Tại sao việc truyền tải điện trên một khoảng cách diễn ra ở điện áp tăng

Ngày nay, việc truyền năng lượng điện đi xa luôn được thực hiện ở điện áp tăng, được đo bằng hàng chục và hàng trăm kilovolt. Trên khắp thế giới, các nhà máy điện thuộc nhiều loại khác nhau tạo ra hàng gigawatt điện. Điện này được phân phối ở các thành phố và làng mạc bằng cách sử dụng dây điện mà chúng ta có thể thấy chẳng hạn như trên đường cao tốc và đường sắt, nơi chúng luôn được cố định trên các cột cao có lớp cách điện dài. Nhưng tại sao đường truyền luôn có điện áp cao? Chúng ta sẽ nói về điều đó sau.

Hãy tưởng tượng bạn phải truyền năng lượng điện qua dây dẫn ít nhất 1000 watt trên khoảng cách 10 km dưới dạng dòng điện xoay chiều với tổn thất điện năng tối thiểu, đèn pha kilowatt mạnh mẽ. Bạn định làm gì? Rõ ràng là điện áp sẽ phải được chuyển đổi, giảm hoặc tăng theo cách này hay cách khác. sử dụng máy biến áp.

Giả sử rằng một nguồn (máy phát điện chạy xăng nhỏ) tạo ra điện áp 220 vôn, trong khi bạn có một dây cáp đồng hai lõi với tiết diện của mỗi lõi là 35 mm vuông. Trong 10 km, cáp như vậy sẽ cung cấp điện trở hoạt động khoảng 10 ohms.

Tải 1 kW có điện trở khoảng 50 ohms. Và nếu điện áp truyền đi vẫn ở mức 220 vôn thì sao? Điều này có nghĩa là một phần sáu điện áp sẽ (giảm) trên dây truyền tải, sẽ ở mức khoảng 36 vôn. Vì vậy, khoảng 130 W đã bị mất trên đường đi - chúng chỉ làm nóng dây truyền. Và trên đèn pha, chúng tôi không nhận được 220 volt, mà là 183 volt. Hiệu suất truyền dẫn hóa ra là 87% và điều này vẫn bỏ qua điện trở cảm ứng của dây truyền.

Thực tế là tổn thất hoạt động trong dây truyền tải luôn tỷ lệ thuận với bình phương dòng điện (xem Định luật Ohm). Do đó, nếu việc truyền cùng một nguồn điện được thực hiện ở điện áp cao hơn, thì sự sụt giảm điện áp trên dây dẫn sẽ không phải là một yếu tố bất lợi như vậy.

Bây giờ chúng ta hãy giả định một tình huống khác. Chúng ta có cùng một máy phát điện chạy bằng xăng sản xuất 220 vôn, cùng 10 km dây điện với điện trở hoạt động là 10 ôm và cùng một đèn pha 1 kW, nhưng trên hết vẫn còn hai máy biến áp kilowatt, cái đầu tiên khuếch đại 220 -22000 vôn. Nằm gần máy phát điện và được kết nối với nó thông qua cuộn dây điện áp thấp và thông qua cuộn dây điện áp cao - được kết nối với dây truyền tải. Và máy biến áp thứ hai, ở khoảng cách 10 km, là máy biến áp hạ áp 22000-220 vôn, nối với cuộn dây hạ áp mà đèn pha được kết nối và cuộn dây cao áp được cung cấp bởi dây truyền tải.

Vì vậy, với công suất tải 1000 watt ở điện áp 22000 volt, dòng điện trong dây truyền (bạn có thể làm ở đây mà không tính đến thành phần phản ứng) sẽ chỉ là 45 mA, có nghĩa là 36 volt sẽ không rơi vào nó (vì nó không có máy biến áp), nhưng chỉ có 0,45 vôn! Tổn thất sẽ không còn là 130 W nữa mà chỉ còn 20 mW. Hiệu quả của việc truyền tải như vậy ở điện áp tăng sẽ là 99,99%. Đây là lý do tại sao đột biến có hiệu quả hơn.

Trong ví dụ của chúng tôi, tình huống được xem xét một cách thô thiển và việc sử dụng máy biến áp đắt tiền cho mục đích gia đình đơn giản như vậy chắc chắn sẽ là một giải pháp không phù hợp. Nhưng ở quy mô quốc gia và thậm chí cả khu vực, khi nói đến khoảng cách hàng trăm km và công suất truyền tải lớn, chi phí điện năng bị mất có thể cao hơn hàng nghìn lần so với tất cả các chi phí của máy biến áp. Đó là lý do tại sao khi truyền điện đi xa, điện áp tăng lên, được đo bằng hàng trăm kilovolt, luôn được áp dụng — để giảm tổn thất điện năng trong quá trình truyền tải.

Tiêu thụ điện tăng trưởng liên tục, tập trung năng lực sản xuất vào các nhà máy điện, giảm diện tích tự do, thắt chặt các yêu cầu về bảo vệ môi trường, lạm phát và giá đất tăng, cũng như một số yếu tố khác, tác động mạnh mẽ đến sự gia tăng trong khả năng truyền tải của đường dây tải điện.

Các thiết kế của các đường dây điện khác nhau được xem xét ở đây: Thiết bị của các đường dây điện khác nhau với điện áp khác nhau

Sự kết nối của các hệ thống năng lượng, sự gia tăng công suất của các nhà máy điện và toàn bộ hệ thống đi kèm với sự gia tăng khoảng cách và dòng năng lượng truyền dọc theo đường dây điện.Không có đường dây điện cao thế mạnh mẽ, không thể cung cấp năng lượng từ các nhà máy điện lớn hiện đại.

thống nhất hệ thống năng lượng cho phép đảm bảo chuyển nguồn điện dự trữ đến những khu vực có nhu cầu liên quan đến công việc sửa chữa hoặc điều kiện khẩn cấp, có thể chuyển nguồn điện dư thừa từ tây sang đông hoặc ngược lại do thay đổi dây đai đúng giờ.

Nhờ đường truyền xa, người ta có thể xây dựng các nhà máy điện siêu năng lượng và tận dụng hết năng lượng của chúng.

Chi phí đầu tư để truyền tải 1 kW điện trên một khoảng cách nhất định ở điện áp 500 kV thấp hơn 3,5 lần so với điện áp 220 kV và thấp hơn 30 - 40% so với điện áp 330 - 400 kV.

Chi phí truyền 1 kW • h năng lượng ở điện áp 500 kV thấp hơn hai lần so với điện áp 220 kV và thấp hơn 33 — 40% so với điện áp 330 hoặc 400 kV. Khả năng kỹ thuật của cấp điện áp 500 kV (công suất tự nhiên, khoảng cách truyền tải) cao gấp 2 - 2,5 lần so với cấp điện áp 330 kV và 1,5 lần so với cấp điện áp 400 kV.

Đường dây 220 kV có thể truyền tải công suất 200 - 250 MW ở khoảng cách 200 - 250 km, đường dây 330 kV - công suất 400 - 500 MW ở khoảng cách 500 km, đường dây 400 kV - công suất 600 — 700 MW ở khoảng cách lên tới 900 km. Điện áp 500 kV cung cấp khả năng truyền tải điện 750 - 1000 MW qua một mạch ở khoảng cách lên tới 1000 - 1200 km.