Warum die Übertragung von Elektrizität über eine Distanz mit erhöhter Spannung erfolgt
Heutzutage erfolgt die Übertragung elektrischer Energie über eine Distanz immer mit einer erhöhten Spannung, die in Dutzenden und Hunderten von Kilovolt gemessen wird. Überall auf der Welt erzeugen Kraftwerke unterschiedlicher Art Gigawatt Strom. Dieser Strom wird in Städten und Dörfern über Leitungen verteilt, die wir beispielsweise auf Autobahnen und Eisenbahnen sehen können, wo sie stets an hohen Masten mit langen Isolatoren befestigt sind. Aber warum erfolgt die Übertragung immer unter Hochspannung? Darüber reden wir später.
Stellen Sie sich vor, Sie müssten elektrische Energie über Leitungen mit mindestens 1000 Watt über eine Distanz von 10 Kilometern übertragen in Form von Wechselstrom mit minimalen Leistungsverlusten ein leistungsstarker Kilowatt-Fluter. Was werden Sie tun? Offensichtlich muss die Spannung auf die eine oder andere Weise umgewandelt, verringert oder erhöht werden. mit einem Transformator.
Angenommen, eine Quelle (ein kleiner Benzingenerator) erzeugt eine Spannung von 220 Volt, während Ihnen ein zweiadriges Kupferkabel mit einem Querschnitt jeder Ader von 35 mm² zur Verfügung steht. Auf 10 Kilometern ergibt ein solches Kabel einen aktiven Widerstand von etwa 10 Ohm.
Eine 1-kW-Last hat einen Widerstand von etwa 50 Ohm. Und was, wenn die übertragene Spannung bei 220 Volt bleibt? Dies bedeutet, dass ein Sechstel der Spannung auf der Übertragungsleitung abfällt, die bei etwa 36 Volt liegt. Unterwegs gingen also etwa 130 W verloren – sie erwärmten lediglich die Übertragungskabel. Und am Flutlicht bekommen wir nicht 220 Volt, sondern 183 Volt. Der Übertragungswirkungsgrad betrug 87 %, wobei der induktive Widerstand der Übertragungsdrähte noch unberücksichtigt bleibt.
Tatsache ist, dass aktive Verluste in Übertragungskabeln immer direkt proportional zum Quadrat des Stroms sind (siehe Ohm'sches Gesetz). Wenn daher die Übertragung derselben Leistung bei einer höheren Spannung erfolgt, ist der Spannungsabfall an den Drähten kein so schädlicher Faktor.
Nehmen wir nun eine andere Situation an. Wir haben den gleichen Benzingenerator, der 220 Volt erzeugt, die gleichen 10 Kilometer Kabel mit einem Wirkwiderstand von 10 Ohm und die gleichen 1-kW-Flutlichter, aber obendrein gibt es noch zwei Kilowatt-Transformatoren, von denen der erste 220-22000 verstärkt Volt. Befindet sich in der Nähe des Generators und ist über eine Niederspannungsspule mit ihm verbunden und über eine Hochspannungsspule mit den Übertragungskabeln verbunden. Und der zweite Transformator, in einer Entfernung von 10 Kilometern, ist ein Abwärtstransformator mit 22000-220 Volt, an die Niederspannungsspule ist ein Flutlicht angeschlossen, und die Hochspannungsspule wird von den Übertragungskabeln gespeist.
Bei einer Lastleistung von 1000 Watt bei einer Spannung von 22000 Volt beträgt der Strom in der Sendeleitung (hier kann man auf die Berücksichtigung des Blindanteils verzichten) nur 45 mA, es fallen also keine 36 Volt an es (wie es ohne Transformatoren war), aber nur 0,45 Volt! Die Verluste betragen nicht mehr 130 W, sondern nur noch 20 mW. Der Wirkungsgrad einer solchen Übertragung bei erhöhter Spannung beträgt 99,99 %. Aus diesem Grund ist Surge effektiver.
In unserem Beispiel wird die Situation grob betrachtet und der Einsatz teurer Transformatoren für einen so einfachen Haushaltszweck wäre sicherlich eine ungeeignete Lösung. Aber auf der Ebene von Ländern und sogar Regionen, wenn es um Entfernungen von Hunderten von Kilometern und enorme Übertragungsleistungen geht, sind die Stromkosten, die verloren gehen können, tausendmal höher als alle Kosten für Transformatoren. Deshalb wird bei der Übertragung von Strom über eine Distanz immer eine erhöhte Spannung, gemessen in Hunderten von Kilovolt, angelegt – um Leistungsverluste bei der Übertragung zu reduzieren.
Der kontinuierliche Anstieg des Stromverbrauchs, die Konzentration der Produktionskapazitäten in Kraftwerken, die Reduzierung freier Flächen, die Verschärfung der Umweltschutzauflagen, die Inflation und der Anstieg der Grundstückspreise sowie eine Reihe weiterer Faktoren bestimmen den Anstieg maßgeblich in der Übertragungskapazität von Stromübertragungsleitungen.
Die Ausführungen verschiedener Stromleitungen werden hier besprochen: Das Gerät verfügt über verschiedene Stromleitungen mit unterschiedlicher Spannung
Mit der Vernetzung von Energiesystemen, der Leistungssteigerung von Kraftwerken und Systemen insgesamt nehmen auch die Entfernungen und Energieflüsse entlang der Stromleitung zu.Ohne leistungsstarke Hochspannungsleitungen ist die Energieversorgung aus modernen Großkraftwerken nicht möglich.
Einheitliches Energiesystem ermöglicht die Übertragung von Reservestrom in die Gebiete, in denen aufgrund von Reparaturarbeiten oder Notfällen Bedarf besteht. Aufgrund des Riemenwechsels ist es möglich, überschüssigen Strom von West nach Ost oder umgekehrt zu übertragen rechtzeitig.
Dank der Fernübertragung wurde es möglich, Superkraftwerke zu bauen und deren Energie voll auszunutzen.
Die Investitionen für die Übertragung von 1 kW Leistung über eine bestimmte Entfernung bei einer Spannung von 500 kV sind 3,5-mal niedriger als bei einer Spannung von 220 kV und 30–40 % niedriger als bei einer Spannung von 330–400 kV.
Die Kosten für die Übertragung von 1 kW·h Energie bei einer Spannung von 500 kV sind doppelt so hoch wie bei einer Spannung von 220 kV und um 33–40 % niedriger als bei einer Spannung von 330 oder 400 kV. Die technischen Fähigkeiten der 500-kV-Spannung (natürliche Leistung, Übertragungsentfernung) sind 2-2,5-mal höher als die von 330-kV und 1,5-mal höher als die von 400-kV.
Eine 220-kV-Leitung kann eine Leistung von 200 – 250 MW in einer Entfernung von 200 – 250 km übertragen, eine 330-kV-Leitung – eine Leistung von 400 – 500 MW in einer Entfernung von 500 km, eine 400-kV-Leitung – eine Leistung von 600 — 700 MW in einer Entfernung von bis zu 900 km. Die Spannung von 500 kV ermöglicht die Leistungsübertragung von 750 – 1000 MW über einen Stromkreis in einer Entfernung von bis zu 1000 – 1200 km.