 1.1.

Minimálne prípustné hodnoty vodičov nadzemného elektrického vedenia s napätím nad 1000 V
Tabuľka 1.1

Nadzemné elektrické vedenia s napätím do 1000 V a do 10 kV a ich podpery k objektom sú uvedené v tabuľke. 1.2.

Tabuľka 1.2