Přenos elektrické energie na dálku se dnes provádí vždy při zvýšeném napětí, které se měří v desítkách a stovkách kilovoltů. Po celém světě vyrábějí elektrárny různých typů gigawatty elektřiny. Tato elektřina je distribuována po městech a vesnicích pomocí drátů, které můžeme vidět například podél dálnic a železnic, kde jsou vždy připevněny k vysokým sloupům s dlouhými izolátory. Proč se ale přenos vždy provádí při vysokém napětí? Promluvíme si o tom později.

Přenos elektřiny na dálku

Představte si, že k napájení výkonného kilowattového reflektoru potřebujete přenést alespoň 1000 wattů elektrické energie po drátech na vzdálenost 10 kilometrů ve formě střídavého proudu s minimálními ztrátami. Co budeš dělat? Je zřejmé, že napětí bude nutné tak či onak převést, snížit nebo zvýšit pomocí transformátoru.

Řekněme, že zdroj (malý benzinový generátor) vyrábí napětí 220 voltů a vy máte k dispozici dvoužilový měděný kabel o průřezu každého jádra 35 mm10. Na 10 kilometrů dá takový kabel aktivní odpor asi XNUMX Ohmů.

Schéma přenosu elektřiny

Zátěž 1 kW má odpor asi 50 ohmů. A co když je přenášené napětí ponecháno na 220 voltech? To znamená, že šestina napětí dopadne (spadne) na přenosový drát, který bude pod napětím asi 36 voltů. A tak se cestou ztratilo asi 130 W – vysílací dráty se prostě zahřály. A na reflektoru se nedostaneme 220 voltů, ale 183 voltů. Účinnost přenosu se ukázala být 87%, a to je také zanedbávání indukční reaktance vysílacích vodičů.

Faktem je, že aktivní ztráty v přenosových vodičích jsou vždy přímo úměrné druhé mocnině proudu (viz Ohmův zákon). Pokud je tedy přenos stejného výkonu prováděn při vyšším napětí, pak úbytek napětí na vodičích nebude tak destruktivním faktorem.

Předpokládejme nyní jinou situaci. Máme stejný benzínový generátor produkující 220 voltů, stejných 10 kilometrů drátu s aktivním odporem 10 ohmů a stejný 1 kW reflektor, ale ke všemu jsou ještě dva kilowattové transformátory, první posiluje 220-22000 10 voltů, umístěných v blízkosti generátoru a připojených k němu nízkonapěťovým vinutím a připojených k přenosovým drátům vysokonapěťovým vinutím. A druhý transformátor, ve vzdálenosti 22000 kilometrů, je snižovací transformátor 220 XNUMX-XNUMX voltů, k nízkonapěťovému vinutí je připojen reflektor a vysokonapěťové vinutí přijímá energii z vysílacích drátů.

ČTĚTE VÍCE
Jaká zabíjející kapalina by se měla použít při čištění studní?

Přenos elektřiny pomocí transformátoru

Takže při zátěži 1000 wattů při napětí 22000 voltů bude proud ve vysílacím drátu (zde se můžete obejít bez zohlednění reaktivní složky) pouze 45 mA, což znamená, že již neklesne 36 voltů (jak to bylo bez transformátorů) ale jen 0,45 voltu! Ztráty již nebudou 130 W, ale pouze 20 mW. Účinnost takového přenosu při zvýšeném napětí bude 99,99 %. To je důvod, proč je přenos při vyšším napětí efektivnější.

V našem příkladu je situace uvažována zhruba a použití drahých transformátorů pro tak jednoduchý domácí účel by samozřejmě bylo nepraktické řešení. Ale v měřítku zemí a dokonce regionů, když mluvíme o vzdálenostech stovek kilometrů a obrovských přenášených výkonech, náklady na elektřinu, která by mohla být ztracena, jsou tisíckrát vyšší než jakékoli náklady na transformátory. Proto se při přenosu elektřiny na dálku vždy používá zvýšené napětí, měřené ve stovkách kilovoltů, aby se snížily ztráty výkonu při přenosu.

Neustálý růst spotřeby elektřiny, koncentrace výrobních kapacit v elektrárnách, zmenšování ploch bez zástavby, zpřísňování požadavků na ochranu životního prostředí, inflace a rostoucí ceny pozemků, stejně jako řada dalších faktorů, silně diktují nárůst v kapacitě vedení pro přenos energie.

Zde jsou diskutovány návrhy různých elektrických vedení: Konstrukce různých elektrických vedení různých napětí

Integrace energetických systémů, zvýšení kapacity elektráren a systémů obecně jsou doprovázeny nárůstem vzdáleností a toků energie přenášených po elektrickém vedení. Bez výkonného vysokonapěťového vedení není možné dodávat energii z moderních velkých elektráren.

Jednotný energetický systém umožňuje přesun záložního výkonu do oblastí, kde je to potřeba z důvodu opravných prací nebo havarijních stavů, bude možné převést přebytečný výkon ze západu na východ nebo naopak v důsledku posunu zóny včas.

Díky dálkovým přenosům ultravysokého napětí (500 – 750 kV) bylo možné stavět supervýkonné vodní elektrárny a plně využívat jejich energii. To je páteř moderního výkonného jednotného energetického systému.

Například kapitálové investice do přenosu 1 kW výkonu na danou vzdálenost při napětí 500 kV jsou 3,5krát nižší než při napětí 220 kV a o 30 – 40 % nižší než při 330 – 400 kV.

ČTĚTE VÍCE
Jak se jmenuje lak na nehty, který mění barvu v závislosti na teplotě?

Náklady na přenos 1 kWh energie při napětí 500 kV jsou poloviční než při napětí 220 kV a o 33 – 40 % nižší než při napětí 330 nebo 400 kV.

Technické možnosti napětí 500 kV (přirozený výkon, přenosová vzdálenost) jsou 2 – 2,5krát vyšší než možnosti napětí 330 kV a 1,5krát vyšší než u 400 kV.

Vedení 220 kV může přenášet výkon 200 – 250 MW na vzdálenost až 200 – 250 km, vedení 330 kV – výkon 400 – 500 MW na vzdálenost až 500 km, vedení 400 kV – výkon 600 – 700 MW na vzdálenost až 900 km.

Napětí 500 kV zajišťuje přenos výkonu 750 – 1 000 MW po jednom okruhu na vzdálenost až 1 000 – 1 200 km.

Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře

Pokud se vám tento článek líbil, sdílejte odkaz na něj na sociálních sítích. Velmi to pomůže rozvoji našeho webu!