Как осуществляется передача электроэнергии на большое расстояние: Как осуществляется передача электроэнергии на большие расстояния?

Передача электроэнергии на большие расстояния

 

Передача новостей на большие расстояния всего пару сотен лет назад казалась чем-то из области фантастики. Время почтовых голубей, издревле использовавшихся римлянами, персами, и египтянами, прошло после изобретения телеграфной связи. С уверенностью можно сказать, что с передачей энергии на большие дистанции в те же периоды истории дела обстояли гораздо хуже. Проводники с высоким сопротивлением, низкое напряжение, серьезная коммерческая борьба за использование постоянного тока – лишь некоторые из факторов, тормозивших развитие электрических систем и сетей.

Ни для кого не секрет, что энергетику можно назвать достаточно консервативной отраслью. Если сравнивать скорость развития тепло- и электроэнергетики с прогрессом в информационных технологиях за одинаковые периоды времени, то разница чувствуется особенно резко. Окружающие нас сенсорные дисплеи с ультравысоким разрешением, искусственный интеллект, повсеместный и универсальный доступ к сети Интернет заметно развились с начала этого столетия.

Однако опоры линий электропередачи (ЛЭП) до сих пор несут на себе тысячи километров сталеалюминиевыех проводов, перегрузки предотвращаются автоматическими выключателями, не сильно изменившимися за последние 70 лет. Суперпроводники, работающие при комнатной температуре, так и остались артефактами на страницах научных журналов и научно-популярной литературы. Чем же вызвана кажущаяся неповоротливость энергетики? Какие факторы на это влияют? И как вообще происходит передача электроэнергии на большие расстояния? Обо всем по порядку.

Как отмечалось выше, исторически сложилось, что изначально сторонников передачи электричества с использованием постоянного тока было больше. Такой перевес не был обусловлен точными расчетами, имела место пропаганда в СМИ и реклама. Почему же сейчас в контексте передачи электроэнергии мы слышим лишь о переменном токе?

Все начинается с электростанций. И для производителей, и для потребителей электроэнергии экономически выгодно иметь один централизованной источник энергии, а не множество разрозненных. От таких центров питания финансово целесообразно прокладывать ЛЭП к потребителям. Как известно, мощность (а в каждый момент времени по проводам передается именно мощность) равна произведению напряжения на ток. Для получения одной и той же мощности можно либо увеличить ток и снизить напряжение, либо сделать наоборот.

Случай с низким напряжением и высоким током очень неэффективный, при такой стратегии потери электроэнергии на длинных ЛЭП могут составлять 60 и более процентов. Случай с высоким напряжением и низким током гораздо более выгодный. При использовании постоянного тока увеличение уровня напряжения составляет серьезную проблему, а вот с переменным этого добиться очень просто. Трансформаторы – это электрические машины, преобразующие электрическую мощность с низкого напряжения в мощность с высоким напряжением. Чем длиннее ЛЭП, тем под более высоким напряжением находятся ее провода. Кроме того, бесчисленное количество заводов и предприятий используют электродвигатели. Двигатели постоянного тока в сравнении с двигателями переменного тока безусловно проигрывают: их КПД ниже, в них больше трущихся частей, их конструкция сложнее.

Поэтому большинство электродвигателей в мире – это двигатели переменного тока.

Теперь, зная ответ на вопрос, почему победа осталась за переменным током, можно взглянуть на энергосистему с большей высоты. Различные электростанции в разных уголках планеты производят электричество. Говоря упрощенно, от электрогенераторов на станциях провода тянутся к трансформаторной подстанции (ТП), повышающей напряжение до 35, 110, 330, или 750 кВ. Провода на опорах оттуда тянутся к потребителям – в города и на заводы, где напряжение снова понижается на понижающих ТП до уровня, необходимого потребителю. Это напряжения в 0.4, 1, 10 кВ. Точка, в которой соединяются две и более ЛЭП, называется электрической подстанцией. Таким образом различные электростанции одной страны связываются в одну энергосистему, а энергосистемы разных стран – в объединенную энергосистему.

Трансформатор на подстанции

Передача энергии на большие расстояния – это всегда вопрос компромисса. Что выгоднее: строить новую электростанцию или прокладывать ЛЭП от существующих станций на огромное расстояние? Например, суммарная протяженность ЛЭП в Беларуси на начало 2019 года составляла почти 280 000 км. Где и как строить линию электропередачи? При монтаже опор огромное значение играет рельеф местности и характер грунта, а также наличие населенных пунктов, дорог и деревьев.

От потребляемой мощности зависит напряжение сети. От мощности, напряжения, и, как ни странно, погоды зависит выбор проводов, изоляторов и опор. При строительстве энергоемких предприятий надо решить: питаться от существующей подстанции или монтировать ТП в цеху? В целом при строительстве объектов решается вопрос о категории электроснабжения, то есть нужно ли прокладывать резервные линии и если да, то сколько? Отдельный и сложный вопрос представляет собой устойчивость энергосистемы, то есть ее способность функционировать, когда пропадает питание от электростанций или ЛЭП вследствие запланированного ремонта или аварии.  

Ротор турбогенератора

На данный момент принимается множество решений для модернизации энергосистем, например, привычные провода заменяют на алюминиевые с композитным тросом вместо стального. Это уменьшает провис проводов, увеличивает безопасную зону вокруг ЛЭП и их надежность. В целом же человечество еще не вышло на революционно новые методы производства и передачи электроэнергии.

Пожалуй, можно сказать, что в современном мире электроэнергетика находится на третьем месте после воздуха и воды. Миллионы километров проводов и кабелей смонтированы, огромные генераторы (диаметром до 16 метров) прочно закреплены на земной поверхности, это и объясняет вынужденную неповоротливость и стратегическую важность высоковольтной электроэнергетики.

Для обслуживания и проверки ЛЭП и электрических сетей существуют лаборатории электрофизических измерений. К таким, например, относится компания «ТМРсила-М», имеющая многолетний опыт работы в энергетике и сформированная из опытных специалистов.

 

источники генерации энергии, передача ее на большие расстояния

Как и любой вид энергии, электрическая является силой, которая сообщается разными предметами друг другу. Получение и передача электроэнергии стала основным движущим фактором развития производства. Особенно актуально такое перемещение на большие расстояния. Разрабатывается возможность переброски энергетического потока без проводов, что создает большие перспективы в будущем.

Источники получения энергии

Прежде чем начать процесс передачи электроэнергии потребителю, необходимо ее получить. Этим вопросом занимаются электростанции, которых существует несколько видов:

1. Тепловые. На первом этапе ведется сжигание органического топлива. Это может быть уголь, мазут или торф. Возникающая тепловая энергия преобразуется в механическую и только потом в электрическую. В некоторых случаях выработанное тепло сразу поступает в теплоцентрали и подается на производство.
2. Гидроэлектростанции. Такие комплексы устанавливаются в местах протекания больших рек. Построенная плотина поднимает с одной стороны уровень воды, образуя водопад. Станция представляет собой сложную техническую конструкцию.
   Движущийся поток вращает турбины, которые превращают его силу в электрическую составляющую.
3. Атомные станции. Здесь основным оборудованием является реактор. В нем происходит цепная реакция распада ядер тяжелых элементов. В качестве топлива используется плутоний или уран. Получаемое ядерное тепло затем преобразуется в электрическую энергию. Это наиболее перспективное направление развития, поскольку мировые ядерные запасы значительно превышают органические залежи топлива.

Также присутствует возможность выработки электричества при помощи солнечных лучей или силы ветра. В этих местах начинается генерация энергии, которая затем продолжает свое движение к потребителю. Территория любой станции является закрытой для посторонних. По ней не разрешается ходить без пропуска.

Движение электричества

Дальнейшая передача электрической энергии ведется по сетям. Они представляют собой комплекс оборудования, которое отвечает за распределение и поставку электричества потребителю. Их существует несколько разновидностей:

1. Общие сети. Они обслуживают сельское хозяйство и производство.
2. Контактные. Это выделенная группа, которая обеспечивает поставку электроэнергии движущемуся транспорту. Сюда входят поезда и трамваи.
3. Для обслуживания удаленных объектов и инженерных коммуникаций.
4. Автономные сети. Они обеспечивают электроэнергией крупные мобильные единицы. Это самолеты, морские суда и космические аппараты.

Передача на большие расстояния

Актуальность передачи электроэнергии на расстояние обуславливается тем, что электростанции снабжены мощным оборудованием, дающим на выходе большие показатели. Потребители же ее маломощные и разбросаны на большой территории. Строительство крупнейшего терминала обходится дорого, поэтому наблюдается тенденция к концентрации мощностей.

Это существенно снижает затраты. Кроме того, значение имеет место размещения. Включается ряд факторов: близость к ресурсам, стоимость транспортировки и возможность работы в единой энергетической системе.

Чтобы понять, как осуществляется передача электроэнергии на большие расстояния, следует знать, что линии электропередач бывают постоянного и переменного тока. Главная характеристика — это их пропускная способность. Потери наблюдаются в процессе нагрева проводов или дальности расстояния. Передача осуществляется по следующей схеме:

1. Электростанция. Она является источником образования электроэнергии.
2. Повышающий трансформатор, который обеспечивает увеличение показателей до необходимых величин.
3. Понижающий трансформатор. Он устанавливается на распределительных станциях и понижает параметры для подачи в частный сектор.
4. Подача энергии в жилые дома.

Линии постоянного тока

В настоящее время больше отдается предпочтение передаче электроэнергии постоянным током. Это связано с тем, что все происходящие внутри процессы не носят волновой характер. Это значительно облегчает транспортировку энергии.

К преимуществам передачи постоянного тока относится:

• небольшая себестоимость;
• малая величина потерь;

Среди недостатков — невозможность установки ответвлений от основной ЛЭП. Связано это с тем, что в этих местах требуется монтаж преобразователей, которые обходятся очень дорого. Кроме того, создание выключателей высокого напряжения. Технически, это вызывает большие трудности.

Поставка переменного тока

К преимуществам транспортировки переменного тока относится легкость его трансформации. Осуществляется это при помощи приборов — трансформаторов, которые не отличаются сложностью в изготовлении. Конструкция электродвигателей такого тока значительно проще. Технология позволяет формировать линии в единую энергосистему. Этому способствует возможность создания выключателей в месте строительства ответвлений.

Передача энергии на большое расстояние имеет первостепенное значение для всех структур. Не всегда энергетические комплексы находятся близко, а в электричестве нуждаются везде. Без него не обойдется ни промышленность, ни общественные заведения, ни частный сектор.

Передача электроэнергии на расстояние. Трансформаторы

Приливная электростанция имеет водохранилище прямоугольной формы площадью 100 км и высоту прилива и отлива 8 м. Прилив продолжается 12 ч. КПД преобразования энергии приливной волны в электрическую 90%. Напряжение с шин генератора повышается трансформатором со 100 В до 500 кВ с КПД 95 %. Электроэнергия передается в город на расстоянии 30 км по линиям электропередачи, имеющим удельное сопротивление 0,0003 Ом/м. Понижающий трансформатор, имеющий КПД также 95 %, снижает напряжение на нагрузке до 100 В. Определите значение мощности, подведенной к потребителю. Сколько энергии теряется прн производстве, преобразовании и передаче электроэнергии В какой форме проявляются потери (Предположим, что подведенная энергия и потери в сумме равны аккумулирующей способности водохранилища, куда поступает вода во время прилива.)  [c.44]
Гибкость электричества особенно увеличилась после изобретения трансформатора (преобразователя) электрического тока, который открыл широчайшие перспективы для передачи электроэнергии на большие расстояния от центров ее производства до потребителей. При передаче электроэнергии по проводам происходят потери за счет нагревания проводов, утечки электричества в атмосферу и т. д.  [c.18]

Переменный ток применяется во всех случаях, когда нужно передать электрическую энергию на большие расстояния. Этому способствует свойство переменного тока трансформироваться с одного напряжения на другое. Для передачи электроэнергии на большие расстояния у источника тока устанавливается повышающий трансформатор, а у приемника — понижающий. При этом для передачи по линии той же мощности необходим гораздо меньший ток, поэтому есть возможность применять провода меньшего сечения.  [c.126]

При передаче электроэнергии на большое расстояние применяют переменный ток высокого напряжения, который у потребителей превраш,ается в ток низкого напряжения при помощй трансформаторов.  [c.131]

В современных условиях невозможно осуществить передачу электроэнергии к потребителям без трансформаторов, особенно на большие расстояния. Материалами для сердечников трансформаторов, в которых происходит непрерывное перемагничивание переменным магнитным полем, могут быть только ферромагнитные вещества с малой  [c.12]

Потери энергии в линии передач зависят главным образом от силы тока и в меньшей степени от напряжения. Поэтому становится выгодным повысить напряжение и, не увеличивая силу тока, передавать электроэнергию на более длинные расстояния при равных потерях. В месте потребления электроэнергии трансформатор позволяет снова понизить напряжение до уровня, необходимого потребителю. В результате открытия явления трансформирования электрической энергии снято ограничение по передаче ее на большие расстояния.  [c.18]

Первые электрифицированные железные дороги по своей протяженности были небольшими. Строительство железных дорог большой протяженности наталкивалось на трудности, связанные с большими потерями энер-гии которые вызывает передача постоянного тока на длительные расстояния. С появлением в 80-х годах трансформаторов переменного тока, дающих возможность передавать ток на большие расстояния, они были введены в схемы питания электроэнергией железнодорожных магистралей.  [c.231]

Напряжение иа выводах генератора обычно не удается получить выше 15—20 тыс. в. Передача же электроэнергии на дальние расстояния должна производиться при значительно более высоком напряжении, чтобы уменьшить потери в линиях. Сейчас уже находятся в эксплуатации линии электропередач переменного тока на 330 и 500 тыс. в. Задача повышения напряжения переменного тока при неизменной частоте решается нри помощи трансформаторов.  [c.18]

Выработанная электроэнергия многократно трансформируется сначала повышается напряжение для высоковольтной передачи на большое расстояние — до районной понизительной подстанции, затем для передачи с меньшим напряжением — от районной до заводской подстанции, затем снова трансформируется (до 380—500 в и более) и с этим напряжением подводится к электрическим печам. В зависимости от типа электрической печи возможна дополнительная трансформация электрической энергии при прямом нагреве устанавливается трансформатор, понижающий напряжение до 5—20 в и выше, при индукционном нагреве требуется преобразователь частоты, повышающий промышленную частоту тока с 50 до 2000 гц и более. При каждой трансформации теряется часть энергии в мощных 2—4%, в менее мощных 4—5%, в преобразователях частоты до 20—25%, в сетях до 10—15%. Общие электрические потери могут быть весьма большими. К- п. д. сети от электрического генератора до электротермической установки составляет величину порядка т сет 0,80 0,85.  [c.241]

Для гидроэлектростанций вопрос решается однозначно в пользу передачи электроэнергии. Передача же электроэнергии, вырабатываемой па тепловых электростанциях, обходится в ряде случаев дороже, чем транспортирование угля, имеющего высокую энергоемкость (теплоту сгорания). Еще выгоднее транспортировать на дальние расстояния нефть и природный газ. С другой стороны, большой экономический эффект дает строительство тепловых электростанций у крупных месторождений дешевого малоэнергоемкого угля с передачей электроэнергии в энергетические системы [29, 104, 108]. При этом следует учитывать и капитальные затраты. Например, с учетом стоимости постройки линий электропередач и потерь электроэнергии (на линиях, в трансформаторах, в устройствах стабилизации и регулирования режима) стоимость передачи 150 МВт на 400 км равна половине стоимости постройки тепловой электростанции той же мощности.  [c.102]

Уже первые трансформаторы и генераторы однофазного переменного тока, обладавшие достаточно высокими эксплуатационными параметрами, позволили осуществить в 1884 г. пробные передачи электроэнергии на расстояние. Важным событием в истории освоения техники переменных токов стала первая крупная электростанция однофазного тока, построенная в 1885 г. в Дентфорде (близ Лондона) для освещения улиц в западной части города мощность 1000 кВт, расстояние передачи 12 км при напряжении 10 кВ. Крупные станции однофазного переменного тока в 1887 г. были построены в России в Одессе и Царском Селе.  [c.59]

Все энергетические системы — это системы т р е х ф аз -ного переменного тока, получившего развитие после изобретения выдающимся русским инженером М. О. Доливо-Добровольским в 1889—1900 гг. трехфазных генераторов и трехфазных трансформаторов. Трехфазный ток в совокупности с трехфазными асинхронными двигателями, также изобретенными Доливо-Добровольским, оказался наиболее удобным для передачи электроэнергии на далекие расстояния и широкого внедрения ее в промышленность.  [c.265]

---

Как происходит подача электроэнергии в наши дома

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

Что еще важно знать

Также хотелось пару слов сказать о моментах, которые пересекаются с этим вопросом. Во-первых, уже достаточно долго проводятся исследования на тему того, как осуществить передачу электроэнергии без проводов.

Существует множество идей, но самым перспективным на сегодняшний день решением является использование беспроводной технологии WI-Fi.

Учёные из Вашингтонского университета выяснили, что этот способ вполне реален и приступили к более подробному исследованию вопроса.

Во-вторых, на сегодняшний день по ЛЭП передается переменный ток, а не постоянный.

Это связано с тем, что преобразовательные устройства, которые сначала выпрямляют ток на входе, а потом снова делают его переменным на выходе, имеют достаточно высокую стоимость, что экономически не целесообразно.

Однако все же пропускная способность линий электропередач постоянного тока в 2 раза выше, что также заставляет думать над тем, как ее более выгодно осуществить.

Вот мы и рассмотрели схему передачи электричества от источника к дому. Надеемся, вам стало понятно, как передается электроэнергия на расстоянии к потребителям и почему для этого используют высокое напряжение.

Будет интересно прочитать:

Электрический ток, откуда он берется и как добирается до наших домов?

Дороги и тропинки эти отнюдь не просты, порой извилисты и многократно меняют направление, но знать, как они выглядят – обязанность каждого культурного человека XXI века.

Века, облик которого во многом определяет покорившаяся нам электроэнергия, которую мы научились преобразовывать так, чтобы были удовлетворены все наши потребности – как в промышленности, так и в частном пользовании. Ток в проводах линий электропередач и ток в батарейках наших гаджетов – очень разные токи, но они остаются все тем же электричеством.

Какие усилия приходится прилагать электроэнергетикам, инженерам, чтобы обеспечить мощнейшие токи сталеплавильных заводов и маленькие, крошечные токи, допустим, наручных часов? Сколько работы приходится проделывать всем тем, кто поддерживает систему преобразований, передачи и распределения электроэнергии, какими такими методами обеспечена стабильность этой системы? Чем «Системный Оператор» отличается от «Федеральной Сетевой Компании», почему обе этих компании были, есть и будут в России не частными а государственными?

Вопросов очень много, ответы на них надо знать, чтобы более менее представлять, зачем нам так много энергетиков и чем же они, грубо говоря, занимаются? Мы ведь настолько привыкли, что с электричеством в домах и в городах все в полном порядке, что про электроинженеров вспоминаем только тогда, когда что-то вдруг перестает работать, когда мы выпадаем из зоны привычного уровня комфорта. Темно и холодно – вот только тогда мы с вами и говорим об энергетиках, причем говорим такие слова, которые мы печатать точно не будем.

Мы уверены, что нам откровенно повезло – взяться за эту не простую, нужную, да еще и огромную тему согласился настоящий профессионал. Просим любить и жаловать – Дмитрий Таланов, Инженер с большой буквы.

Знаете, есть такая страна – Финляндия, в которой звание инженера настолько значимо, что в свое время ежегодно издавался каталог с перечнем специалистов, его имеющих.

Хотелось бы, чтобы и в России когда-нибудь появилась такая славная традиция, благо в наш электронно-интернетный век завести такой ежегодно обновляемый каталог намного проще.

Статья, которую мы предлагаем вашему вниманию по инженерному коротка, точна и емка. Конечно, обо всем, что написал Дмитрий, можно рассказать намного подробнее, и в свое время наш журнал начал цикл статей о том, как в XIX веке происходило покорение электричества.

Георг Ом, Генрих Герц, Андре-Мари Ампер, Алессандро Вольт, Джеймс Ватт, Фарадей, Якоби, Ленц, Грамм, Фонтен, Лодыгин, Доливо-Добровольский, Тесла, Яблочков, Депрё, Эдисон, Максвелл, Кирхгоф, братья Сименсы и братья Вестингаузы – в истории электричества много славных имен, достойных того, чтобы мы о них помнили. В общем, если кому-то хочется припомнить подробности того, как все начиналось, милости просим, а статья Дмитрия – начало совсем другой истории. Очень надеемся, что она вам понравится, а продолжение статей Дмитрия Таланова мы увидим в самое ближайшее время.

Уважаемого Дмитрия от себя лично – с дебютом, ко всем читателям просьба – не скупитесь на комментарии!

Что такое электрический ток, откуда он берется и как добирается до наших домов?

Для чего нам электроэнергия и насколько она помогает нам жить, может узнать каждый, обведя критическим взглядом свое жилище и место работы

Первое, что бросается в глаза, это освещение. И верно, без него даже 8-часовой рабочий день превратился бы в муку.

Добираться до работы во многих мегаполисах и так небольшое счастье, а если придется это делать в темноте? А зимой так и в оба конца! Газовые фонари помогут на главных магистралях, но чуть свернул в сторону, и не видно ни зги.

Можно легко провалиться в подвал или яму. А за городом на природе, освещаемой только светом звезд?

Ночное освещение улицы,  pixabay.com

Удалять жару из офисов, куда с трудом добрался, без электричества тоже нечем. Можно, конечно, открыть окна и обвязать голову мокрым полотенцем, но надолго ли это поможет. Качающим воду насосам тоже нужно электричество, или придется регулярно ходить с ведром на ручную колонку.

Кофе в офисе? Забудьте! Только если всем сразу и не часто, чтобы дым от сгорающего угля не отравил рабочую атмосферу. Или за дополнительную денежку получать из соседнего трактира.

Отправить письмо в соседний офис? Надо взять бумагу, написать письмо от руки, затем ножками отнести его. На другой конец города? Вызываем курьера. В другую страну? А вы знаете, сколько это будет стоить? К тому же ответа не ждите ранее полугода из соседних стран и от года до пяти из-за океана.

Вернулись домой, надо зажечь свечи. Читать при них – мучение для глаз, поэтому придется заняться чем-то другим. А чем? ТВ нет, компьютеров нет, смартфонов – и тех нет, ибо нечем их запитать. Лежи на лавке и гляди в потолок! Хотя рождаемость точно повысится.

К этому следует добавить, что все пластмассы и удобрения сейчас получают из природного газа на заводах, где крутятся тысячи моторов, приводимых в движение всё тем же электричеством.

Отсюда список доступных удобрений сильно укорачивается до тех, которые можно приготовить из природного сырья в чанах, размешивая в них ядовитую жижу лопатками с ручным, водяным или паровым приводом.

Как результат, сильно сжимается объем производимых продуктов.

О пластмассах – забудьте! Эбонит – наше высшее счастье из длинного списка. А из металлов самым доступным становится чугун. Из медицины на сцену в качестве главного орудия снова выступают стетоскоп и быстро ржавеющий скальпель. Остальное канет в Лету.

Продолжать можно долго, но идея должна быть уже понятна. Нам нужно электричество. Мы можем выжить без него, но что это будет за жизнь! Так откуда же появилось это волшебное электричество?

Открытие электричества

Все мы знаем физическую истину, что ничто никуда бесследно не исчезает, а только переходит из одного состояния в другое. С этой истиной столкнулся греческий философ Фалес Милетский в VII веке до н. э.

обнаружив электричество как вид энергии, натирая кусок янтаря шерстью.

Часть механической энергии при этом перешла в электрическую и янтарь (на древнегреческом «электрон») электризовался, то есть приобрел свойства притягивать легкие предметы.

Этот вид электричества сейчас называют статическим, и он нашел себе широкое применение, в том числе в системах очистки газов на электростанциях.

Но в Древней Греции ему не нашлось применения и, если бы Фалес Милетский не оставил после себя записей о своих экспериментах, мы бы никогда не узнали, кто был тот первый мыслитель, заостривший свое внимание на виде энергии, являющейся едва ли не самой чистой среди всех, с которыми мы знакомы по настоящий день. Ею также наиболее удобно управлять.

Сам термин «электричество» – то есть «янтарность» – ввел в употребление Уильям Гилберт в 1600 году. С этого времени с электричеством начинают широко экспериментировать, пытаясь разгадать его природу.

Как результат, с 1600 по 1747 годы последовала череда увлекательных открытий и появилась первая теория электричества, созданная американцем Бенджамином Франклином. Он ввел понятие положительного и отрицательного заряда, изобрел молниеотвод и с его помощью доказал электрическую природу молний.

Далее в 1785 происходит открытие закона Кулона, а в 1800 году итальянец Вольта изобретает гальванический элемент (первый источник постоянного тока, предшественник нынешних батарей и аккумуляторов), представлявший собой столб из цинковых и серебряных кружочков, разделённых смоченной в подсоленной воде бумагой. С появлением этого, стабильного по тем временам, источника электричества новые и важнейшие открытия быстро следуют одно за другим.

Майкл Фарадей, читающий рождественскую лекцию в Королевском институте. Фрагмент литографии,  republic.ru

В 1820 году датский физик Эрстед обнаружил электромагнитное взаимодействие: замыкая и размыкая цепь с постоянным током, он заметил цикличные колебания стрелки компаса, расположенной вблизи проводника. А в 1821 году французский физик Ампер открыл, что вокруг проводника с переменным электрическим током образуется переменное электромагнитное поле.

Это позволило уже Майклу Фарадею в 1831 году открыть электромагнитную индукцию, описать уравнениями электрическое и магнитное поле и создать первый электрогенератор переменного тока. Фарадей вдвигал катушку с проводом в намагниченный сердечник и в результате в обмотке катушки появлялся электрический ток.

Фарадей также придумал первый электродвигатель – проводник с электрическим током, вращающийся вокруг постоянного магнита.

Всех участников «гонки за электричеством» невозможно упомянуть в этой статье, но результатом их усилий явилась доказуемая экспериментом теория, детально описывающая электричество и магнетизм, в соответствии с которой мы производим сейчас всё, что требует электричества для своего функционирования.

Постоянный или переменный ток?

В конце 1880-х годов, еще до появления мировых стандартов на производство, распределение и потребление промышленной электроэнергии, разразилась битва между сторонниками использования постоянного и переменного тока. Во главе противостоящих друг другу армий встали Тесла и Эдисон.

Оба были талантливыми изобретателями. Разве что Эдисон обладал куда более развитыми способностями к бизнесу и к моменту начала «войны» успел запатентовать множество технических решений, в которых использовался постоянный ток (в то время в США постоянный ток являлся стандартом по умолчанию; постоянным называется ток, направление которого не меняется по времени).

Но была одна проблема: в те времена постоянный ток было очень трудно трансформировать в более высокое или низкое напряжение.

Ведь если сегодня мы получаем электроэнергию напряжением 240 вольт, а наш телефон требует 5 вольт, мы втыкаем в розетку универсальную коробочку, которая преобразует что угодно во что угодно в нужном нам диапазоне, используя современные транзисторы, управляемые крошечными логическими схемами с изощренным программным обеспечением. А что можно было сделать тогда, когда до изобретения самых примитивных транзисторов оставалось еще 70 лет? И если по условиям электрических потерь требовалось повысить напряжение до 100’000 вольт, чтобы доставить электроэнергию на расстояние 100 или 200 километров, любые столбы Вольта и примитивные генераторы постоянного тока оказывались бессильны.

Понимая это, Тесла выступал за переменный ток, трансформация которого в любые уровни напряжения не представляла труда и в те времена (переменным считается ток, величина и направление которого периодически меняются со временем даже при неизменном сопротивлении этому току; при частоте сети 50Гц это происходит 50 раз в секунду). Эдисон же, не желая терять патентные отчисления себе, развернул кампанию по дискредитации переменного тока. Он уверял, что этот вид тока особо опасен для всего живого, и в доказательство публично убивал бродячих кошек и собак, прикладывая к ним электроды, соединенные с источником переменного тока.

Эдисон проиграл битву, когда Тесла предложил за 399’000 долларов осветить весь город Буффало против предложения Эдисона сделать то же за 554’000 долларов.

В день, когда город осветился электричеством, полученным от станции, расположенной у Ниагарского водопада и вырабатывающей именно переменный ток, компания General Electric выкинула постоянный ток из рассмотрения в своих будущих бизнес-проектах, полностью поддержав своим влиянием и деньгами переменный ток.

Томас Эдисон (США), Рис.: cdn.redshift.autodesk.com

Может показаться, что переменный ток навсегда завоевал мир. Однако у него имеются наследственные болячки, растущие из самого факта переменности. Прежде всего это электрические потери, связанные с потерями в индуктивной составляющей проводов ЛЭП, которые используются для передачи электроэнергии на большие расстояния.

Эти потери в 10-20 раз превышают возможные потери в тех же самых ЛЭП в случае протекания по ним постоянного тока.

Плюс сказывается повышенная сложность синхронизации узлов энергосистемы (для пущего понимания, скажем, отдельных городов), ведь для этого требуется не только выровнять напряжения узлов, но и их фазу, ибо переменный ток представляет собой волну синусоиды.

Отсюда видна и значительно большая приверженность к «качаниям» узлов по отношению к друг другу, когда напряжение-частота начинают меняться вверх-вниз, на что обычный потребитель обращает внимание, когда у него в квартире мигает свет.

Обычно это предвестник конца совместной работы узлов: связи между ними рвутся и какие-то узлы оказываются с дефицитом энергии, что ведет к снижению в них частоты (т.е.

к снижению скорости вращения тех же электродвигателей и вентиляторов), а какие-то с избытком энергии, приводящем к опасному повышению напряжения по всему узлу, включая наши розетки с подключенными к ним устройствам. А при достаточно большой длине ЛЭП, что, к примеру, критично для РФ, начинают проявляться и другие портящие настроение электрикам эффекты.

Не вдаваясь в детали, можно указать, что передавать электроэнергию переменного тока по проводам на сверхдальние расстояния становится трудно, а иногда и невозможно. Для сведения, длина волны частотой 50 Гц составляет 6000 км, и при приближении к половине этой длины – 3000 км – начинают сказываться эффекты бегущих и стоячих волн плюс эффекты, связанные с резонансом.

Эти эффекты отсутствуют при использовании постоянного тока. А значит, повышается стабильность работы энергосистемы в целом.

Принимая это во внимание, а также то, что компьютеры, светодиоды, солнечные панели, аккумуляторы и многое другое используют для своей работы именно постоянный ток, можно заключить: война с постоянным током еще не проиграна.

Современным преобразователям постоянного тока на любые используемые сегодня мощности и напряжения осталось совсем немного, чтобы сравняться в цене с привычными человечеству трансформаторами переменного тока. После чего, видимо, начнется триумфальное шествие по планете уже постоянного тока.

 itc.ua

Как происходит подача электроэнергии в наши дома | Инвертор, преобразователь напряжения, частотный преобразователь

Подача электроэнергии в многоквартирные и личные дома.

Электроэнергия вырабатывается на электростанции, дальше передается по ВЛЭП (высоковольтные полосы электропередач), позже попадает на городские и районные РЭС.

После РЭС электричество попадает на ТП (трансформаторные подстанции), где снижается до нужных нам 380/220 Вольт. И вот эти самые 380/220 вольт мы и получаем в конечном итоге у себя дома. Вот последнюю ступень мы и разглядим более тщательно.

На трансформаторной подстанции происходит снижение напряжения с 6кВ либо10кВ, зависимо от трансформатора, до 380В/220В. В трансформаторной подстанции, как и в обычном трансформаторе, есть две части- высочайшая и низкая.

Дальше, от трансформаторной подстанции под землей к дому прокладывают кабеля. Обычно, прокладывают два кабеля — основной и запасный, на случай аварии. В доме находится ГРЩ (главный распределительный щит) либо ВРУ (вводно-распределительное устройство).

В этажных распределительных щитах находятся приборы учета электроэнергии, автоматические выключатели. Зависимо от проекта, в щите на каждую квартиру предвидено два и поболее автоматических выключателя.

В ближайшее время, многие, делая ремонт в квартире, создают полную подмену проводки.

Для более комфортного и неопасного эксплуатирования электроприборов, устанавливают в квартире собственный, отдельный щит, где происходит рассредотачивание всей нагрузки через большее количество автоматов.

В таком случае, в этажном распределительном щите остается только доучетный автомат соответственного номинала и прибор учета (счетчик).

Подача электроэнергии в личный сектор происходит малость по другой схеме. Если в городских критериях все коммуникации (кабеля) проводят под землей, то сельской местности, почти всегда, питание трансформаторных подстанций осуществляется по ЛЭП.

На трансформаторы подается высокое- 6(10) кВ напряжение, дальше по проводам на личный сектор от трансформатора уходит уже низкое (относительно)-380/220В напряжение.

Приблизительно так смотрится схема подачи электроэнергии в наши дома.

Как электричество попадает в дом

Как электричество попадает в наши дома и квартиры? В этой статье  доступно простым языком, рассмотрена схема энергоснабжения частного дома и квартиры в многоэтажном доме. Рассмотрим две типовых схемы подачи электроэнергии в наши дома и квартиры.

1. Типовая схема подачи электроэнергии в частный дом.

В частном секторе электроэнергия от трансформаторной подстанции по воздушным линиям электропередач подается к домам потребителей.

От линии электропередач электроэнергия по проводам подается на герметичный бокс, который устанавливается на столбе или на фасаде дома. В боксе устанавливается вводной автоматический выключатель, к которому подключаются провода от воздушной линии.

После вводного автомата устанавливается прибор учета электроэнергии — электрический счетчик. Бокс пломбируется от возможности постороннего доступа энерго-обслуживающей организацией.

От бокса со счетчиком электроэнергия по кабелю подается в дом, где обычно устанавливают внутренний электрический щит.

В этом электрощите устанавливаются аппараты защиты: автоматические выключатели, устройства защитного отключения (УЗО) и другие модульные устройства.  К ним подключаются различные группы потребителей: электроплиты, водонагреватели, кондиционеры, розетки для подключения приборов, светильники.

Автоматические выключатели защищают цепи потребителей от токов короткого замыкания и перегрузок, а также позволяют при необходимости отключить конкретную электрическую цепь для проведения ремонтных работ.

2. Схема подачи электроэнергии в многоэтажных домах.

В многоэтажных домах подача электроэнергии происходит немного по другой схеме.

От трансформаторной подстанции электроэнергия подается к главному распределительному щиту ГРЩ здания, который обычно устанавливается в щитовой здания. Электрические кабели обычно прокладывают под землей.

От главного распределительного щита питающие кабели заводятся в каждый подъезд и по специальным этажным стоякам подводятся к этажным распределительным щитам, которые устанавливаются на каждом этаже в этажных коридорах.

В этажных распределительных щитах устанавливаются вводные автоматические выключатели и счетчики электроэнергии отдельно на каждую квартиру. Количество счетчиков такое же, как и количество квартир на этаже.

Групповые автоматические выключатели могут устанавливаться как в этажном распределительном щите, так и в отдельно вынесенном квартирном электрощите, который чаще всего устанавливается в прихожей квартир.

В общем случае схема электрической сети квартиры или дома будет выглядеть, как на схеме ниже.

• Электроэнергия от внешней электросети подается на вводной автоматический выключатель.
• После него подключается счетчик электроэнергии.
• После счетчика подключаются групповые автоматические выключатели, через которые подключаются потребители — бытовые приборы: электроплиты, водонагреватели, кондиционеры, светильники и др.
• Для большей наглядности посмотрите видео: Как электроэнергия попадает в дома и квартиры.
• Интересные статьи по теме:
• Как выбрать квартирный электрощит?
• Электрощит своими руками.
• Автоматические выключатели УЗО дифавтоматы — подробное руководство.
• Номиналы групповых автоматов превышают номинал вводного?
• Работа УЗО при обрыве нуля.
• Почему УЗО выбирают на ступень выше?
• Почему в жару срабатывает автоматический выключатель?
• Менять ли автоматический выключатель, если его «выбивает»?

Как электричество попадает к нам в дом. От электростанции до квартиры

Электроэнергия является неотъемлемой частью нашей жизни. Каждый день мы, не задумываясь, используем множество бытовых электроприборов, не говоря уже о производстве. А откуда берется так необходимая нам электроэнергия? Ответ на этот вопрос знают даже дети: ее производят электростанции.

А вот как она поступает от электростанции к нам, потребителям, знают не все. На этот вопрос мы постараемся ответить в нашей статье. Итак, начнем с электростанций. Все знают основные виды электростанций: АЭС, ГЭС, ТЭС.

Многие наверняка слышали о существовании дизельных генераторных установок и миниэлектростанций, которые все чаще используются на строительных площадках, в качестве защиты от обесточивания в больницах, а также могут обеспечить электроэнергией частный дом и т. д. В Европе для получения электроэнергии используют также энергию ветра и солнечную энергию.

Ученые всего мира также работают над альтернативными видами электроэнергии, такими как реакция синтеза, электростанции на биомассе. В нашей стране на сегодняшний день основными источниками электроэнергии являются АЭС, ГЭС и ТЭС. Более половины электроэнергии производят тепловые электростанции.

Чаще всего такие электростанции располагаются в местах добычи топлива. В городах могут также использоваться теплоэлектроцентрали, которые обеспечивают город не только электроэнергией, но и горячей водой и теплом. Наиболее дешевую электроэнергию производят гидроэлектростанции. Атомные электростанции – наиболее современные.

Одним из важнейших преимуществ является тот факт, что они не привязаны к источнику сырья, а, следовательно, могут быть размещены практически в любом месте. АЭС также не загрязняют окружающую среду, при условии учета всех природных факторов и выполнения требований к их постройке.

Но вот у нас есть электростанция, которая производит электроэнергию. Что же происходит дальше? А дальше электроэнергия с электросъёмных шин и кабелей подаётся в электрическую часть электростанции, которая бывает открытого, закрытого и комбинированного типа.

В электрочасти находится диспетчерский пункт управления электростанцией, автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП), коммутационные аппараты, релейная защита, контрольно — измерительные приборы и сигнализации, высоковольтные повышающие и понижающие трансформаторы, высоковольтные выключатели, сборные шины и автотрансформаторы.

После преобразования энергии электричество подаётся на высоковольтную линию электропередач (ВЛЭП). Линии электропередач, предназначенные для транспортировки электроэнергии на большие расстояния, должны иметь большую пропускную способность и малые потери, и состоят из проводов, опор, крепёжной арматуры, грозозащитных тросов, а также вспомогательных устройств.

По своему назначению ЛЭП подразделяются на сверхдальние, магистральные и распределительные. Основными элементами воздушных линий электропередач являются металлические опоры, которые устанавливаются на определенном расстоянии друг от друга. Они бывают анкерными, промежуточными и угловыми.

Анкерные опоры устанавливают в начале и конце линии электропередач, а также в местах перехода инженерных сооружений или естественных преград. Промежуточные опоры устанавливаются на прямых участках и предназначены для поддержки проводов с допустимым провисанием 6-8 метров в населённой местности, и 5-7 метров — в не населённой.

Угловые опоры устанавливаются на углах поворота линии электропередач. Специальные транспозиционные опоры устанавливаются для изменения порядка расположения проводов на опорах, а так же для ответвления проводов от магистральной линии ВЛЭП.

Для передачи электроэнергии в высоковольтных линиях электропередач применяются неизолированные провода, изготовленные из алюминия и сталеалюминия следующих марок: АН, АЖ, АКП (алюминиевые) и ВЛ, АС, АСКС, АСКП, АСК (сталеалюминевые).

Провода к опорам крепятся при помощи поддерживающих или натяжных изоляторов, которые монтируются на опору подвесным способом, и крепёжной арматуры. В свою очередь изоляторы бывают фарфоровые, с покрытием из глазури, стеклянные, из закалённого стекла, и полимерные, из специальных пластических масс. Для защиты линии электропередач от молнии на опорах натягиваются грозозащитные тросы, устанавливаются разрядники, а опоры заземляются. Так как линия обычно тянется на большое расстояние, то во избежание потерь напряжения используются промежуточные подстанции с повышающими трансформаторами.

Для дальнейшего распределения электроэнергии к магистральным ВЛЭП подключаются распределительные подстанции, которые в свою очередь раздают электроэнергию на понижающие подстанции. При распределении электроэнергии от подстанции к КТП может использоваться 2 типа прокладки кабелей: воздушный и под землей.

При воздушной прокладке обычно используют алюминиевые или сталемедные неизолированные провода, которые подвешиваются на опорах. При подземной прокладке используется силовой кабель с медными или алюминиевыми токопроводящими жилами и броней, которая обеспечивает надежную защиту от механических воздействий.

К кабелям такого типа относятся марки, предназначенные для эксплуатации на напряжение до 35 кВ, например АСБл или СБЛ (6-10 кВ), ПвПБВ или АПвПгТ (10-35 кВ).

Если трансформаторная подстанция находится на большом расстоянии, то использование силового кабеля будет экономически не выгодным, в таком случае используется воздушная прокладка.

От понижающей подстанции по линиям электропередач энергия распределяется между КТП, которые разделяются на мачтовые и киосковые (проходные и тупиковые). Комплектные трансформаторные подстанции осуществляют понижение напряжения с 10(6) до 0,4 кВ переменного тока частотой 50 Гц и предназначены для подачи электроэнергии в частные дома, отдельные населенные пункты или небольшие промышленные объекты. В мачтовых трансформаторных подстанциях ввод и вывод кабеля осуществляется при помощи воздушных линий. КТП киоскового типа служат для тех же целей, но устанавливаются в простейшую бетонную площадку и имеют серьезное преимущество – они позволяют осуществлять ввод и отвод, как воздушным путем, так и под землей.

Для отвода воздушных линий используется самонесущие алюминиевые изолированные провода СИП, которые подвешиваются на деревянных или бетонных опорах при помощи монтажной арматуры.

Такой способ прокладки распределительной линии используется в частных секторах, гаражных кооперативах или там где необходимо запитать большое количество потребителей находящихся на некотором расстоянии друг от друга.

Для прокладки подземных линий используется силовой кабель с алюминиевыми или медными жилами, с изоляцией из различных материалов, экранированный, бронированный, с защитным покровом или без него. В зависимости от способа прокладки могут использоваться различные марки кабеля.

Для прокладки в специальных двустенных гофрированных трубах могут использоваться силовые кабели без защитного покрова и брони, такие, как АВВГ или ВВГ. Для прокладки в траншеях используются кабели с броней и защитными покровами, которые имеют хорошую защиту от физического и механического воздействия.

Это такие кабели как АВБбШв и ВБбШв (с броней и защитным покровом) или АВВБГ и ВВБГ (с броней без защитного покрова). Кроме того, в зависимости от характера блуждающих токов, могут использоваться силовые кабели с различными видами экранов, которые предназначены для прокладки, как в траншеях, так и в защищенных трубах. К таким кабелям относятся марки АПвЭгП или АПвАШв.

От трансформаторной подстанции электроэнергия по выбранным проводам передается на распределительные пункты, которые находятся в специально отведенных для этого комнатах (щитовых).

В щитовых устанавливаются распределительные устройства, которые не только обеспечивают передачу электроэнергии в квартиры, но также осуществляют запитку этажного и аварийного освещения, лифтов, систем вентиляции, кондиционирования и систем безопасности.

Распределение от электрощитовой до этажных щитов, осуществляется при помощи кабелей, которые согласно условиям пожарной безопасности должны не распространять горение и иметь низкие показатели дымо и газовыделения. К таким маркам кабелей можно отнести АВВГнг-LS (алюминиевые токопроводящие жилы), ВВГнг-LS (медные жилы).

Для прокладки магистральной линии используется лоток лестничный и специальные крепежные скобы, которые обеспечивают сохранность кабеля на весь срок службы. Кроме того, для подвода питания от щитовой на этажные щиты может применяться шинопровод, который имеет ряд плюсов по сравнению с кабельной магистральной линией.

К ним можно отнести удобство монтажа (секции без особых проблем собираются и монтируются в нишу), меньшие габариты по сравнению с кабельной линией (секции состоят из медных или алюминиевых шин, которые зачищены металлическим корпусом), удобство дальнейшей эксплуатации. И, наконец, от этажных щитов электроэнергия поступает на счетчик либо щит учетно-распределительный щит квартиры.

 

Передача электроэнергии

Передача электрической энергии — технология передачи энергии от мест генерирования к местам потребления. Передача электроэнергии осуществляется посредством электрических сетей, в состав которых входят преобразователи, линии электропередачи и распределительные устройства.

История

Линии электропередач в Германии

Возможность передачи электроэнергии на расстояние впервые обнаружил Стивен Грей в 1720-е годы. В опытах Грея заряд передавался по шёлковому проводу на расстояние до 800 футов[1]

До конца XIX века электричество использовалось только поблизости от мест генерации. Это, в свою очередь, ограничивало степень использования доступных ресурсов, так как большие мощности для местного производства не требовались.

С изобретением электрического освещения необходимость передачи электричества на большие расстояния стало актуальной проблемой, так как освещение требовалось в первую очередь в крупных городах, удалённых от источников энергии[2].

В 1873 году Фонтен впервые продемонстрировал генератор и двигатель постоянного тока, связанные проводом длиной 2 км. В 1874 году Ф. А. Пироцкий осуществил передачу электроэнергии мощностью 6 л. с.

на расстояние 1 км, а в 1876 году повторил опыт, используя в качестве проводника рельсы Сестрорецкой железной дороги длиной 3,5 км. В конце 1870-х — начале 1880-х Д. А. Лачинов показал, что потери энергии при передаче имеют обратную зависимость от напряжения, а П. Н. Яблочков и И. Ф.

Усагин создали первые трансформаторы, что позволило Усагину на Всероссийской выставке в Москве в 1882 году продемонстрировать первую высоковольтную систему передачи электроэнергии, включавшую повышающий и понижающий трансформаторы и линию электропередачи.

В том же году на Мюнхенской выставке опыт передачи постоянного электрического тока напряжением до 2000 В на расстояние 60 км продемонстрировал Марсель Депре, при этом потери составили 78 %[2].

Прорывом в передаче электроэнергии на большие расстояния стал опыт М. О. Доливо-Добровольского на международной электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне в 1891 году, в ходе которого энергия от установки на реке Неккар в городе Лауффен была передана во Франкфурт по трёхфазной линии на 175 км.

Энергия передавалась при напряжении 15200 В, преобразование осуществлялось с помощью трёхфазных трансформаторов. КПД линии достигал 80,9 %, а передаваемая мощность — более 100 л. с., использованных для работы электрического двигателя и освещения. Опыт способствовал внедрению трёхфазного переменного тока и высоковольтных систем передачи.

К 1910 году в США появились первые линии 110 кВ, в 1923 — 220 кВ, в то же время началось внедрение высоковольтных линий в Европе[2].

Передачи энергии на постоянном токе, в первую очередь, по системе Тюри, имела некоторое распространение в начале XX века, в частности, функционировали линия в Батуми протяжённость 10 км и линия Мутье-Лион протяжённостью 180 км, но в конце концов они были демонтированы и заменены линиями переменного тока[2].

Схема передачи

В настоящее время применяются схемы передачи, в которые входят[3]:

• электрический генератор;
• повышающий трансформатор;
• линия электропередачи;
• понижающий трансформатор.

Схемы делятся на блочные, связанные и полусвязанные[4]

Классификация

По типу линии электропередач[5]:

• магистральные;
• межсистемные.{2}}{Z_{0}}}}
  • где

    U

    {displaystyle U}

    — напряжение, В;

    Z

    0

    {displaystyle Z_{0}}

    — волновое сопротивление, Ом.

  • Например, для линии 110 кВ пропускная способность составляет 30 МВт
  • Пропускную способность снижают потери энергии[8], другим ограничением является устойчивость параллельной работы синхронных машин, находящихся на концах линии[9].

  Примечания

  1. ↑ Храмов Ю. А. Грей Стефен (Gray Stephen) // Физики: Биографический справочник / Под ред. А. И. Ахиезера. — Изд. 2-е, испр. и дополн. — М.: Наука, 1983. — С. 91. — 400 с. — 200 000 экз. (в пер.)
  2. ↑ 1 2 3 4 Крачковский, 1953, с.

     6—12.

  3. ↑ Крачковский, 1953, с. 23—24.
  4. ↑ Крачковский, 1953, с. 24.
  5. ↑ 1 2 Крачковский, 1953, с. 22.
  6. ↑ Крачковский, 1953, с. 23.
  7. ↑ Крачковский, 1953, с. 27.
  8. ↑ Крачковский, 1953, с. 28.
  9. ↑ Крачковский, 1953, с. 31.

  Литература

  • Крачковский Н. Н. Передача электрической энергии на дальние расстояния / Отв. ред. академик А. В. Винтер. — М.: Издательство Академии наук СССР, 1953.
  • Герасименко А. А., Федин В. Т. Передача и распределение электрической энергии: Учебное пособие. — 2-е. — Ростов-на-Дону: Феникс, 2008. — 715 с. — (Высшее образование).

  См. также

  • Распределение электроэнергии

  Для улучшения этой статьи желательно: Проставить для статьи более точные категории. Добавить иллюстрации. Пожалуйста, после исправления проблемы исключите её из списка параметров. После устранения всех недостатков этот шаблон может быть удалён любым участником.

  Бесконтактная передача электричества по шинопроводу

  Управляемая бесконтактная передача электрической энергии на значительные расстояния давно волнует умы ученых и инженеров.

  В настоящее время бесконтактные системы передачи электроэнергии разработаны на основе использования:

  
  · Электромагнитной индукции.
  · Ультразвука.
  · Электростатической индукции.
  · Микроволнового излучения.
  · Лазерного излучения.
  · Электропроводности земного шара и ионизированных слоёв атмосферы.

  Все перечисленные системы передачи были опробованы и реализованы в экспериментальных образцах. У каждой из них имеются существенные ограничения, связанные с физическими процессами, лежащими в основе беспроводной передачи энергии.

  Базовыми ограничениями явились:

  
  · Малые расстояния между приёмной и передающей антенной; с увеличением расстояние КПД падает экспоненциально.
  · Опасность энергетических лучей для человека, животных, окружающей среды.
  · Низкое КПД.
  · Необходимость «прямой видимости» между антеннами передатчика и приёмника.
  · «Проклятие» антенны большого диаметра.
  · Непосильные затраты на сооружение башен для достижения ионизированных слоев атмосферы.

  Тем не менее, развитие промышленного производства требовало создание подвижных платформ, подъемников, кранов, робототехнических транспортных систем с электропитанием без проводов.

  Троллейные шинопроводы позволили решить многие задачи, но при этом питание осуществлялось по схеме — шинопровод — контактная тележка (токосъёмник) — кабель от контактной тележки до электропотребителя мобильного промышленного устройства.

  Троллейные шинопроводы подвержены загрязнениям, трущиеся элементы (щетки тележки и шины, соприкасающиеся с ними), изнашиваются.

  Необходимость принятия мер для обеспечения электробезопасности персонала от поражения электрическим током заставляет размещать троллейные шинопроводы на относительно большой высоте или в других недоступных местах. Соответственно, грузы часто приходится также перемещать на высоте. Это создает опасность для персонала получить физические травмы от упавших сверху грузов.

  На контактных троллейных шинах сложно создать схему путей с гибкой геометрией, которую можно перестраивать при изменении производственных маршрутов, используемых при изготовлении деталей и узлов, переносе мест их хранения.

  Контактные троллейные шины также опасны в атмосферах, содержащих горючие газы и взрывоопасные соединения: трудно полностью исключить образование искр между поверхностью шин и движущимся токосъёмником.

  Дополнительной проблемой является скорость движения (и ускорение) токосъемника. При увеличении скорости движения, росте ускорений при разгоне или торможении тележки, требования к механической прочности неподвижных и подвижных элементов троллейного шинопровода (а, значит, и их вес) быстро растут, а время до ремонта (замены) падает.

  В ответ на потребности в бесконтактной системе передачи электроэнергии корпорация Vahle GmbH & Co (далее Корпорация) создала линейку продуктов CPS^® — Contactless Power Systems, бесконтактная система питания, БСП.

  В действительности это не только бесконтактная система передачи электроэнергии, но бесконтактная система передачи данных о координатах, скорости, ускорении, состоянии мобильного устройства. Если её интегрировать с модулями программного обеспечения автоматизации промышленного предприятия, например, MES — системой, и (или) системой управления робототехническими средствами, получится «замкнутое» решение, включённое в среду автоматизации предприятия.

  В данной статье мы рассмотрим решения по бесконтактному питанию, и решения по передаче данных в рамках CPS.

  БСП не следует путать, например, с линейными двигателями, устанавливаемыми на монорельсовом транспорте. Задача БСП — доставить энергию на «борт» мобильного устройства. Там эта энергия будет использована по желанию разработчиков мобильного устройства — для зарядки аккумуляторов, снабжения энергией микропроцессоров, приведение в движение колес или сервоприводов и т.п.

  Для реализации БСП был выбран наиболее изученный и проверенный механизм передачи электроэнергии — электромагнитная индукция.

  Для справки: Андре Мари Ампер в 1820 году открыл закон (сейчас он носит его имя), что электрический ток приводит к возникновению электрического поля, в 1831 году Майкл Фарадей сформулировал закон индукции, важнейший закон электромагнетизма.

  Электрический трансформатор является самым первым устройством для беспроводной передачи энергии, рисунок 1, А). Первичная и вторичная обмотки трансформатора не связаны напрямую, но для эффективной передачи индуцированного магнитного поля используется замкнутый магнитопровод.

  Рисунок 1. Беспроводная передачи электроэнергии в трансформаторах с замкнутым магнитопроводом, А), и незамкнутым магнитопроводом Б), приёмные катушки (секции захвата) Vahle GmbH & Co U — образной формы, В), E — образной формы, Г), плоской формы, Д).

  Передача энергии осуществляется посредством процесса, известного как взаимная индукция. Основной функцией трансформатора является увеличение или уменьшение первичного напряжения.

  Но если отказаться от замкнутого магнитопровода, то электродинамическое индукционное взаимодействие двух обмоток сохранится. При этом КПД передачи энергии от первичной обмотки ко вторичной будет ниже.

  Тем не менее, бесконтактные зарядные устройства мобильных телефонов и электрических зубных щёток, являющиеся примерами использования принципа электродинамической индукции, используются уже несколько десятков лет. Эта техника, в частности, включена в состав стандарта беспроводной зарядки Qi. Корпорация Vahle сумела разработать решения для использования трансформаторов с открытым магнитопроводом для использования бесконтактной передачи данных в промышленных целях.

  Основным недостатком метода беспроводной передачи является крайне небольшое расстояние его действия. Приёмник должен находиться в непосредственной близости к передатчику для того, чтобы эффективно с ним взаимодействовать.

  Использование резонансной индукции увеличивает расстояние, на котором два контура — передающий и принимающий, могут взаимодействовать с приемлемой энергетической эффективностью. При резонансной индукции передатчик и приёмник должны быть настроены на одну частоту.

  КПД можно поднять за счет изменения формы волны входного переменного тока, т.е. использовать несинусоидальные волны.

  Большое значение имеет форма приёмной и передающей катушек.

  Корпорация Vahle в качестве передающей катушки использует кабель (шину) с множеством изолированных проводников и приемник (секцию захвата, pick — up) с незамкнутым магнитопроводом, рисунок 1, Б).

  Шина укладывается вдоль пути мобильного потребителя энергии.

  Приёмные катушки могут иметь U — образную форму, рисунок 1, В), E — образную форму, рисунок 1, Г), плоскую форму, рисунок, 1, Д).

  Приёмные катушки в составе захвата устанавливаются на мобильном потребителе.

  Основной недостаток бесконтактной передачи электроэнергии за чёт электромагнитной индукции — резкое падение КПД при увеличении воздушного зазора в магнитопроводе, на котором размещены первичная и вторичная обмотки. За счет выравнивания поверхности пола и стен в производственном помещении или поверхности производственного двора можно обеспечить небольшой воздушный зазор.

  Корпорация по понятным причинам не раскрывает детального устройство своей системы бесконтактной передачи электроэнергии, но общие принципы её работы понятны из предыдущих описаний. Корпорация утверждает, что КПД её БСП достигает 70%. Ниже мы рассмотрим параметры, характеризующие основные возможности CPS Vahle.

  Как работает передача электроэнергии в CPS^® — БСП

  Основные конструктивные элементы CPS показаны на рисунке 2.

  Рисунок 2. CPS^® — БСП для бесконтактных подвесных дорог.

  Для подвесных бесконтактных подвесных дорог параллельно с несущими рельсами мобильной кабины (платформы) устанавливается изолированная линия (шина) — первичная «растянутая катушка».

  На мобильной платформе устанавливается секция захвата U — образной или E — образной формы.

  На линию подается переменное напряжение частотой 20 кГц. Это напряжение получается за счёт использования частотного преобразователя, входящего в состав первичного инвертора, на вход которому подается трёхфазное напряжение 400 В частотой 50 Гц, см. рисунок 2.

  Фрагмент индуктивной подвесной дороги показан на рисунке 3.

  Рисунок 3. Фрагмент бесконтактной (индуктивной подвесной дороги.

  Инвертор

  Стойка инвертора показана на рисунке 4.

  В стойке инвертора устанавливаются:

  
  · Компенсатор. Обеспечивает согласование нагрузки (линейную компенсацию) от мобильных потребителей с мощностью, выдаваемой инвертором.
  · Развязывающий трансформатор.
  · Инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный с частотой 20 кГц.
  · Выпрямитель, преобразующий в постоянный ток трехфазный переменный ток 50 Гц, 500 В.
  · Сетевой фильтр, защищающий установленные за ним устройства от бросков напряжения и «вредных» гармоник, которые могут присутствовать во входном питании.

  Рисунок 4. Первичный инвертор VAHLE 45 кВА.

  Существуют два исполнения инверторов:

  
  · CPS-P1 — 10, выходная мощность Pn — 10 кВА.
  · CPS-P1 — 45, выходная мощность Pn — 45 кВА.

  В стойке в зависимости от потребностей заказчика, устанавливаются все остальные стационарные компоненты, например, сетевой фильтр, трансформатор развязки, компенсационные блоки, а также, если необходимо, устройства отключения и подключения линейных секций первичной линии.

  При температуре воздуха окружающей среды до 35 ^оС стойка с оборудованием, входящим в состав первичного инвертора, охлаждается встроенными вентиляторами. В тяжелых условиях эксплуатации может понадобиться замкнутый бокс — кондиционер, который либо обеспечивает заданные температурные границы, обеспечивающие работу инвертора, или, дополнительно к этому, изолирует оборудование инвертора от вредных химических соединений, присутствующих в окружающей среде.

  Выбранные напряжения первичной линии, частота 20 кГц и формы захватов обеспечивают минимизацию потерь электроэнергии при её бесконтактной передаче.

  Оборудование имеет все необходимые сертификаты различных электротехнических союзов, подтверждающие её электробезопасность и отсутствие вредного воздействия на человека и окружающую среду.

  Применение напольных транспортеров

  Если U — образные и E — захваты применяются для бесконтактных подвесных дорог, то для роботизированных тележек — транспортеров, роботизированных транспортных систем (РТС), предпочтительнее использовать плоские захваты.

  В этом случае первичная линия CPS размещается ниже поверхности пола и не препятствует перемещению другой техники и персонала. Кроме того, её трудно повредить, она не подвержена износу, вредным воздействиям и пр., что резко повышает срок её службы по сравнению с контактными троллейными шинопроводами.

  На рисунке 5 показан плоский захват и сенсор отслеживания маршрута, расположенные под РТС, выполненные на одной установочной панели.

  Рисунок 5. Плоский захват и сенсор отслеживания маршрута, расположенные под РТС.

  Условия прокладки первичной линии CPS показаны на рисунке 6.

  Рисунок 6. Условия прокладки первичной линии CPS под поверхностью пола для РТС с плоским захватом.

  CPS Vahle позволяет создать для РТС транспортные магистрали, содержащие стрелки, участки подъёма и спуска, переезды через секторы, температурные компенсационные зазоры в полу и т.п. Отдельные участки пути могут отключаться, например, для проведения технического обслуживания. Пример трассы для роботизированных транспортных средств показан на рисунке 7.

  Рисунок 7. Пример трассы для роботизированных транспортных средств.

  РТС, оборудованные бесконтактной системой электропитания, используются на сотнях предприятий во всём мире. Первичная линия укладывается по трассе в бетонный пол, так что другие транспортные средства, например, автопогрузчики могут свободно пересекать её. Можно организовать питание стрелок и отключение отдельных участков. Несколько РТС могут передвигаться по одному отрезку, при этом система обеспечит их бесперебойное электропитание необходимой мощности.

  Для электропитания двигателей постоянного тока с преобразователем частоты переменный ток, снятый с захвата, преобразуется в постоянный. Также вырабатывается низковольтное постоянное напряжение для питания сенсоров, используемых для управления движением и для блоков передачи и приёма данных, установленных на РТС. Если на РТС установлены аккумуляторные батареи, то они могут подзаряжаться как во время движения, так и на стоянках.

  Отсутствие контакта с токопроводом позволяет развивать тележкам скорость до 12 м/сек и не ограничивает их ускорение.

  Системы захвата

  Секция захвата обеспечивает индуктивный съем напряжения с первичной линии. Полный перечень выпускаемых корпорацией секций захвата можно найти в соответствующих каталогах. Здесь мы приведём описания нескольких характерных моделей.

  Плоские захваты для напольных транспортеров

  CPS -PS 08

  В зависимости от области применения могут быть выбраны соответствующие виды захватов.

  На рисунке 8 показан захват CPS -PS 08.

  Рисунок 8. Плоский захват CPS -PS 08.

  Захват устойчив к коротким замыканиям и перегрузкам.

  Размеры — 210×310×98 мм.

  Выходная мощность — 500 Вт.

  Выходное напряжение — 24 В постоянного тока или 24 — 27 В постоянного тока для заряда аккумуляторной батареи.

  CPS -PS 18

  На рисунке 9 показан захват CPS -PS 18.

  Рисунок 9. Плоский захват CPS -PS 18.

  Система захвата плоской конструкции. Электронная аппаратура регулирования встроена. Может использоваться, например, для установки на РТС.

  Размеры — 360×757×80 мм.

  Выходная мощность 2000 Вт.

  Выходное напряжение 560 В постоянного тока + 24 В постоянного тока.

  Для обслуживания больших мощностей можно устанавливать на одну тележку до трех таких систем захвата.

  CPS -PS 19 kompakt

  На рисунке 10 показан захват CPS -PS 19 kompakt.

  Рисунок 10. захват CPS -PS 19 kompakt.

  Мощный компактный захват.

  Удобен в применении в ограниченном пространстве.

  Размеры — 360×455×185 мм.

  Выходная мощность — 3000 Вт.

  Выходное напряжение — 560 В постоянного тока + 24 В постоянного тока.

  Для обслуживания больших мощностей можно устанавливать на одну тележку до трех таких систем захвата.

  U-образные системы захвата для подвесных дорог и других специальных применений

  Захваты U — образной формы охватывают первичную линию. Это позволяет повысить КПД устройства и снизить мощность электромагнитных помех.

  CPS — PU 11

  На рисунке 11 показан захват CPS — PU 11.

  Рисунок 11. Захват CPS — PU 11.

  Захват предназначен для работы с электронной аппаратурой внешних производителей.

  Несколько захватов могут быть соединены в группу для получения большей мощности.

  Размеры — 96×150×73 мм.

  Выходная мощность — 900 Вт.

  Выходное напряжение — 80 В переменного тока, не регулируется.

  CPS — PU 15

  На рисунке 12 показан захват CPS — PU 15.

  Захват поставляется со встроенной электронной аппаратурой регулирования.

  Рисунок 12. Захват CPS — PU 15.

  Несколько захватов могут быть соединены в группу для получения большей мощности.

  Размеры — 210×110×13 мм.

  Выходная мощность — 900 Вт.

  Выходное напряжение — 560 — 680 постоянного тока + 24 В постоянного тока.

  E-образные захваты для высоких нагрузок

  Е — образные захваты сконструированы для приёма высоких мощностей с напольных первичных линий. Применяются в транспортных системах обслуживания складов и мощных крановых установках.

  Захват Pick — Up CPS -PU 22

  На рисунке 13 показан захват Pick — Up CPS -PU 22 и электронный блок для управления им.

  Рисунок 13. Захват Pick — Up CPS -PU 22 и электронная аппаратура управления захватом.

  Захват применяется со специальной электронной аппаратурой регулирования, рисунок 13. Она подает электропитание на мобильные электроприемники, обслуживает вентиляторы, обеспечивает питание низковольтных устройств и сенсоров. К ней можно подключить до двух захватов.

  Размеры захвата — 420×250×322 мм.

  Выходная мощность 22 — 40 кВт.

  Выходное напряжение — 560 — 680 В постоянного тока + 24 В постоянного тока или 288 В постоянного тока + 24 В постоянного тока.

  На рисунке 14 показан пример «чистого» помещения с установленным подъёмником, для энергоснабжения которого используется решение корпорации VAHLE.

  Рисунок 14. Пример «чистого» помещения с установленным подъёмником, для энергоснабжения которого используется решение корпорации VAHLE.

  20.07.2017

  Передача электроэнергии на расстояние. Методические материалы

  Цифровой ресурс может использоваться для обучения в рамках программы средней школы (профильного и углубленного уровней).

  Компьютерная модель позволяет построить схему передачи электроэнергии от электростанции до конечного потребителя и проверить работу предложенной схемы при заданных пользователем параметрах.

  Краткая теория

  Передача электрической энергии от электростанций до больших городов или промышленных центров на расстояния тысяч километров является сложной научно-технической проблемой.

  Протекая по линиям электропередачи, ток нагревает их. В соответствии с законом Джоуля-Ленца, энергия, расходуемая на нагрев проводов линии, определяется формулой:

  где R – сопротивление линии. Потери энергии на нагрев снижают путем уменьшением тока в линии. Но, так как мощность тока пропорциональна произведению силы тока на напряжение, то для сохранения передаваемой мощности требуется повысить напряжение в линии передачи. Причем, чем длиннее линия передачи, тем выгоднее использовать более высокое напряжение. Поэтому на крупных электростанциях ставят повышающие трансформаторы. Для использования электроэнергии потребителями напряжение на концах линии нужно понизить. Это достигается с помощью понижающих трансформаторов. При этом обычно понижение напряжения и, соответственно, увеличение силы тока происходит в несколько этапов.

  Обычно линии электропередачи строятся в расчете на напряжение 400–500 кВ, при этом в линиях используется трехфазный ток частотой 50 Гц.

  Следует отметить, что при повышении напряжения в линиях передач увеличиваются утечки энергии через воздух. В сырую погоду вблизи проводов линии может возникнуть так называемый коронный разряд, который можно обнаружить по характерному потрескиванию. Коэффициент полезного действия линий передач не превышает 90 %.

  Работа с моделью

  Потери энергии в проводах не рассматриваются.

  Работа с моделью протекает в два этапа. На первом пользователь задает основные параметры схемы передачи электроэнергии (можно менять напряжение на выходе с электростанции, в высоковольтной и местной линиях электропередач).

  На втором этапе подбираются коэффициенты трансформации K₁, K₂ и K₃, требуемые для работы выбранной схемы. После выставления всех значений можно пронаблюдать результат эксперимента (кнопка ). При правильном выборе в доме конечного потребителя появляется свет, при неправильном – программа выдает сообщение об ошибочных параметрах. После нажатия кнопка переходит в вариант , предоставляющий пользователю возможность вновь перейти к выбору параметров эксперимента.

  Рекомендации по применению модели

  Данная модель может быть применена в качестве иллюстрации на уроках изучения нового материала в 11 классе по теме «Передача электроэнергии». На примере этой модели можно рассмотреть с учащимися принцип передачи электроэнергии от электростанции до потребителя, отработать решение задач по теме «Трансформатор».

  Пример планирования урока с использованием модели

  Тема «Передача и использование электроэнергии»

  Цель урока: рассмотреть принцип передачи электроэнергии на расстояние, повторить тему «Трансформатор» на примере решения задач.

  № п/п Этапы урока Время, мин Приемы и методы 1 Организационный момент 2 2 Проверка домашнего задания по теме «Трансформатор» 10 Индивидуальный опрос 3 Объяснение нового материала по теме «Передача и использование электроэнергии» 20 Объяснение нового материала с использованием модели «Передача электроэнергии на расстояние» 4 Решение задач по теме «Трансформатор» 10 Решение задач с использованием модели «Передача электроэнергии на расстояние» 5 Объяснение домашнего задания 3

  Таблица 1.

  Пример задания

  Каким должен быть:

  • трансформатор 1 (повышающим или понижающим)?
  • трансформатор 2?
  • трансформатор 3?

  Где при передаче электроэнергии напряжение самое большое? Что можно сказать о величине тока на этом участке?

  Выставьте минимальные (максимальные) значения напряжений на каждом участке линии электропередачи. Определите коэффициенты трансформации каждого трансформатора. Проверьте свои результаты на модели.

  Передача электроэнергии: существующие способы и разработки

  Результат повышения энергоэффективности при массовом внедрении

  Снижение себестоимости киловатт/часа за счет снижения  уровня невосполнимых потерь энергии в проводах

  Уникальность идеи

  Всем известно, что для прохождения электрического тока по проводам должен иметься замкнутый контур из двух проводов, по которым протекает ток. Или отдельный провод и заземление.

  Теоретически передача энергии по одному проводу невозможна. Однако, при передаче электроэнергии по методу Авраменко, ток протекает не по проводнику, а по его поверхности.

  В результате мощность передаваемой энергии никак не зависит от материала и толщины проводов. Она может быть очень малой, при этом проводники не нагреваются.

  При поверхностной передаче электроэнергии, толщина провода не имеет значения. А это значит, что проводник может иметь малую толщину. Так же не имеет значение материал, из которого сделан провод.

  Его не обязательно делать медным, он может быть из стали или другого токопроводящего материала. По сути, проводник служит указателем, куда нужно передать энергию. Но это все по заявлениям разработчиков. На самом деле эта теория не имеет научного объяснения.

  Но если представить, что это возможно, то перед мировой энергетикой открываются новые возможности:

  • Нет необходимости в громоздких опорах электропередач. Снижение капитальных затрат.
  • Отпадает необходимость использовать такое количество проводов. А это колоссальная экономия.
  • Отсутствие потерь в линиях электропередач. Увеличение пропускной способности.
  • Сведение до минимума аварийных ситуаций на линии. Отсутствие короткого замыкания и сокращение обрывов проводов.

  Все это приведет к снижению эксплуатационных затрат. И как следствие уменьшению стоимости электричества конечному потребителю.

  Параметры

  Главными конструктивными параметрами воздушной линии является длина пролета со стрелой проводного провеса, расстоянием от проводника до поверхности земли, покрытием пересекаемых дорожных линий и другим инженерным сооружением.

  Передача электроэнергии на расстояние

  Длина в промежуточном пролете — промежуток вдоль токовой линии, образующийся между несколькими смежными опорами. Длина пролета зависит от того, какой тип опор с маркой, проводным сечением и климатическим районным условием используется.

  Стрела проводного провеса — промежуток по вертикальной линии между линией, который соединяет крепежные проводные точки на несколько опор смежного типа и низшую провесную точку в пролете. Провес зависит от длины пролета.

  Габарит воздушной линии электропередач — наименьший промежуток расстояния по вертикали от проводника до земли, озера, связи, шоссейной или железной дороги. Его регламентируют правила установки электропередач. Он зависит от того, какое имеется напряжение в сети.

  Обратите внимание! Чтобы обеспечить нормальную работу и безопасное обслуживание воздушной линии, нужно при установке соответствовать установленным нормам. Так проводное расстояние должно быть не меньше шести метров в поселке до земли по вертикали. Расстояние от верха до низа может быть меньше на 3,5 метров или же на 1 метр. Промежуток по горизонтали от проводника до балкона, террасы, здания и глухих окон не меньше метра. Стоит указать, что электропередачи не проводятся над сооружениями.

  Параметры электропередачи

  Существующие меры поощрения, принуждения, стимулирования для внедрения предлагаемой технологии (метода) и необходимость их совершенствования

   На начальном этапе, как и всякой новой технологии, требуется определенная организационная поддержка.

  Представляется целесообразным обеспечить,  прежде всего, информационную поддержку в СМИ (газеты, телевидение, Интернет) с  наглядной демонстрацией экономических преимуществ предлагаемой технологии по сравнению с традиционной трехфазной системой  электроснабжения, особенно для удаленных от основных ЛЭП объектов (фермерских хозяйств, строительных площадок. телекоммуникационного оборудования, деревень и др.)

  Принцип передачи

  Передается электроэнергия благодаря возникновению и передачи тока. Он, в свою очередь, образуется благодаря напряжению. Мощность — это произведение показателя напряжения на электроток. Поэтому при увеличении напряжения, необходимо уменьшение передаваемого тока и уменьшения проводного сечения, которое нужно, чтобы передавать данную мощность и удешевить линию.

  Принцип передачи

  Способы электропередачи на дальние расстояния

  Осуществление передачи электрической энергии можно сделать при помощи прямой передачи и преобразования электричества в другую энергию. В первом случае электричество идет по проводниковым элементам, а именно проводу или токопроводящей среде. В воздушной или кабельной линии используется данный метод электропередачи.

  Обратите внимание! Благодаря преобразованию энергии в другую энергию открывается беспроводной способ снабжения потребителей. Из-за этого пользователи могут отказаться от электрической передачи и избавиться от монтажа и обслуживания.

  Стоит также указать, что передается электроэнергия благодаря индуктивной, резонансной индуктивной, емкостной, магнитодинамической связи, свч-излучению и оптическому излучению. При этом переносчиком всех этих способов является магнитное и электрическое поле, а также видимый свет с инфракрасным излучением и ультрафиолетовым излучением.

  Способы электропередачи

  Мифы и реальность

  В специальной литературе и на просторах интернета ведутся оживленные дискуссии, возможна ли однопроводная передача электричества к потребителю. Мнения разделились на два противоположных лагеря.

  Разберемся, где мифы и реальность. Изобретение Тесла доказывает возможность передачи электричества по одному проводнику. Однако, достоверных данных, подтверждающих это, нет. Поэтому вокруг изобретения существуют многочисленные догадки и слухи.

  Опыты нашего соотечественника доказывают, что однопроводная передача энергии возможна. При этом Авраменко не только доказал такую возможность, он создал установку, которая позволяет передавать электричество по одному проводу.

  Свое изобретение он открыл случайно, когда снимал нейлоновую рубашку возле выключенной настольной лампы. После случайного касания рубашкой лампы, она начала светиться.

  Длительные эксперименты позволили изобрести «вилку Авраменко». Она представляет собой два диода и конденсатор. Как показано на схеме:

  С ее помощью удавалось по одному проводу заряжать конденсатор, который питает нагрузку. В данном случае лампочку. Изначально применялся разрядник, в котором появлялись искры.

  Частота разряда зависела от номинала конденсатора. На основании своего изобретения, Авраменко собирает схему и демонстрирует передачу электричества по одному проводу.

  На рисунке снизу представлена схема однопроводной передачи электроэнергии:

  Она состоит из генератора частотой 8 кГц, катушки, провода. Причем в опытах применялся не медный, а вольфрамовый провод. Во время опыта он не нагревался и не светился. Приемным элементом выступала «вилка Авраменко», к которой подсоединена нагрузка.

  В этом случае электричество передается не по проводнику, а по поверхности провода. Поэтому он может быть очень тонким. Ограничение заключается в механической прочности. Он должен выдерживать атмосферные осадки и порывы ветра.

  При такой подаче напряжения, провода не нагреваются. А это значит, что потери на большие расстояния будут незначительными. А поражение электрическим током человека, если он прикоснется к оголенному проводу, исключено. Т.к. в проводе отсутствует ток.

  Кроме того, проводились опыты с перегоревшими лампами накаливания. При включении в сеть они загорались.

  Использование схемы Авраменко позволяет исключить потери на нагрев проводов, что составляет 10-15%. При передаче электроэнергии традиционным способом, плотность тока составляет всего 6-7 А/мм2, а передача энергии по однопроводной линии позволяет увеличить этот показатель до 428 А/мм2 и это при мощности 10 кВт.

  По схеме Авраменко были созданы многочисленные схемы с применением трансформатора. Например, как показано на рисунке снизу:

  Где генератор ВЧ собран на транзисторе. Это открытие должно было перевернуть всю электро индустрию. Несмотря на высокий КПД установки и очевидные выгоды, этого не произошло.

  Кроме этого Авраменко доказал, что для однопроводной передачи напряжения, совершенно не обязательно применять металлические провода. В качестве волновода можно использовать луч лазера, оптоволокно, электронные лучи, трубопроводы и т.д.

  Т.е. для передачи энергии можно использовать любую изолированную токопроводящую среду. А это в свою очередь дает возможность изобрести многочисленные машины, где применяется этот эффект. Но это будущее.

  Способы передачи электроэнергии

  Осуществить передачу электроэнергии можно двумя способами:

  • Методом прямой передачи.
  • Преобразуя электричество в другой вид энергии.

  В первом случае электроэнергия передается по проводникам, в качестве которых выступает провод или токопроводящая среда. В воздушных и кабельных ЛЭП применяется именно этот метод передачи. Преобразование электричества в другой вид энергии открывает перспективы беспроводного снабжения потребителей. Это позволит отказаться от линий электропередач и, соответственно, от расходов, связанных с их монтажом и обслуживанием. Ниже представлены перспективные беспроводные технологии, над совершенствованием которых ведутся работы.

  Технологии беспроводной передачи электричества

  К сожалению, на текущий момент возможности транспортировки электричества беспроводным способом сильно ограничены, поэтому об эффективной альтернативе методу прямой передачи говорить пока рано. Исследовательские работы в этом направлении позволяют надеяться, что в ближайшее время решение будет найдено.

  Схема передачи электроэнергии от электростанции до потребителя

  Ниже на рисунке представлены типовые схемы, из которых первые две относятся к разомкнутому виду, остальные — к замкнутому. Разница между ними заключается в том, что разомкнутые конфигурации не являются резервированными, то есть, не имеют резервных линий, которые можно задействовать при критическом увеличении электрической нагрузки.

  Пример наиболее распространенных конфигураций ЛЭП

  Обозначения:

  1. Радиальная схема, на одном конце линии находится электростанция производящая энергию, на втором — потребитель или распределительное устройство.
  2. Магистральный вариант радиальной схемы, отличие от предыдущего варианта заключается в наличии отводов между начальным и конечным пунктами передачи.
  3. Магистральная схема с питанием на обоих концах ЛЭП.
  4. Кольцевой тип конфигурации.
  5. Магистраль с резервной линией (двойная магистраль).
  6. Сложнозамкнутый вариант конфигурации. Подобные схемы применяются при подключении ответственных потребителей.

  Теперь рассмотрим более подробно радиальную схему для передачи вырабатываемой электроэнергии по ЛЕП переменного и постоянного тока.

  Рис. 6. Схемы передачи электроэнергии к потребителям при использовании ЛЭП с переменным (А) и постоянным (В) током

  Обозначения:

  1. Генератор, где вырабатывается я электроэнергия с синусоидальной характеристикой.
  2. Подстанция с повышающим трехфазным трансформатором.
  3. Подстанция с трансформатором, понижающим напряжение трехфазного переменного тока.
  4. Отвод для передачи электироэнергии распределительному устройству.
  5. Выпрямитель, то есть устройство преобразующее трехфазный переменный ток в постоянный.
  6. Инверторный блок, его задача сформировать из постоянного напряжение синусоидальное.

  Как видно из схемы (А), с источника энергии электричество подается на повышающий трансформатор, затем при помощи воздушных линий электропередач производится транспортировка электроэнергии на значительные расстояния. В конечной точке линия подключается к понижающему трансформатору и от него идет к распределителю.

  Метод передачи электроэнергии в виде постоянного тока ( В на рис.6) от предыдущей схемы отличается наличием двух преобразовательных блоков (5 и 6).

  Закрывая тему раздела, для наглядности приведем упрощенный вариант схемы городской сети.

  Наглядный пример структурной схемы электроснабжения

  Обозначения:

  1. Электростанция, где электроэнергия производится.
  2. Подстанция, повышающая напряжение, чтобы обеспечить высокую эффективность передачи электроэнергии на значительные расстояния.
  3. ЛЭП с высоким напряжением (35,0-750,0 кВ).
  4. Подстанция с понижающими функциями (на выходе 6,0-10,0 кВ).
  5. Пункт распределения электроэнергии.
  6. Питающие кабельные линии.
  7. Центральная подстанция на промышленном объекте, служит для понижения напряжения до 0,40 кВ.
  8. Радиальные или магистральные кабельные линии.
  9. Вводный щит в цеховом помещении.
  10. Районная распределительная подстанция.
  11. Кабельная радиальная или магистральная линия.
  12. Подстанция, понижающая напряжение до 0,40 кВ.
  13. Вводный щит жилого дома, для подключения внутренней электрической сети.

  Передача электроэнергии на дальние расстояния

  Основная проблема, связанная с такой задачей – рост потерь с увеличением протяженности ЛЭП. Как уже упоминалось выше, для снижения энергозатрат на передачу электричества уменьшают силу тока путем увеличения напряжения. К сожалению, такой вариант решения порождает новые проблемы, одна из которых коронные разряды.

  С точки зрения экономической целесообразности потери в ВЛ не должны превышать 10%. Ниже представлена таблица, в которой приводится максимальная протяженность линий, отвечающих условиям рентабельности.

  Таблица 1. Максимальная протяженность ЛЭП с учетом рентабельности (не более 10% потерь)

  Напряжение ВЛ (кВ)	Протяженность (км)
  0,40	1,0
  10,0	25,0
  35,0	100,0
  110,0	300,0
  220,0	700,0
  500,0	2300,0
  1150,0*	4500,0*

  * — на текущий момент ультравысоковольтная ВЛ переведена на работу с напряжением в половину от номинального (500,0 кВ).

  Перечень пилотных проектов

  заказчик	наименование работы	Передаваемая мощность
  ООО «Сургутгазпром»	Разработка комплекта оборудования для передачи электрической энергии по однопроводной линии станции катодной защиты и водозаборных сооружений	20 кВт
  Молодежное движение «НАШИ» Форум «Селигер 2006»	Разработка комплекта резонансного оборудования для уличного освещения длиной 120 м  Разработка комплекта резонансного оборудования для уличного освещения с питанием от солнечной батареи	0,21 кВт 0,033 кВт
  Молодежное движение «НАШИ» Форум «Селигер 2007»	Разработка комплекта резонансного оборудования для уличного освещения длиной 200 м  Разработка комплекта резонансного оборудования для уличного освещения с питанием от солнечной батареи	0,165 кВт 0,027 кВт
  ГУП ППЗ «Птичное»	Разработка комплекта оборудования для светодиодного освещения птицеводческих помещений с резонансной системой электропитания	0,08 кВт
  Научно –  производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н. А. Пилюгина»	Разработка системы резонансного электропитания питания узлов автоматики ракеты-носителя	1,0 кВт
  ЗАО «СевЕвродрайв»	Разработка модели беспроводного электроснабжения электромобиля	0.1 кВт
  Департамент науки и промышленной политики города Москвы	Разработка и внедрение системы уличного  светодиодного освещения на основе однопроводной резонансной системы передачи электроэнергии. Работа находится в стадии реализации(разработана конструкторская и техническая документация на систему).В 2011 г.планируется внедрить систему на территории г.Москвы.	5 кВт
  ОАО «Газпром»	Разработка технологических и нормативно-технических основ применения резонансной однопроводной системы передачи электроэнергии для электроснабжения оборудования систем  электрохимической защиты трубопроводов»  (п.34.Плана научных исследований Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина для ОАО “Газпром” на 2010-2013 годы, утвержденного Председателем Правления ОАО «Газпром» А.Б. Миллером от 08.12.2010 г. за № 01-126.). Договор находится в стадии подписания	5кВт

  Все работы были успешно выполнены и приняты заказчиком.

  Беспроводная передача

  Передать и распределить ток по потребителям без использования проводов, это реалии наших дней. Об этом способе впервые задумался и воплотил его в жизнь Никола Тесла. На сегодняшний день ведутся разработки в этом направлении. Основных способов всего 3.

  Катушки

  Катушками индуктивности является свернутый в спираль изолированный провод. Метод передачи тока состоит из 2 катушек, расположенных рядом друг с другом. Если подать электрический ток на одну из катушек, на второй появится магнитное возбуждение такого же напряжения. Любые изменения напряжения на катушке передатчике, изменятся на катушке приемнике. Подобный способ очень прост и имеет шансы на существование. Но есть и свои недостатки:

  • нет возможности подать высокое напряжение и принять его, тем самым невозможно обеспечить напряжением несколько потребителей одновременно;
  • невозможно передать электричество на большое расстояние;
  • коэффициент полезного действия (КПД) подобного способа — всего 40 %.

  На данный момент актуальны способы простого использования катушек, как источника и получателя энергии. Этим способом заряжают электрические самокаты и велосипеды. Есть проекты электромобилей без аккумулятора, но на встроенной катушке. Предлагается использовать дорожное покрытие в качестве источника, а машину в качестве приемника. Но себестоимость прокладки подобных дорог очень высокая.

  Лазер

  Передача электричества посредством лазера, представляет собой источник, преобразующий энергию электричества в лазерный луч. Луч фокусируется на приемник, который его преобразует обратно в электричество. Компания Laser Motive смогла передать при помощи лазера 0.5 Кв электрического тока, на расстояние в 1 км. При этом потеря напряжения и мощности составила 95 %. Причиной потери стала атмосфера Земли. Луч многократно сужается при взаимодействии с воздухом. Также проблемой может стать обычное преломление луча случайными предметами. Подобный способ, без потери мощности, может быть актуальным только в космическом пространстве.

  Микроволновая передача

  Основой для передачи электроэнергии путем микроволн, стала способность 12 см волн, частотой в 2.45 ГГц, быть незаметными для атмосферы Земли. Подобная особенность могла бы сократить до минимума потерю при передаче. Для подобного способа нужны передатчик и приемник. Люди давно создали передатчик и преобразователь электрической энергии в микроволновую. Это изобретение называется магнетрон. Он стоит в каждой микроволновой печи и является очень безопасным. Вот с изобретением приемника и преобразователя микроволн обратно в электричество возникли проблемы.

  В 60-х годах прошлого века, американцы изобрели ректенну. Иными словами, приемник микроволн. С помощью изобретения удалось передать 30 кВт электрического тока на расстояние в 1.5 км. При этом коэффициент потерь составил всего 18 %. На большее установка была не способна по причине использования полупроводниковых деталей в устройстве приемника. Для приема и передачи большей мощности энергии, при использовании ректенны, пришлось бы создать огромную принимающую панель. Это бы увеличило затрачиваемую энергию, частоту и длину волн, а значит и процент сопутствующей потери. Высокое излучение могло бы убить все живое в радиусе нескольких десятков метров.

  В СССР был изобретен циклотронный преобразователь микроволн в электричество. Он представлял собой 40 см трубку и был полностью собран на лампах. КПД устройства равнялось 85 %. Но для этого способа основным минусом является способ сборки на лампах. Устройства на подобных деталях могут вернуть человечество в мир огромных телефонов, компьютеров величиной с комнату. О миниатюрных электрических приборах можно забыть.

  Передачу микроволн можно было организовать из космоса. Подобный проект предполагал собирать энергию солнца при помощи спутника и перенаправлять на приемник, расположенный на поверхности Земли. Но для этого придется построить спутник диаметром в километр и приемник диаметром в 5 километров. О полетах в зоне действия системы можно полностью забыть.

  Главной проблемой при передаче электричества беспроводным способом, является расстояние и атмосферные преломления. Стоит также учитывать мощности. Общая потребляемая мощность всех электрических приборов в квартире, равняется 30–40 кВт. Для обеспечения электричеством одной квартиры, пришлось бы строить гигантские сооружения.

  На сегодняшний день единственным способом передачи энергии большой мощности, является проводной. Он не требует прямого и обратного преобразования электрической энергии. Достаточно только подать высокое напряжение в начале и существенно занизить его в конце. Этот способ имеет ряд недостатков, но остается актуальным долгие годы.

  Постоянный ток в качестве альтернативы

  В качестве альтернативы электропередачи переменного тока на большое расстояние можно рассматривать ВЛ с постоянным напряжением. Такие ЛЭП обладают следующими преимуществами:

  • Протяженность ВЛ не влияет на мощность, при этом ее максимальное значение существенно выше, чем у ЛЭП с переменным напряжением. То есть при увеличении потребления электроэнергии (до определенного предела) можно обойтись без модернизации.
  • Статическую устойчивость можно не принимать во внимание.
  • Нет необходимости синхронизировать по частоте связанные энергосистемы.
  • Можно организовать передачу электроэнергии по двухпроводной или однопроводной линии, что существенно упрощает конструкцию.
  • Меньшее влияние электромагнитных волн на средства связи.
  • Практически отсутствует генерация реактивной мощности.

  Несмотря на перечисленные способности ЛЭП постоянного тока, такие линии не получили широкого распространения. В первую очередь это связано с высокой стоимостью оборудования, необходимого для преобразования синусоидального напряжения в постоянное. Генераторы постоянного тока практически не применяются, за исключением электростанций на солнечных батареях.

  С инверсией (процесс  полностью противоположный выпрямлению) также не все просто, необходимо допиться качественных синусоидальных характеристик, что существенно увеличивает стоимость оборудования. Помимо этого следует учитывать проблемы с организацией отбора мощности и низкую рентабельность при протяженности ВЛ менее 1000-1500 км.

  Кратко о свехпроводимости.

  Сопротивление проводов можно существенно снизить, охладив их до сверхнизких температур. Это позволило бы вывести эффективность передачи электроэнергии на качественно новый уровень и увеличить протяженность линий для использования электроэнергии на большом удалении от места ее производства. К сожалению, доступные на сегодняшний день технологии не могут позволить использования сверхпроводимости для этих целей ввиду экономической нецелесообразности.

  Лазерный способ

  С помощью линии электропередач передать энергию можно на приличное расстояние. Однако из-за наличия атмосферы, которая хорошо потребляет лазерную энергию, необходимо устанавливать подобное оборудование в космосе.

  Лазерная передача энергии

  Наличие и достаточность производственных базы и специалистов в России для массового внедрения технологии

  В России имеется вся необходимая производственная мощность для  массового внедрения технологии

  Для эксплуатации внедряемой технологии необходимы специально подготовленные специалисты с допуском для работы на электрооборудовании свыше 1000 В.

   Работоспособность работы системы в штатном режиме смогут обеспечить специалисты со среднетехническим  образованием. Для развития производства необходимо привлечение специалистов с высшим профессиональным образованием в области электротехники и радиотехники.

  Список использованной литературы

  • Герасименко А.А. Федин И.Т. «Передача и распределение электрической энергии» 2008
  • Веникова В.А. «Электрические системы. Режимы работы электрических систем и сетей» 1998
  • Дубинский, Г. Н. «Наладка устройств электроснабжения напряжением выше 1000В»  2014
  • А. Куско, М. Томпсон «Сети электроснабжения. Методы и средства обеспечения качества энергии» 2012

  Микроволны

  Микроволны — специальные линии, имеющие длину в 12 сантиметров и частоту в 2,45 гигагерц, которые прозрачны для атмосферы. Вне зависимости от погоды, потеря энергии будет равна 5%. Вначале необходимо преобразование электротока в микроволны, потом их обнаруживание и возвращение в первое состояние. Первая проблема была решена благодаря постановке магнетрона, а вторая — благодаря ректенны или специальной антенны.

  Микроволновая передача энергии

  Схемы

  На данный момент есть одноцепная, двухцепная или многоцепная схема электропередач. Одна из таких представлена на схеме ниже и может быть использована для обеспечения электроэнергией целого поселка или производственной станции. Другие схемы можно отыскать в гостах.

  Схема электропередачи

  В целом, электропередача энергии, благодаря которой функционирует вся домашняя и производственная сеть вместе с оборудованием, происходит катушками, лазером и микроволнами. Также есть способы перенаправления потока на дальние расстояния. Зависит это от длины проводов, стрелы их провеса, расстояния от земли и других факторов.

  Передача электроэнергии

  
  Передача электроэнергии на большие расстояния является одной из основных проблем электрического века. Цели, над которыми работали инженеры по направлению остались прежними, несмотря на то, что многое другое изменилось года.

  1. КПД — транспортный электрический мощность на расстояние с минимальными потерями
  2. Безопасность — транспортная мощность через городские и сельские районы, сводящие к минимуму вред людям и животным.
  3. Стоимость — используйте минимальное сырье материалы и строительные / эксплуатационные расходы возможны
  4. Надежность — создать систему который не уязвим для ударов молний, ​​солнечных вспышек, землетрясений, ледяные бури, ураганы и система может «исцелить» себя, когда происходят перебои в работе, изолируя проблемные места.

  Ниже: простая иллюстрация электросети, показывающая высокое напряжение. перешел на фидерные линии

  С момента первой большой дальности связи передача в Мюнхен, Германия в 1882 году, люди совершали все ошибки возможно и извлек из этого урок.Инженеры все еще пытаются решить очень сложные проблемы, такие как контроль затрат и устойчивость к солнечным вспышкам который мог бы вывести из строя власть во всем мире.

  Есть четыре способа транспортировки электрических мощность:

  
  
  

  Высокое напряжение переменного тока

  Самый большой распространенный в мире метод, при этом используются алюминиевые проводники со стальным центр поддержки. Линии подвешены высоко выше земли. Чем выше напряжение, тем больше электромагнитный поле, создаваемое вокруг провода

  Ниже: простая модель системы распределения переменного тока.Мощность ступенчатая до 345 кВ, понижен до 69 кВ и в конечном итоге оказывается в доме на 220 вольт. Трансформаторы изменяют напряжение, а конденсаторы и катушки индуктивности синхронизировать форму волны. Влияние индуктивности и изменяющихся нагрузок может привести к рассинхронизации формы сигнала переменного тока, что приведет к потере эффективных коробка передач.

  Вверху: HVDC облегчает пересечение водоемов. Дания и Великобритания зависят от Подключение HVDC к материку, чтобы их системы оставались частью более крупных сетка.

  Высокое напряжение постоянного тока

  Это может быть более эффективным, чем кондиционер, и технология для твердых Государственные системы HVDC являются относительно новыми. HVDC был первой формой Передача на большие расстояния Эти линии не находятся в конфигурации «сети» которые могут равномерно распределять мощность в сети, но системы HVDC представляют собой единую междугородная линия, соединяющая основные сети. Сети HVDC пересекают Китай, США и Европа, соединяющие основные географические области.HVDC особенно полезно для соединения островов, таких как Великобритания и Япония, так как он может уйти под вода.
  
  Вверху: поперечное сечение сверхпроводящего ленточного провода. Сверхпроводящий провод разработан инженерами специально для данного использования.

  Сверхпроводники

  Если мы используем сверхпроводящие проводники при сверхнизких температурах, мы можем доставлять электроэнергию по подземным кабелям практически без потерь. К сожалению, эта технология пока не является рентабельной.Короткий экспериментальный линии были введены в Олбани, штат Нью-Йорк и других местах в Японии и Германия.

  Беспроводная передача энергии

  Можно передавать энергию по беспроводной сети. Никола Однако Tesla и Исследовательская лаборатория General Electric экспериментировали с этим. это непрактично по ряду причин. Это крайне неэффективно проходит через воздух, и это смертельно опасно для таких животных, как птицы проходя через мощные лучи.Вряд ли эта технология когда-либо будет полезен, особенно с учетом того, что мы продвигаемся вперед с HVDC, достижение впечатляющего уровня эффективности.

  Тестирование:

  Инженеры работали в специальных лабораториях для проверки устойчивости. на освещение, шорты, ЭМИ-бомбардировку. Многие инженеры Эдисона Tech Center, в течение многих лет проводивший собеседование, обнаружил, что тестирование достаточно удовлетворительная карьера.

  Первый шаг в понимании передачи энергии — это поведение проводов и электромагнетизма.

  Узнайте о деталях «трансмиссии» электросети:

  
  Грозовые разрядники
  Трансформаторы
  Изоляторы
  Регуляторы напряжения
  Шунтирующие конденсаторы
  Провода
  Метры

  Источники:
  Технический центр Джона Д. Хардена-младшего Эдисона.
  Интервью с Майком Морлангом. Энергетическая ассоциация Сан-Мигель. 2014
  Интервью с Марком Бенцем и Карлом Роснером. Технический центр Эдисона. 2008 г.

  электроэнергии — Почему мы используем переменный ток для передачи на большие расстояния?

  Первое, что нужно отметить: мы не всегда используем AC.Для передачи электроэнергии на большие расстояния существует такое понятие, как постоянный ток высокого напряжения. Однако его использование было редкостью до последних нескольких десятилетий, когда были разработаны относительно эффективные методы преобразования постоянного тока в переменный.

  Второй момент — опровергнуть распространенный ответ, который гласит: «Потому что DC не пойдет на большие расстояния». Конечно, будет. На самом деле, постоянный ток иногда лучше для больших расстояний (потому что у вас нет потерь на емкостное или электромагнитное излучение).

  Но да, AC использовался традиционно.«Почему» возникает из-за серии «а ведет к б ведет к с ведет к…»:

  1. Вы хотите как можно меньше терять мощность в ваших линиях передачи. И при прочих равных, чем больше расстояние, тем больше мощности вы потеряете. Таким образом, чем больше расстояние, тем важнее сократить потери в линии до минимума.

  2. Основной причиной потери мощности в линиях электропередач являются резистивные потери. Они не являются идеальными проводниками (их сопротивление ненулевое), поэтому небольшая часть энергии, проходящей через них, теряется на тепло — так же, как в электронагревателе, только там, конечно, тепло — это то, что мы хотим! Теперь, чем больше силы переносится, тем больше теряется.Для данного количества передаваемой мощности резистивные потери в линии передачи пропорциональны квадрату тока! (Это связано с тем, что мощность (в ваттах), рассеиваемая на сопротивлении, равна току в амперах, возведенному в квадрат, умноженному на сопротивление в омах. Эти потери обычно называют потерями «I-квадрат-R», произносится как «глаз-квадрат-обр. «,» I «- обычный символ тока в электромонтажных работах.) Итак, вы хотите, чтобы ток был как можно более низким. У низкого тока есть еще одно преимущество: вы можете использовать более тонкие провода.

  3. Итак, если вы сохраняете низкий ток, то для того же количества подаваемой мощности вам понадобится высокое напряжение (мощность в ваттах = ЭДС в вольтах, умноженная на ток в амперах). например чтобы уменьшить ток вдвое, вам нужно удвоить напряжение. Но это сократит ваши потери до четверти от того, что было раньше! Это победа. Теперь у высокого напряжения есть свои проблемы. Чем выше напряжение, тем сложнее защитить от случайного контакта, короткого замыкания и т. Д. Это означает более высокие башни, более широкое расстояние между проводниками и т. Д.Таким образом, вы не можете везде использовать максимально возможное напряжение; это не экономично. Но в целом, чем длиннее линия передачи, тем более высокое напряжение имеет смысл.

  4. К сожалению, вы не можете подавать электроэнергию в конечную точку использования (настенные розетки и осветительные розетки) при высоком напряжении, которое имеет смысл для линий передачи на большие расстояния. (это может быть несколько сотен тысяч вольт!) Практические генераторы также не могут выдавать чрезвычайно высокие напряжения (они могут вызвать ужасную дугу).Итак, вам нужен простой способ преобразования одного напряжения в другое.

  5. И это проще всего сделать с переменным током и трансформаторами. Трансформаторы могут быть удивительно эффективными: трансформаторы распределения мощности обычно достигают 98-99% эффективности, что намного выше, чем у любой механической машины.

  Напротив, для преобразования постоянного напряжения вам необходимо преобразовать его в переменный ток, использовать трансформатор, а затем преобразовать обратно в постоянный ток. В частности, ступень постоянного тока в переменный будет иметь потери.Современные полупроводники сделали это намного лучше в последние годы, но, как правило, этого не стоит делать, пока вы не говорите о очень длинных линиях передачи , где преимущества постоянного тока перевешивают потери преобразования.

  Другая причина того, что переменный ток преобладал над постоянным током Эдисона, заключалась в том, что система переменного тока лучше масштабировалась, поскольку позволяла небольшое количество электростанций далеко от города, а не большое количество небольших электростанций на расстоянии около мили. Эдисон не просто хотел продавать лампочки; он (или, скорее, его инвесторы) хотел продавать системы освещения предприятиям.Сети распределения электроэнергии не было, и он не хотел ее строить, прежде чем продавать лампочки. Сначала он продавал системы освещения коммерческим зданиям, возможно, некоторым большим многоквартирным домам; каждое здание будет иметь свой собственный независимый генератор в подвале, точно так же, как сегодня у вас обычно есть водонагреватели. Первоначально он добился успеха, потому что (в отличие от других разработчиков лампочек) продавал и устанавливал полные системы, генератор, распределительное устройство, проводку и все такое, а не только лампочки.

  Это позволило бы сэкономить массу воздушных проводов в городах, но было ясно, что это не подойдет для малых предприятий или домов (какой домовладелец или продавец хочет беспокоиться о том, чтобы генератор работал?). Westinghouse хотела построить гидроэлектростанцию ​​на Ниагарском водопаде — одну станцию, которая будет управлять всем Нью-Йорком и за его пределами. Тесла спроектировал всю систему распределения переменного тока, включающую индукционные генераторы переменного тока, повышающие трансформаторы для повышения их выходной мощности по мере необходимости на больших расстояниях, затем преобразование через серию понижений до так называемого «напряжения распределения», а затем, наконец, для линий которые связаны с жилыми домами и легкими коммерческими постройками.Это была гораздо более масштабируемая система, чем система Эдисона. И, конечно же, переменный ток работает как для лампочек, так и для двигателей.

  Кстати об этом … Еще одна причина для предпочтения переменного тока заключается в том, что переменный ток, и особенно трехфазный переменный ток, который использовала система Westinghouse (везде, кроме последней капли, от полюсного распределительного трансформатора до дома), был и остается намного лучше для ходовые двигатели большой мощности. Все практические двигатели — это действительно двигатели переменного тока; Двигатели постоянного тока используют коммутаторы для переключения полярности катушек вперед и назад по мере необходимости, чтобы поддерживать вращение — по сути, они создают свой собственный переменный ток внутри.Но для коммутаторов требуются щетки, которые изнашиваются и требуют обслуживания; они создают искры (которые мешают работе радио) и т. д. В то время как асинхронный двигатель переменного тока не нуждается ни в коммутаторе, ни даже в контактных кольцах. Системы передачи энергии переменного тока начинаются с генераторов трехфазного переменного тока и поддерживают трехфазное напряжение вплоть до полюсного трансформатора. Таким образом, они могут легко поставлять трехфазные сети там, где это необходимо (средние и крупные коммерческие и промышленные предприятия), но полюсный трансформатор может отводить однофазное питание для дома и небольшого коммерческого использования.

  Трехфазное распределение питания переменного тока имеет еще одно преимущество, заключающееся в отсутствии необходимости в выделенном «обратном» проводе. (К вашему сведению, система Tesla, изначально разработанная для Westinghouse, была двухфазной. Они изменились на трехфазную после работы Михаила Доливо-Добровольского в 1888–1891 годах.)

  Во время «войны токов» Эдисон придавал большое значение большей опасности переменного тока. Верно, что данный уровень тока, проходящего через заданный путь через тело, более опасен при переменном токе, чем при постоянном. Это потому, что переменный ток на частотах линии электропередач вызовет непроизвольные сокращения мышц — паралич — и фибрилляцию сердца при гораздо более низком токе, чем постоянный ток (около одной десятой).(См. Allaboutcircuits.com). Однако разъемы для конечных пользователей были разработаны таким образом, чтобы свести к минимуму риск контакта с токоведущими частями, и мы продолжаем совершенствовать их в этом отношении.

  (В сторону: я долгое время считал, что электрический трансформатор следует рассматривать как одну из основных машин, наряду с рычагом, наклонной плоскостью, блоком и захватом и т.д. В случае базовых механических машин это мощность, обмениваемая на расстояние, на эквивалентный объем выполненной работы, в трансформаторе это напряжение на ток при эквивалентной мощности.Пары гидроцилиндров «главный-подчиненный» тоже должны быть в списке «простых машин». ;))

  Передача мощности на большие расстояния, что лучше: переменный или постоянный ток?

  Я действительно работал над схемами HVDC еще в середине-конце 90-х годов. Ответ Олина Латропа частично верен, но не совсем. Я постараюсь не повторять слишком много его ответа, но кое-что проясню.

  Потери переменного тока в основном зависят от индуктивности кабеля. Это создает реактивное сопротивление для передачи энергии переменного тока.Распространенное заблуждение (повторенное Олиным) состоит в том, что это происходит из-за передачи власти вещам вокруг него. Это не так — катушка провода на полпути между этим местом и Магеллановым Облаком будет иметь точно такое же реактивное сопротивление и вызывать точно такие же электрические эффекты, что и на вашем столе. По этой причине это называется самоиндукцией, а самоиндукция длинного кабеля передачи действительно значительна.

  Кабель не теряет значительной мощности из-за индуктивной связи с другими металлоконструкциями — это вторая половина распространенного заблуждения.Эффективность индуктивной связи зависит от частоты переменного тока и расстояния между кабелями. Для передачи переменного тока с частотой 50/60 Гц частота настолько мала, что индуктивная связь на любом расстоянии совершенно неэффективна; и если вы не хотите получить удар током, эти расстояния должны быть на расстоянии нескольких метров друг от друга. Это просто невозможно измерить.

  (отредактировано, чтобы добавить одну вещь, которую я забыл) Для кабелей, идущих под водой, также очень высокие емкости кабеля из-за их конструкции.Это другой источник реактивных потерь, но он не менее значим. Они могут быть основной причиной потерь в подводных кабелях.

  Скин-эффект действительно вызывает более высокое сопротивление для передачи переменного тока, как говорит Олин. Однако на практике необходимость в гибких кабелях делает это менее серьезной проблемой. Один кабель, достаточно толстый, чтобы передавать значительную мощность, обычно был бы слишком негибким и громоздким, чтобы свисать с пилона, поэтому кабели передачи собираются из пучка проводов, разделенных прокладками.Нам все равно нужно будет это сделать, независимо от того, использовали ли мы постоянный или переменный ток. Однако в результате провода помещаются в зону скин-эффекта для жгута. Очевидно, что здесь задействованы инженерные разработки, и некоторые потери все равно будут, но благодаря этому счастливому совпадению мы можем убедиться, что они намного ниже.

  Подземные и подводные кабели, конечно же, представляют собой один толстый кабель, поэтому в принципе они все еще могут быть укушены скин-эффектом. Однако в сверхпрочной конструкции кабеля обычно используется прочная центральная жила, которая обеспечивает структурную целостность кабеля, с другими разъемами, намотанными на эту жилу.Опять же, мы можем использовать это в наших интересах, чтобы уменьшить скин-эффект в переменном токе, и даже кабели HVDC будут построены таким же образом.

  Большим преимуществом в области передачи энергии является устранение реактивных потерь.

  Как говорит Олин, существует также проблема с объединением двух электрических сетей вместе, потому что у них никогда не будет с точно такой же частотой и фазой. Умное использование фильтров в середине 20-го века действительно позволяло соединять сети, но их проектирование было таким же искусством, как и наукой, и они были по своей сути неэффективными.Однако после того, как ваша мощность передана в постоянном токе, вы можете восстановить переменный ток с точно такой же частотой и фазой, что и сеть назначения, и избежать проблемы.

  Не только это, но гораздо эффективнее преобразовать из переменного тока в постоянный и снова обратно в переменный, вместо того, чтобы пытаться использовать фильтры для компенсации фазы и частоты. В наши дни сетки обычно объединяются по схеме «спина к спине». По сути, это обе половины линии HVDC, расположенные рядом друг с другом, с огромной шиной между ними, а не километрами кабеля передачи.

  Преимущества систем передачи постоянного тока высокого напряжения

  Технология постоянного тока высокого напряжения (HVDC) предлагает несколько преимуществ по сравнению с системами передачи переменного тока. Например, он обеспечивает более эффективную передачу большой мощности на большие расстояния. Однако стоимость — важная переменная в уравнении. После установки системы передачи HVDC становятся неотъемлемой частью системы электроснабжения, повышая стабильность, надежность и пропускную способность.

  Типичные электростанции коммунального масштаба вырабатывают электроэнергию переменного тока (AC), и большинство электрических нагрузок работают от сети переменного тока. Таким образом, большинство линий электропередачи по всему миру относятся к типу переменного тока. Однако бывают случаи, когда системы передачи постоянного тока высокого напряжения (HVDC) предлагают значительные преимущества.

  «Одним из больших преимуществ HVDC является эффективность передачи электроэнергии на большие расстояния», — сказал Джордж Калбертсон, вице-президент по рынкам энергоснабжения HDR, POWER .«Если маршрут линии электропередачи длиннее примерно 300 миль, постоянный ток — лучший вариант, потому что линии переменного тока имеют больше потерь в линии, чем постоянный ток при большой передаче электроэнергии».

  Преобразование переменного тока в постоянный

  Проблема, однако, заключается в том, что для передачи через HVDC необходимы две преобразовательные подстанции. Во-первых, мощность переменного тока должна быть преобразована в постоянный ток, чтобы начать процесс передачи, а затем, когда она достигнет желаемого места назначения, мощность постоянного тока должна быть преобразована обратно в переменный ток для использования в сети.

  Технология преобразования хорошо известна. Пионеры в области электротехники работали над строительными блоками для линий постоянного тока высокого напряжения еще в конце 1800-х годов. Традиционная технология преобразователей HVDC основана на использовании преобразователей с линейной или фазовой коммутацией. В 1954 году компания ASEA, предшественница ABB, использовала эту классическую технологию с использованием ртутных дуговых клапанов для строительства первой в мире коммерческой линии HVDC между Вестервиком на восточном побережье Швеции и Игне на острове Готланд в Балтийском море.Первоначальная линия связи Готланда могла передавать 20 МВт по подводному кабелю длиной 98 км (км) с напряжением 100 кВ. В 1970 году установка была модернизирована, и ее мощность была увеличена до 30 МВт при напряжении 150 кВ за счет установки моста с тиристорным клапаном.

  ASEA продолжала расширять границы, разрабатывая новые системы HVDC в последующие десятилетия. В 1997 году ABB запустила в эксплуатацию первый в мире демонстрационный проект HVDC с использованием преобразователей источника напряжения (VSC). В технологии VSC для выполнения преобразования используются устройства отключения затвора, такие как биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT).Возможность высокой частоты переключения IGBT позволяет более точное управление VSC и менее сложную конфигурацию схемы за счет использования методов широтно-импульсной модуляции. Компания ABB назвала свой новый продукт на основе VSC HVDC Light.

  Технология

  VSC была усовершенствована, когда компания Siemens представила модульный многоуровневый преобразователь (MMC). Проект Trans Bay Cable, который проходит между Сан-Франциско и Питтсбургом, Калифорния, был завершен в 2010 году с использованием системы Siemens HVDC Plus. Технология MMC обеспечивает отличные характеристики гармоник и снижение потерь мощности по сравнению с предыдущими VSC.Сегодня все производители HVDC применяют технологию MMC в VSC.

  Платформа к берегу

  Винс Курчи, менеджер проекта подземной передачи данных компании HDR, сказал, что одним из преимуществ технологии VSC является то, что она очень компактна. «Для них требуется около 30% площади обычного преобразователя и около 50% веса», — сказал Курчи. Это делает их хорошим выбором для оффшорных ветряных электростанций. «Для VSC мощностью 600 МВт требуется менее одного акра земли, тогда как для обычного преобразователя требуется три или четыре акра.Таким образом, преимущество этой новой технологии заключается в том, что вы можете разместить их в море на небольшой площади и передавать энергию на сушу по подводным кабелям ».

  Одним из примеров этого является проект DolWin2 (рисунок 1). Компания TenneT, европейский оператор системы электропередачи с операциями в Нидерландах и Германии, потребовала линии HVDC мощностью 916 МВт для подключения ветряных электростанций Nordsee One, Gode Wind I и Gode Wind II к наземной сети электропередачи. Компания ABB спроектировала, поставила, установила и ввела в эксплуатацию компактные морские и береговые преобразовательные подстанции, а также подводные и подземные кабельные системы.

  1. Морская ссылка. DolWin2, строительство которого было завершено в 2017 году, связывает три ветряные электростанции в Северном море с немецкой энергосистемой через линию передачи высокого напряжения постоянного тока (HVDC) мощностью 916 МВт. Предоставлено: ABB

  Ветряные электростанции подключены кабелями переменного тока к преобразовательной подстанции HVDC, установленной на морской платформе в Северном море. Затем мощность постоянного тока передается по системе морского кабеля длиной 45 км (рис. 2) и далее по наземному кабелю длиной 90 км на береговую станцию ​​постоянного тока высокого напряжения в точке подключения к сети на Дёрпен-Вест.Проект был завершен ABB и передан TenneT в июне 2017 года.

  2. Подводные кабели. Электроэнергия, вырабатываемая морскими ветряными электростанциями Nordsee One, Gode Wind I и Gode Wind II, передается на сушу через подводные кабели HVDC, показанные здесь во время установки. Предоставлено TenneT

  «HVDC — это предпочтительная технология для надежной и эффективной передачи больших объемов энергии на большие расстояния с минимальными потерями.Он идеально подходит для интеграции удаленных возобновляемых источников энергии в энергосистему », — сказал Клаудио Факчин, президент подразделения ABB Power Grids, в пресс-релизе, в котором объявляется о завершении проекта. Компания «Сименс» реализовывала и подобные проекты.

  Параметры анализа

  Одна вещь, которая часто ставит под сомнение проект HVDC, — это стоимость. Преобразовательные станции дороги. «VSC для крупного проекта передачи HVDC могут стоить более 100 миллионов долларов и зависят от номинального напряжения и мощности», — сказал Курчи.Поэтому разумно завершить изучение доступных альтернатив. Необходимо учитывать три основных фактора.

  «Это зависит от расстояния, от напряжения и от передаваемой мощности», — сказал Курчи. «Обычно проводятся исследования безубыточности, которые включают стоимость жизненного цикла, а затем вы достигаете точки, когда система HVDC становится более экономичной на основе этих факторов.

  “Системы переменного тока имеют более низкие капитальные затраты, но более крутой наклон линии при увеличении расстояния.По всей длине они нуждаются в компенсации, особенно при высоких напряжениях, потому что они требуют того, что мы называем VAR [вольт-амперной реактивной] поддержкой », — продолжил Курчи. «Системы HVDC имеют гораздо более высокие капитальные затраты, но по мере увеличения расстояния наклон линии становится более пологим. Итак, есть точка, в которой эти две линии пересекаются, и это ваша точка безубыточности — это функция расстояния, напряжения и передаваемой мощности ».

  Калбертсон вспомнил исследование, в котором он участвовал в начале своей карьеры.Он был завершен для газовой компании, которая пыталась определить, что было бы более рентабельным — построить газопровод или линию электропередачи постоянного тока высокого напряжения из Туркменистана, где газа было много, в Пакистан, где была потребность в электроэнергии, через Афганистан. . Оба варианта стоили очень дорого. В конечном итоге проект так и не сдвинулся с мертвой точки во многом из-за политических волнений в регионе.

  Но есть много проектов, которые продвигаются вперед. В марте 2017 года консорциум между Siemens и Sumitomo Electric Industries Ltd.был награжден заказом HVDC от индийского оператора передачи Power Grid Corp. of India. Команда построит 200-километровое соединение HVDC, используя как подземный кабель, так и воздушные линии, между Пугалуром, Тамил Наду, и Тричуром, Керала. Это будет первая линия HVDC в Индии с технологией VSC. Siemens поставляет две преобразовательные подстанции с двумя параллельными преобразователями мощностью 1000 МВт, а Sumitomo Electric отвечает за кабельную систему HVDC из сшитого полиэтилена в цепи постоянного тока. Совокупный объем заказов двух компаний составляет около 520 миллионов долларов.Подключение к сети запланировано на первую половину 2020 года.

  Siemens также участвует в нескольких проектах в Великобритании. Nemo Link соединит британские и бельгийские национальные сети с помощью подводного кабеля. Компания «Сименс» отвечает за установку «под ключ» преобразовательной подстанции на участке площадью 8 гектаров в юго-восточной Англии, ранее занимаемом электростанцией Ричборо, и аналогичной преобразовательной подстанции в промышленной зоне Хердерсбруг в Брюгге, Бельгия. Ожидается, что линия протяженностью 140 км, мощностью 1000 МВт и рабочим напряжением 400 кВ будет введена в промышленную эксплуатацию в 2019 году.Кроме того, ElecLink соединит британские и французские электрические сети. Кабели HVDC будут проложены через туннель под Ла-Маншем в рамках этого проекта. Линия протяженностью 51 км будет иметь мощность 1000 МВт и рабочее напряжение 320 кВ (Рисунок 3).

  3. Преобразовательная подстанция HVDC. Преобразовательный зал, показанный здесь, является частью линии передачи постоянного тока высокого напряжения между Францией и Испанией. В нем используются модули биполярных транзисторов с изолированным затвором HVDC Plus компании Siemens для обеспечения мощности 1000 МВт с напряжением 320 кВ, которое в настоящее время является самым мощным каналом связи в мире, с использованием технологии преобразователя источника напряжения. Предоставлено Siemens

  ABB также работает над проектом, который соединит английский и французский рынки. Линия мощностью 1000 МВт будет проходить от Чиллинга, Хэмпшир, на южном побережье Англии, до Турбе на севере Франции — на расстоянии 240 км через Ла-Манш. Кроме того, в начале июля ABB получила заказ на модернизацию линии HVDC, которая соединяет северные и южные острова Новой Зеландии.

  Разрешение и стоимость

  «С моей точки зрения, одна из самых больших проблем для любого проекта — это получение разрешений, особенно когда вы говорите о линии протяженностью 500 или 1000 миль», — сказал Калбертсон.«Вы собираетесь пересекать разные юрисдикции — города, округа, штаты или даже страны».

  Однако эта проблема не ограничивается проектами HVDC. Любой проект передачи может столкнуться с трудностями при получении необходимых разрешений. Часто негативная реакция общественности возникает со стороны пострадавших жителей, которые не хотят видеть башни, проходящие через их кварталы или через их земли. На западе США есть много федеральных земель, которые, возможно, придется пересечь, что усложняет получение разрешений от таких агентств, как Бюро землепользования.

  Практически все проекты требуют исследования воздействия на окружающую среду в той или иной форме для устранения временных и постоянных воздействий, и этот процесс может занять много времени, а иногда и годы. Кроме того, существуют требования к полосе отвода, которые необходимо соблюдать в отношении ширины при установке, эксплуатации и техническом обслуживании, в зависимости от напряжения и количества линий. Есть также обязательства по горизонтальной и вертикальной очистке — на самом деле ничего не оставлено на волю случая.

  Хотя преобразовательные подстанции дороги, проекты HVDC действительно имеют некоторые преимущества по сравнению с системами переменного тока.«Линии постоянного тока могут быть дешевле в расчете на милю из-за конфигурации проводников», — сказал Калбертсон. «У вас должно быть три отдельные фазы для переменного тока, поэтому для большой линии у вас есть три набора проводов, обычно это несколько пучков проводов — очень тяжелых — и башни должны быть довольно массивными, чтобы выдерживать весь этот вес. Эта дополнительная сталь и алюминий также усиливают визуальный эффект.

  «Линия постоянного тока может поставлять сопоставимые или даже большие количества энергии, используя только два набора проводников вместо трех, поэтому опоры не должны быть такими большими, что приводит к гораздо меньшим затратам на установку передающей части. из этого.Вы также можете проложить под землей более длинные линии постоянного тока. Таким образом, у округа Колумбия может быть большое преимущество, если разрешение и визуальное воздействие вызывают озабоченность », — сказал Калбертсон. ■

  — Аарон Ларсон — исполнительный редактор POWER.

  Прорыв в высоковольтном постоянном токе может стимулировать рост возобновляемой энергии

  Томас Эдисон отстаивал постоянный ток, или постоянный ток, как лучший способ подачи электричества, чем переменный или переменный ток. Но изобретатель лампочки проиграл Войну Токов.Несмотря на иногда плачевные усилия Эдисона — в какой-то момент он ударил электрическим током слона в зоопарке Кони-Айленда, пытаясь показать опасность технологии, — переменного тока является основным путем, по которому электричество течет от электростанций к домам и предприятиям повсюду. (Соответствующий тест: «Что вы не знаете об электричестве»)

  Но теперь, более чем через столетие после ошибочного трюка Эдисона, округ Колумбия, возможно, получает определенное оправдание.

  Обновленная высоковольтная версия постоянного тока, называемая HVDC, рекламируется как метод передачи будущего из-за ее способности передавать ток на очень большие расстояния с меньшими потерями, чем переменный ток.И эта тенденция может быть усилена новым устройством, называемым гибридным выключателем HVDC, которое может позволить использовать постоянный ток в больших электрических сетях, не опасаясь катастрофического сбоя, который заглушал технологию в прошлом. (См. Соответствующие фотографии: «Худшие перебои в подаче электроэнергии в мире».)

  Швейцарский гигант энергетических технологий и автоматизации ABB, который разработал выключатель, говорит, что он также может оказаться критически важным для перехода 21 века от ископаемого топлива к возобновляемым источникам энергии, использование всего потенциала массивных ветряных электростанций и солнечных электростанций для обеспечения электроэнергией отдаленных городов.

  До сих пор устройство испытывалось только в лабораториях, но генеральный директор ABB Джо Хоган рекламирует гибридный выключатель постоянного тока высокого напряжения как «новую главу в истории электротехники» и предсказывает, что это сделает возможной разработку «сеть будущего» — то есть массивная сверхэффективная сеть для распределения электроэнергии, которая соединит не только страны, но и несколько континентов. Сторонние эксперты не такие грандиозные, но они все же видят в этом прорыв как важный прорыв.

  «Я поражен потенциалом этого изобретения», — говорит Джон Кассакян, профессор электротехники и информатики Массачусетского технологического института. «Если он работает в больших масштабах и экономичен в использовании, он может стать существенным активом».

  На расстоянии

  Гибридный выключатель постоянного тока высокого напряжения может ознаменовать новый день для излюбленного режима электричества Эдисона, в котором ток передается в постоянном потоке в одном направлении, а не в прямом и обратном направлении переменного тока.В начале 1890-х годов округ Колумбия проиграл так называемую войну течений в основном из-за проблем с передачей на большие расстояния.

  Во времена Эдисона из-за потерь из-за электрического сопротивления не было экономичной технологии, которая позволила бы системам постоянного тока передавать энергию на большие расстояния. Эдисон не видел в этом недостатка, потому что он предполагал, что электростанции будут в каждом районе.

  Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

  Но его соперники в новаторскую эпоху электричества, Никола Тесла и Джордж Вестингауз, вместо этого рекламировали AC, который можно отправлять на большие расстояния с меньшими потерями.Напряжение переменного тока (представьте его аналогом давления в водопроводе) можно легко повышать и понижать с помощью трансформаторов. Это означало, что переменный ток высокого напряжения можно было передавать на большие расстояния до тех пор, пока он не попадет в районы, где он будет преобразован в более безопасную электроэнергию низкого напряжения.

  Благодаря переменному току дымовые угольные электростанции можно было строить за много миль от домов и офисных зданий, которые они питали. Эта идея победила и стала основой для распространения электроэнергетических систем в Соединенных Штатах и ​​во всем мире.

  Но развитие технологий в конечном итоге сделало возможным передавать постоянный ток при более высоких напряжениях. Тогда преимущества HVDC стали очевидными. По сравнению с переменным током, HVDC более эффективен — линия HVDC протяженностью в тысячу миль, несущая тысячи мегаватт, может потерять от 6 до 8 процентов своей мощности по сравнению с 12-25 процентами для аналогичной линии переменного тока. А для HVDC потребуется меньше линий на маршруте. Это сделало его более подходящим для мест, где электроэнергия должна передаваться на чрезвычайно большие расстояния от электростанций в городские районы.Он также более эффективен для передачи электроэнергии под водой.

  В последние годы такие компании, как ABB и немецкая Siemens, построили ряд крупных проектов передачи HVDC, таких как 940-километровая (584-мильная) линия ABB, которая была введена в эксплуатацию в 2004 году для доставки энергии с огромной китайской гидроэлектростанции «Три ущелья». в провинцию Гуандун на юге. В Соединенных Штатах компания Siemens впервые установила подводный кабель на 500 киловольт, линию HVDC протяженностью 65 миль, чтобы передать дополнительную мощность из энергосистемы Пенсильвании / Нью-Джерси на энергоемкий Лонг-Айленд.(По теме: «Может ли ураган« Сэнди пролить свет на сокращение перебоев в подаче электроэнергии »?»). Самая длинная линия электропередачи в мире, около 2500 километров (1553 мили), строится ABB сейчас в Бразилии: проект HVDC в Рио-Мадейре свяжет две новые гидроэлектростанции в Амазонке с Сан-Паулу, главным экономическим центром страны. (Связанные изображения: «Речные люди ждут плотины Амазонки»)

  Но все эти проекты предусматривали прямую доставку электроэнергии. Некоторые инженеры начали предвидеть возможность разветвления HVDC на «суперсети».«Разбросанные на большие расстояния массивы ветряных электростанций и солнечных установок могут быть объединены в гигантские сети. Благодаря своей стабильности и низким потерям, HVDC может уравновесить естественные колебания возобновляемой энергии так, как никогда не сможет AC. Это могло бы значительно снизить энергопотребление. потребность в постоянной мощности базовой нагрузки крупных угольных или атомных электростанций.

  Необходимость в выключателе

  Однако до сих пор такие решения в области возобновляемых источников энергии сталкивались по крайней мере с одним серьезным препятствием. Гораздо сложнее регулировать сеть постоянного тока , где ток течет непрерывно, чем при переменном токе.«Когда у вас большая сеть, и у вас есть удар молнии в одном месте, вам нужно иметь возможность быстро отключить эту часть и изолировать проблему, иначе с остальной частью сети могут случиться плохие вещи», например, катастрофическое «отключение электроэнергии», — объясняет технический директор ABB Прит Банерджи. «Но если вы можете быстро отключиться, остальная часть сети может продолжать работать, пока вы устраняете проблему». Вот где могут пригодиться гибридные выключатели HVDC — по сути, невзрачные стойки схем внутри электростанции.Выключатель объединяет в себе ряд механических и электронных устройств отключения, которые перенаправляют скачок тока и затем отключают его. ABB заявляет, что устройство способно остановить скачок напряжения, эквивалентный мощности электростанции мощностью один гигаватт, которая могла бы обеспечить электроэнергией 1 миллион домов в США или 2 миллиона домов в Европе, за значительно меньшее время, чем мгновение ока.

  Хотя новый выключатель АББ все еще должен пройти испытания на реальных электростанциях, прежде чем он будет признан достаточно надежным для широкого использования, независимые эксперты считают, что он представляет собой шаг вперед по сравнению с предыдущими попытками.(Сименс, конкурент ABB, по сообщениям, также работал над усовершенствованным выключателем постоянного тока постоянного тока).

  «Я думаю, что этот гибридный подход — очень хороший подход», — говорит Нараин Хингорани, исследователь и консультант в области передачи энергии, который также является научным сотрудником. с Институтом инженеров по электротехнике и радиоэлектронике. «Есть и другие способы сделать то же самое, но их сейчас нет, и они могут быть более дорогими».

  Хингорани считает, что гибридные выключатели HVDC могут сыграть важную роль в создании разветвленных сетей HVDC, которые могли бы реализовать потенциал возобновляемых источников энергии.Кабели HVDC могут быть проложены вдоль дна океана для передачи электроэнергии от плавучих ветряных электростанций, которые находятся в десятках миль от берега и вне поля зрения жителей побережья. По словам Хингорани, линии HVDC, оборудованные гибридными выключателями, также будет намного дешевле закопать, чем линии переменного тока, поскольку они требуют меньше изоляции.

  Для ветряных электростанций и солнечных установок в регионах Среднего Запада и Скалистых гор кабели HVDC можно прокладывать под землей в экологически уязвимых районах, чтобы не загромождать ландшафт опорами электропередач и воздушными линиями.«До сих пор мы преследовали низко висящие плоды, строя их в местах, где легко подключиться к сети», — объясняет он. «Есть и другие места, где может быть много ветра, но где потребуются годы, чтобы получить разрешения на строительство воздушных линий — если вы вообще сможете их получить, — потому что общественность против».

  Другими словами, из-за того, что общество предпочитает держать угольные электростанции вне поля зрения, или из-за желания использовать силу удаленных оффшорных или горных ветров, общество по-прежнему ищет наименее назойливый способ доставки электроэнергии на большие расстояния.Это означает, что по той же причине, по которой Эдисон проиграл Войну течений в конце 19-го века, его постоянный ток может получить возможность (благодаря технологическим достижениям) служить основой более чистой сети 21-го века. (См. Статью по теме: «Энергосистема 21 века: можем ли мы исправить инфраструктуру, которая питает нашу жизнь?»)

  Эта история является частью специальной серии , в которой исследуются вопросы энергетики. Для получения дополнительной информации посетите The Great Energy Challenge .

  Примечание редактора: в более ранней версии этой истории неверно говорилось, что достижения в технологии трансформаторов сделали возможным передавать постоянный ток на большие расстояния при высоком напряжении. История теперь отражает то, что это стало возможным благодаря другим технологическим достижениям, а не усовершенствованиям трансформаторов. Определения напряжения и переменного тока также были изменены для ясности.

  Как работают коробки передач | Американская Трансмиссионная Компания

  Электроэнергия доставляется в дома, школы, больницы, предприятия и промышленность через интегрированную систему генерирующих станций, линий электропередач и подстанций.Линии передачи, которые состоят из тяжелых кабелей, натянутых между высокими башнями, переносят электроэнергию оттуда, где она вырабатывается, в районы, где она необходима. Сеть передачи позволяет передавать большие объемы энергии на большие расстояния.

  Как электричество подается в ваш дом:

  Электроэнергия вырабатывается коммунальными предприятиями и другими производителями энергии на различных типах электростанций, ветряных и солнечных электростанциях. Электроэнергия «повышается» или преобразуется в более высокое напряжение на подстанциях до того, как она попадает в сеть высоковольтных линий электропередачи.Электроэнергия из передающей сети снижается до более низкого напряжения на подстанциях, а затем электрические распределительные компании подают электроэнергию в дома и предприятия.

  Поколение

  Электроэнергия вырабатывается на различных типах электростанций, ветряных и солнечных электростанций коммунальными предприятиями и независимыми производителями энергии.

  Трансмиссия

  Являясь жизненно важным звеном между производством и потреблением энергии, линии электропередачи несут электричество высокого напряжения на большие расстояния от электростанций до населенных пунктов.Это то, что делает ATC.

  Распределение

  Электроэнергия по линиям электропередачи снижается до более низких напряжений на подстанции. Затем дистрибьюторские компании переносят электроэнергию на ваше рабочее место и дом.

  Межсоединения обеспечивают надежность

  Поскольку электроэнергию нельзя хранить, ее необходимо генерировать, передавать и распределять в тот момент, когда она необходима. Сеть передачи высокого напряжения является жизненно важным связующим звеном между электростанциями, производящими электроэнергию, и людьми, которые в ней нуждаются.

  В первые дни электрификации электростанции были небольшими и вырабатывали электричество для непосредственных районов. По мере роста спроса на электроэнергию коммунальные предприятия строили более крупные и более эффективные электростанции и разрабатывали системы передачи для передачи энергии на большие расстояния к большему количеству потребителей на более обширных территориях.

  Для повышения эффективности и надежности были подключены региональные передающие системы, позволяющие перетекать электроэнергию из одного региона в другой, что также снизило затраты за счет предоставления большего количества путей, по которым могла бы протекать основная поставка электроэнергии.Сегодняшняя «сеть» передачи электроэнергии отражает этот региональный подход к оптовой транспортировке электроэнергии.

  Передача электроэнергии

  Электроэнергия часто вырабатывается на большом расстоянии от места использования и передается на большие расстояния по линиям электропередач. Хотя сопротивление короткой линии электропередачи относительно низкое, на большом расстоянии сопротивление может стать значительным. Линия питания с сопротивлением R вызывает потерю мощности I ² R ; это тратится как тепло.Таким образом, за счет уменьшения тока потери I ² R могут быть минимизированы.

  Энергетические компании используют повышающие трансформаторы для повышения напряжения до сотен кВ перед его передачей по линии электропередачи, уменьшая ток и сводя к минимуму потери мощности в линиях электропередачи. На другом конце используются понижающие трансформаторы для понижения напряжения до 120 В, используемых в бытовых цепях.

  Пример

  Допустим, энергетическая компания вырабатывает электроэнергию с напряжением 2400 В и током 1000 А.Это электростанция мощностью 2,4 МВт.
  (a) Сколько мощности теряется при передаче этого тока по линии передачи мощностью 10 Вт?
  (b) Если напряжение повышается до 240 кВ до того, как ток будет пропущен по линии передачи, сколько мощности будет потеряно сейчас? Предположим, что трансформатор идеален (т.е. в трансформаторе не теряется энергия).
  (c) На другом конце линии передачи напряжение преобразуется в 120 В. Какой ток доступен?

  (a) Мощность, рассеиваемая в линии передачи, составляет I ² R = 10 МВт.В этом нет никакого смысла, поскольку это больше, чем мы должны были начать … но мы, по сути, потеряем все это.

  (b) В идеальном трансформаторе, если напряжение увеличивается в 100 раз, ток уменьшается в 100 раз, поэтому ток равен 10 A. Потери мощности теперь составляют:
  I ² R = 1000 Вт, в основном ничтожно мало по сравнению с 2,4 МВт, с которых мы начали.

  (c) Если игнорировать потерю 1000 Вт при передаче, преобразование напряжения в 120 В дает:

  I

  =

  2.4 х 10 6 120

  =

  20000 А, хватит на несколько сотен домов. Читайте также Что делать, если грудничок не спит днем: советы по налаживанию режима сна Антигистаминные препараты для новорожденных: лечение и профилактика аллергии у грудничков Методика «Цветоник» М. Лазарева для музыкального развития детей Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт