Передача электроэнергии на расстояние: Передача электрической энергии на расстояние — урок. Физика, 8 класс.

Передача электроэнергии на большие расстояния

Рейтинг:  5 / 560Передача 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.

 

Социальные кнопки для Joomla

Передача электроэнергии на расстояние, способы получения и распределение кратко для доклада по физике (8 класс)

4.3

Средняя оценка: 4.

3

Всего получено оценок: 72.

Обновлено 22 Июля, 2021

4.3

Средняя оценка: 4.3

Всего получено оценок: 72.

Обновлено 22 Июля, 2021

Наиболее удобным видом энергетических ресурсов в настоящее время стало электричество. Его особенность состоит в том, что после выработки оно должно быть немедленно доставлено потребителю и сразу использовано. Поэтому важным вопросом современной энергетики является вопрос о передаче электроэнергии на расстояние. Рассмотрим кратко эту тему в объёме, достаточном для школьного доклада.

Выработка и передача электроэнергии

Из курса физики в 8 классе известно, что электричество — это упорядоченное движение заряженных частиц в проводнике, при котором заряды совершают полезную работу. Выработка электроэнергии состоит в том, что с помощью сторонних сил (как правило, механической природы) в проводниках создаётся электрическое поле. Под действием этого поля заряды приходят в движение, и энергия сторонних сил выделяется на нагрузке в виде механического движения или тепла.

2}Rt$$

где:

• $Q$ — тепло, теряющееся в линии;
• $I$ — ток в линии;
• $R$ — активное сопротивление линии;
• $P$ — мощность нагрузки;
• $U$ — напряжение в линии;
• $t$ — время.

Из этой формулы можно видеть пути для снижения потерь.

Во-первых, можно уменьшать сопротивление линии электропередачи. Однако возможностей в этом направлении немного. Увеличение сечения проводников или уменьшение их удельного сопротивления приводит к неоправданному удорожанию всей линии. Кроме того, проводники большого сечения сложно прокладывать.

Более выгодный способ уменьшения потерь — увеличение напряжения.

После непосредственного получения электроэнергия поступает на повышающий трансформатор, увеличивающий напряжение в линии. В таком виде электроэнергия передаётся на большие расстояния.

С повышением напряжения растут требования к качеству изоляции проводников, кроме того, играют роль и вопросы безопасности. Поэтому после доставки электроэнергии потребителям, она снова преобразуется в более низковольтную форму с помощью понижающего трансформатора.

Значение напряжений в различных точках системы передачи является компромиссом между противоречивыми условиями работы. Непосредственная выработка электроэнергии происходит на напряжениях порядка 10–20 кВ. Для передачи напряжение повышается до сотен киловольт, на таком напряжении происходит передача в промышленные центры. Там вновь происходит уменьшение напряжения: крупным группам потребителей поступает напряжение 35 кВ, большинству предприятий доставляется 6–12кВ, непосредственно потребителям — 380/220 В.

Рис. 2. Передача электроэнергии.

Ещё одним методом снижения потерь электроэнергии является создание единой энергосистемы государства с целью сглаживания пиковых нагрузок. Дополнительно это даёт ещё и возможность бесперебойной поставки электричества, несмотря на плановые профилактические работы и аварии на отдельных участках.

Рис. 3. Единая энергетическая система

Что мы узнали?

Электричество производится и потребляется в разных местах, поэтому вопрос передачи и распределения электроэнергии без потерь — один из важнейших в электроэнергетике. Основным направлением снижения потерь является повышение напряжения в сети. Для передачи на большое расстояние напряжение увеличивается до сотен киловольт с помощью трансформаторов, а в точках потребления вновь снижается до рабочих значений.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

Пока никого нет. Будьте первым!

Оценка доклада

4.3

Средняя оценка: 4.3

Всего получено оценок: 72.

---

А какая ваша оценка?

Электрическая передача – Энергетическое образование

Энергетическое образование

Меню навигации

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

ИНДЕКС

Поиск

Рисунок 1. Высоковольтные линии электропередач используются для передачи электроэнергии на большие расстояния. ^[1]

Передача электроэнергии — это процесс доставки генерируемой электроэнергии — обычно на большие расстояния — в распределительную сеть, расположенную в населенных пунктах. ^[2] Важная часть этого процесса включает трансформаторы, которые используются для повышения уровня напряжения, чтобы сделать возможной передачу на большие расстояния. ^[2]

Система передачи электроэнергии в сочетании с электростанциями, системами распределения и подстанциями образует то, что известно как электрическая сеть . Сеть удовлетворяет потребности общества в электроэнергии и обеспечивает передачу электроэнергии от ее производства до конечного использования. Поскольку электростанции чаще всего располагаются за пределами густонаселенных районов, система передачи должна быть достаточно крупной.

Линии электропередач

Линии электропередач или линии электропередач, подобные показанным на рис. 1, транспортируют электроэнергию с места на место. Обычно это электричество переменного тока, поэтому повышающие трансформаторы могут повышать напряжение. Это повышенное напряжение обеспечивает эффективную передачу на расстояние до 500 километров. Существует 3 типа линий: ^[3]

• Воздушные линии имеют очень высокое напряжение, от 100 кВ до 800 кВ, и обеспечивают большую часть передачи на большие расстояния. Они должны быть высокого напряжения, чтобы минимизировать потери мощности на сопротивление.
• Линии метрополитена используются для передачи электроэнергии через населенные пункты, под водой или практически везде, где нельзя использовать воздушные линии. Они менее распространены, чем воздушные линии, из-за тепловых потерь и более высокой стоимости.
• Подпередающие линии несут более низкое напряжение (26 кВ — 69 кВ) к распределительным станциям и могут быть воздушными или подземными.

Рисунок 2. Карта ЛЭП США и Канады. ^[4]

Снижение потерь в линии электропередач 92\x R[/math]

где

• [math]I[/math] — сила тока в амперах
• [math]R[/math] сопротивление в омах

Выше было упомянуто, что высоковольтные линии уменьшают эту потерю мощности. Этот факт можно объяснить, посмотрев на переданную мощность, [math]P_{trans}=I\times V[/math]. По мере того, как напряжение становится выше, ток должен уменьшаться пропорционально, потому что мощность остается постоянной. Например, если напряжение увеличить в 100 раз, ток должен уменьшиться в 100 раз, а результирующая потеря мощности уменьшится в 100 9 раз.0015 2 = 10000. Однако существует ограничение, заключающееся в том, что при очень высоких напряжениях (2000 кВ) электричество начинает разряжаться, что приводит к большим потерям. ^[3] При передаче и распределении электроэнергии в Соединенных Штатах, по оценкам EIA, теряется около 6% электроэнергии. ^[5]

Для дополнительной информации

Для получения дополнительной информации см. соответствующие страницы ниже:

• Производство электроэнергии
• Распределительная сеть
• Трансформатор
• Подключение домов к электросети
• Энергия для электричества по странам
• Или исследуйте случайную страницу!

Ссылки

1. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ligne_haute-tension.jpg
2. ↑ ^{2.0 2.1} Р. Пейнтер и Б. Дж. Бойделл, «Передача и распределение электроэнергии: обзор» в Введение в электричество , 1-е изд., Аппер-Сэдл-Ривер, Нью-Джерси: Пирсон, 2011, глава 25, сек. .1, стр.1095-1097
3. ↑ ^{3.0 3.1 3.2} Р. Пейнтер и Б. Дж. Бойделл, «Линии передачи и подстанции» в Введение в электричество , 1-е изд., Аппер-Сэдл-Ривер, Нью-Джерси: Пирсон, 20251, сек. .3, с.1102-1104
4. ↑ EIA, Неделя Канады: Интегрированная электрическая сеть повышает надежность для США, Канады [онлайн], доступно: http://www.eia.gov/todayinenergy/detail.cfm?id=8930
5. ↑ ОВОС. (27 мая 2015 г.). Потери электроэнергии [Онлайн]. Доступно: http://www.eia.gov/tools/faqs/faq.cfm?id=105&t=3

Передача электроэнергии

Передача электроэнергии на большие расстояния является одной из основных проблем эпохи электричества. Цели, над которыми работали инженеры остались прежними, несмотря на то, что многие другие вещи изменились года.

1. КПД — транспорт электрический мощность на расстоянии с минимальными потерями
2. Безопасность — транспортная мощность через городской и сельской местности, сводя к минимуму вред для людей и животных.
3. Стоимость — использовать минимальное сырье материалы и строительные/эксплуатационные расходы возможны
4. Надежность — создать систему которая не уязвима для всплесков от молний, ​​солнечных вспышек, землетрясений, ледяные бури, ураганы и система может «исцелять» себя, когда происходят перебои, изолирующие проблемные зоны.

Внизу: простая иллюстрация энергосистемы с изображением высокого напряжения. перешел к фидерным линиям

передача в Мюнхен Германия в 1882 году люди сделали все ошибки возможно и извлекли из этого уроки. Инженеры все еще пытаются решить очень сложные проблемы, такие как контроль затрат и устойчивость к солнечным вспышкам который может выбить власть во всем мире.

Четыре способа транспортировки электрических сила:

Сила переменного тока высокого напряжения

Наиболее распространенный в мире метод, при котором используются алюминиевые проводники со стальным центр поддержки. Линии подвешены высоко выше земли. Чем выше напряжение, тем сильнее электромагнитное поле. поле, создаваемое вокруг провода

Внизу: простая модель распределительной системы переменного тока. Мощность ступенчатая до 345 кВ, затем снижается до 69 кВ и в итоге оказывается в доме по адресу 220 вольт. Трансформаторы изменяют напряжение, а конденсаторы и катушки индуктивности держите форму волны в синхронизации. Влияние индуктивности и изменяющихся нагрузок может нарушить синхронизацию сигнала переменного тока, что приведет к потере эффективного передача инфекции.

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

Высоковольтный источник постоянного тока

Это может быть более эффективным, чем переменный ток и технология твердого топлива. государственные системы HVDC являются относительно новыми. HVDC был первой формой передача на большие расстояния. Эти линии не имеют конфигурации «сетки». которые могут равномерно распределять мощность в сети, но системы HVDC являются единым линия дальней связи, соединяющая основные сети. Сети HVDC пересекают Китай, США и Европа, соединяющие основные географические районы. HVDC особенно полезно для соединения таких островов, как Великобритания и Япония, так как это может уйти под воду 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 передавать электроэнергию по подземным кабелям практически без потерь. К сожалению, эта технология еще не является рентабельной. Короткий экспериментальный линии были проложены в Олбани, штат Нью-Йорк, и в других местах в Японии и Германия.

Беспроводная передача энергии

Возможна беспроводная передача энергии по воздуху. Никола Однако Тесла и исследовательская лаборатория General Electric экспериментировали с этим. это нецелесообразно по ряду причин. Это крайне неэффективно по воздуху, и это смертельно для животных, таких как птицы прохождение через мощные лучи. вряд ли эта технология всегда будет полезно, особенно с учетом того, что мы продвигаемся вперед с HVDC, достижения впечатляющих уровней эффективности.

Проверка:

Инженеры работали в специальных лабораториях для проверки устойчивости к освещению, шортам, бомбардировке ЭМИ. Многие инженеры Эдисона Технический центр, опрошенный на протяжении многих лет, пришел к выводу, что тестирование довольно удовлетворительная карьера.