Elektriğin uzaktan iletimi neden artan voltajda gerçekleşir?
Bugün, elektrik enerjisinin bir mesafeden iletilmesi her zaman onlarca ve yüzlerce kilovolt olarak ölçülen artan bir voltajda gerçekleştirilir. Dünyanın her yerinde, çeşitli türlerdeki enerji santralleri gigawatt elektrik üretir. Bu elektrik şehirlerde ve köylerde, örneğin otoyollarda ve demiryollarında görebildiğimiz, her zaman uzun yalıtkanlı uzun direklere sabitlenmiş teller kullanılarak dağıtılır. Peki iletim neden her zaman yüksek voltajlıdır? Bunun hakkında daha sonra konuşacağız.
Elektrik enerjisini en az 1000 watt'lık kablolarla 10 kilometre mesafeye iletmek zorunda olduğunuzu hayal edin. alternatif akım şeklinde minimum güç kaybıyla, güçlü bir kilovatlık projektör. Ne yapacaksın? Açıkçası, voltajın bir şekilde dönüştürülmesi, azaltılması veya arttırılması gerekecektir. trafo kullanmak.
Bir kaynağın (küçük bir benzinli jeneratör) 220 voltluk bir voltaj ürettiğini ve emrinizde her bir damarın kesiti 35 mm2 olan iki damarlı bir bakır kablo olduğunu varsayalım. 10 kilometre boyunca, böyle bir kablo yaklaşık 10 ohm'luk bir aktif direnç verecektir.
1 kW'lık bir yükün direnci yaklaşık 50 ohm'dur. Ya iletilen voltaj 220 voltta kalırsa? Bu, voltajın altıda birinin, yaklaşık 36 volt olacak olan iletim kablosunda olacağı (düşeceği) anlamına gelir. Böylece, yol boyunca yaklaşık 130 W kaybedildi - sadece verici telleri ısındı. Ve projektörlerde 220 volt değil 183 volt alıyoruz. İletim verimliliği% 87 olarak ortaya çıktı ve bu, verici tellerin endüktif direncini hala göz ardı ediyor.
Gerçek şu ki, iletim kablolarındaki aktif kayıplar her zaman akımın karesiyle doğru orantılıdır (bkz. Ohm Yasası). Bu nedenle, aynı gücün transferi daha yüksek bir voltajda gerçekleştirilirse, teller üzerindeki voltaj düşüşü bu kadar zararlı bir faktör olmayacaktır.
Şimdi farklı bir durum varsayalım. 220 volt üreten aynı benzinli jeneratöre, 10 ohm aktif dirençli aynı 10 kilometrelik kabloya ve aynı 1 kW projektörlere sahibiz, ancak bunun da ötesinde, birincisi 220 -22000 yükselten iki kilovat transformatör var. volt. Jeneratörün yanında bulunur ve ona düşük voltajlı bir bobin aracılığıyla ve yüksek voltajlı bir bobin aracılığıyla - iletim kablolarına bağlanır. 10 kilometre mesafedeki ikinci trafo ise projektörün bağlı olduğu alçak gerilim bobinine 22000-220 voltluk bir düşürücü trafodur ve yüksek gerilim bobini iletim kablolarıyla beslenir.
Bu nedenle, 22000 voltluk bir voltajda 1000 watt'lık bir yük gücü ile, verici teldeki akım (burada reaktif bileşeni hesaba katmadan yapabilirsiniz) sadece 45 mA olacaktır, bu da 36 voltun düşmeyeceği anlamına gelir. o (trafosuz olduğu gibi), ancak yalnızca 0,45 volt! Kayıplar artık 130 W değil, yalnızca 20 mW olacak. Arttırılmış voltajda bu tür bir iletimin verimliliği %99,99 olacaktır. Bu nedenle dalgalanma daha etkilidir.
Örneğimizde, durum kabaca ele alınmıştır ve bu kadar basit bir ev amacı için pahalı transformatörlerin kullanılması kesinlikle uygunsuz bir çözüm olacaktır. Ancak ülke ve hatta bölge ölçeğinde, yüzlerce kilometrelik mesafeler ve iletilen devasa güçler söz konusu olduğunda, kaybedilebilecek elektriğin maliyeti, tüm trafo maliyetlerinden bin kat daha fazladır. Bu nedenle, elektriği uzaktan iletirken, iletim sırasındaki güç kayıplarını azaltmak için her zaman yüzlerce kilovolt olarak ölçülen yüksek bir voltaj uygulanır.
Elektrik tüketiminin sürekli artması, üretim kapasitesinin santrallerde yoğunlaşması, boş alanların azalması, çevre koruma gerekliliklerinin sıkılaştırılması, enflasyon ve arazi fiyatlarındaki artışın yanı sıra bir dizi başka faktör artışı güçlü bir şekilde dikte ediyor. elektrik iletim hatlarının iletim kapasitesinde.
Çeşitli elektrik hatlarının tasarımları burada gözden geçirilir: Farklı gerilime sahip farklı güç hatlarının cihazı
Enerji sistemlerinin birbirine bağlanması, enerji santrallerinin ve bir bütün olarak sistemlerin kapasitesindeki artışa, enerji hattı boyunca iletilen enerjinin mesafelerinde ve akışlarında bir artış eşlik eder.Güçlü yüksek voltajlı elektrik hatları olmadan, modern büyük elektrik santrallerinden enerji sağlamak imkansızdır.
Birleşik enerji sistemi onarım çalışmaları veya acil durumlar ile ilgili olarak ihtiyaç duyulan alanlara yedek gücün aktarılmasını sağlar, kayış değişikliği nedeniyle fazla gücü batıdan doğuya veya tersi yönde aktarmak mümkün olacaktır. zamanında.
Uzun mesafeli iletimler sayesinde süper güç santralleri inşa etmek ve enerjisinden tam olarak yararlanmak mümkün hale geldi.
500 kV gerilimde 1 kW'lık gücün belirli bir mesafeye iletilmesine yönelik yatırımlar, 220 kV gerilime göre 3,5 kat, 330 - 400 kV gerilime göre %30 - 40 daha düşüktür.
500 kV gerilimde 1 kW • saat enerji aktarmanın maliyeti, 220 kV gerilimden iki kat, 330 veya 400 kV gerilimden %33 - 40 daha düşüktür. 500 kV voltajın teknik yetenekleri (doğal güç, iletim mesafesi) 330 kV'a göre 2 — 2,5 kat, 400 kV'a göre 1,5 kat daha fazladır.
220 kV hat 200 — 250 MW gücü 200 — 250 km mesafeye, 330 kV hat — 400 — 500 MW güç 500 km mesafeye, 400 kV hat — 600 MW güç iletebilir. — 900 km mesafeye kadar 700 MW. 500 kV voltaj, 1000 - 1200 km'ye kadar bir mesafede tek devre üzerinden 750 - 1000 MW güç iletimi sağlar.