+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Передача электроэнергии. Путь от электростанции к потребителю. Сокращение потерь при передаче электроэнергии.

Передача электроэнергии. Путь от электростанции к потребителю. Сокращение потерь при передаче электроэнергии.

Рассмотрим кратко систему электроснабжения, представляющую из себя группу электротехнических устройств для передачи, преобразования, распределения и потребления электрической энергии. Глава расширит кругозор тех, кто хочет научиться грамотно использовать домашнюю электросеть.

Снабжение электроэнергией осуществляется по стандартным схемам. Например, на рис. 1.4 представлена радиальная однолинейная схема электроснабжения для передачи электроэнергии от понижающей подстанции электростанции до потребителя электроэнергии напряжением 380 В.

От электростанции электроэнергия напряжением 110—750 кВ передается по линиям электропередач (ЛЭП) на главные или районные понижающие подстанции, на которых напряжение снижается до 6—35 кВ. От распределительных устройств это напряжение по воздушным или кабельным ЛЭП передается к трансформаторным подстанциям, расположенным в непосредственной близости от потребителей электрической энергии. На подстанции величина напряжения снижается до 380 В, и по воздушным или кабельным линиям электроэнергия поступает непосредственно к потребителю в доме. При этом линии имеют четвертый (нулевой) провод 0, позволяющий получить фазное напряжение 220 В, а также обеспечивать защиту электроустановок.
Такая схема позволяет передать электроэнергию потребителю с наименьшими потерями. Поэтому на пути от электростанции к потребителям электроэнергия трансформируется с одного напряжения на другое. Упрощенный пример трансформации для небольшого участка энергосистемы показан на рис. 1.5. Зачем применяют высокое напряжение? Расчет сложен, но ответ прост. Для снижения потерь на нагрев проводов при передаче на большие расстояния.

Потери зависят от величины проходящего тока и диаметра проводника, а не приложенного напряжения.

Например:
Допустим, что с электростанции в город, находящийся от нее на расстоянии 100 км, нужно передавать по одной линии 30 МВт. Из-за того, что провода линии имеют электрическое сопротивление, ток их нагревает. Эта теплота рассеивается и не может быть использована. Энергия, затрачиваемая на нагревание, представляет собой потери.

Свести потери к нулю невозможно. Но ограничить их необходимо. Поэтому допустимые потери нормируют, т. е. при расчете проводов линии и выборе ее напряжения исходят из того, чтобы потери не превышали, например, 10% полезной мощности, передаваемой по линии. В нашем примере это 0,1-30 МВт = 3 МВт.

Например:
Если не применять трансформацию, т. е. передавать электроэнергию при напряжении 220 В, то для снижения потерь до заданного значения сечение проводов пришлось бы увеличить примерно до 10 м2. Диаметр такого «провода» превышает 3 м, а масса в пролете составляет сотни тонн.
Применяя трансформацию, т. е. повышая напряжение в линии, а затем, снижая его вблизи расположения потребителей, пользуются другим способом снижения потерь: уменьшают ток в линии. Этот способ весьма эффективен, так как потери пропорциональны квадрату силы тока. Действительно, при повышении напряжения вдвое ток снижается вдвое, а потери уменьшаются в 4 раза. Если напряжение повысить в 100 раз, то потери снизятся в 100 во второй степени, т. е. в 10000 раз.

Например:
В качестве иллюстрации эффективности повышения напряжения укажу, что по линии электропередачи трехфазного переменного тока напряжением 500 кВ передают 1000 МВт на 1000 км.

Линии электропередач

Электрические сети предназначены для передачи и распределения электроэнергии. Они состоят из совокупности подстанций и линий различных напряжений. При электростанциях строят повышающие трансформаторные подстанции, и по линиям электропередачи высокого напряжения передают электроэнергию на большие расстояния. В местах потребления сооружают понижающие трансформаторные подстанции.

Основу электрической сети составляют обычно подземные или воздушные линии электропередачи высокого напряжения. Линии, идущие от трансформаторной подстанции до вводно-распределительных устройств и от них до силовых распределительных пунктов и до групповых щитков, называют питающей сетью. Питающую сеть, как правило, составляют подземные кабельные линии низкого напряжения.

По принципу построения сети разделяются на разомкнутые и замкнутые. В разомкнутую сеть входят линии, идущие к электроприемникам или их группам и получающие питание с одной стороны. Разомкнутая сеть обладает некоторыми недостатками, заключающимися в том, что при аварии в любой точке сети питание всех потребителей за аварийным участком прекращается.

Замкнутая сеть может иметь один, два и более источников питания. Несмотря на ряд преимуществ, замкнутые сети пока не получили большого распространения. По месту прокладки сети бывают наружные и внутренние.

Способы выполнения линий электропередач

Каждому напряжению соответствуют определенные способы выполнения электропроводки. Это объясняется тем, что чем напряжение выше, тем труднее изолировать провода. Например, в квартирах, где напряжение 220 В, проводку выполняют проводами в резиновой или в пластмассовой изоляции. Эти провода просты по устройству и дешевы.

Несравненно сложнее устроен подземный кабель, рассчитанный на несколько киловольт и проложенный под землей между трансформаторами. Кроме повышенных требований к изоляции, он еще должен иметь повышенную механическую прочность и стойкость к коррозии.

Для непосредственного электроснабжения потребителей используются:

♦ воздушные или кабельные ЛЭП напряжением 6 (10) кВ для питания подстанций и высоковольтных потребителей;
♦ кабельные ЛЭП напряжением 380/220 В для питания непосредственно низковольтных электроприемников. Для передачи на расстояние напряжения в десятки и сотни киловольт создаются воздушные линии электропередач. Провода высоко поднимаются над землей, в качестве изоляции используется воздух. Расстояния между проводами рассчитываются в зависимости от напряжения, которое планируется передавать. На рис. 1.6 изображены в одном масштабе опоры для воздушных линий электропередач напряжениями 500, 220, 110, 35 и 10 кВ. Заметьте, как увеличиваются размеры и усложняются конструкции с ростом рабочего напряжения!

Рис. 1.6. Опоры воздушных линий разных напряжений

Например:
Опора линии напряжением 500 кВ имеет высоту семиэтажного дома. Высота подвеса проводов 27 м, расстояние между проводами 10,5 м, длина гирлянды изоляторов более 5 м. Высота опор для переходов через реки достигает 70 м. Рассмотрим варианты выполнения ЛЭП подробнее.

Воздушные ЛЭП
Определение.
Воздушной линией электропередачи называют устройство для передачи или распределения электроэнергии по проводам, находящимся на открытом воздухе и прикрепленным при помощи траверс (кронштейнов), изоляторов и арматуры к опорам или инженерным сооружениям.

В соответствии с «Правилами устройства электроустановок» по напряжению воздушные линии делятся на две группы: напряжением до 1000 В и напряжением свыше 1000 В. Для каждой группы линий установлены технические требования их устройства.

Воздушные ЛЭП 10 (6) кВ находят наиболее широкое применение в сельской местности и в небольших городах. Это объясняется их меньшей стоимостью по сравнению с кабельными линиями, меньшей плотностью застройки и т. д.

Для проводки воздушных линий и сетей используют различные провода и тросы. Основное требование, предъявляемое к материалу проводов воздушных линий электропередачи, — малое электрическое сопротивление. Кроме того, материал, применяемый для изготовления проводов, должен обладать достаточной механической прочностью, быть устойчивым к действию влаги и находящихся в воздухе химических веществ.

В настоящее время чаще всего используют провода из алюминия и стали, что позволяет экономить дефицитные цветные металлы (медь) и снижать стоимость проводов. Медные провода применяют на специальных линиях. Алюминий обладает малой механической прочностью, что приводит к увеличению стрелы провеса и, соответственно, к увеличению высоты опор или уменьшению длины пролета. При передаче небольших мощностей электроэнергии на короткие расстояния применение находят стальные провода.

Для изоляции проводов и крепления их к опорам линий электропередач служат линейные изоляторы, которые наряду с электрической должны также обладать и достаточной механической прочностью. В зависимости от способа крепления на опоре различают изоляторы штыревые (их крепят на крюках или штырях) и подвесные (их собирают в гирлянду и крепят к опоре специальной арматурой).

Штыревые изоляторы применяют на линиях электропередач напряжением до 35 кВ. Маркируют их буквами, обозначающими конструкцию и назначение изолятора, и числами, указывающими рабочее напряжение. На воздушных линиях 400 В используют штыревые изоляторы ТФ, ШС, ШФ. Буквы в условных обозначениях изоляторов обозначают следующее: Т — телеграфный; Ф — фарфоровый; С — стеклянный; ШС — штыревой стеклянный; ШФ — штыревой фарфоровый.

Штыревые изоляторы применяют для подвешивания сравнительно легких проводов, при этом в зависимости от условий трассы используются различные типы крепления проводов. Провод на промежуточных опорах укрепляют обычно на головке штыревых изоляторов, а на угловых и анкерных опорах— на шейке изоляторов. На угловых опорах провод располагают с наружной стороны изолятора по отношению к углу поворота линии.

Подвесные изоляторы применяют на воздушных линиях 35 кВ и выше. Они состоят из фарфоровой или стеклянной тарелки (изолирующая деталь), шапки из ковкого чугуна и стержня. Конструкция гнезда шапки и головки стержня обеспечивает сферическое шарнирное соединение изоляторов при комплектовании гирлянд. Гирлянды собирают и подвешивают к опорам и тем самым обеспечивают необходимую изоляцию проводов. Количество изоляторов в гирлянде зависит от напряжения линии и типа изоляторов.

Материалом для вязки алюминиевого провода к изолятору служит алюминиевая проволока, а для стальных проводов— мягкая стальная. При вязке проводов выполняют обычно одинарное крепление, двойное же крепление применяют в населенной местности и при повышенных нагрузках. Перед вязкой заготовляют проволоку нужной длины (не менее 300 мм).

Головную вязку выполняют двумя вязальными проволоками разной длины. Эти проволоки закрепляют на шейке изолятора, скручивая между собой. Концами более короткой проволоки обвивают провод и плотно притягивают четыре-пять раз вокруг провода. Концы другой проволоки, более длинные, накладывают на головку изолятора накрест через провод четыре-пять раз.

Для выполнения боковой вязки берут одну проволоку, кладут ее на шейку изолятора и оборачивают вокруг шейки и провода так, чтобы один ее конец прошел над проводом и загнулся сверху вниз, а второй — снизу вверх. Оба конца проволоки выводят вперед и снова оборачивают их вокруг шейки изолятора с проводом, поменяв местами относительно провода.

После этого провод плотно притягивают к шейке изолятора и обматывают концы вязальной проволоки вокруг провода с противоположных сторон изолятора шесть-восемь раз. Во избежание повреждения алюминиевых проводов место вязки иногда обматывают алюминиевой лентой. Изгибать провод на изоляторе сильным натяжением вязальной проволоки не разрешается.

Вязку проводов выполняют вручную, используя монтерские пассатижи. Особое внимание обращают при этом на плотность прилегания вязальной проволоки к проводу и на положение концов вязальной проволоки (они не должны торчать). Штыревые изоляторы крепят к опорам на стальных крюках или штырях. Крюки ввертывают непосредственно в деревянные опоры, а штыри устанавливают на металлических, железобетонных или деревянных траверсах. Для крепления изоляторов на крюках и штырях используют переходные полиэтиленовые колпачки. Разогретый колпачок плотно надвигают на штырь до упора, после этого на него навинчивают изолятор.

Провода подвешиваются на железобетонных или деревянных опорах при помощи подвесных или штыревых изоляторов. Для воздушных ЛЭП используются неизолированные провода. Исключением являются вводы в здания — изолированные провода, протягиваемые от опоры ЛЭП к изоляторам, укрепленным на крюках непосредственно на здании.

Внимание!
Наименьшая допустимая высота расположения нижнего крюка на опоре (от уровня земли) составляет: в ЛЭП напряжением до 1000 В для промежуточных опор от 7 м, для переходных опор — 8,5 м; в ЛЭП напряжением более 1000 В высота расположения нижнего крюка для промежуточных опор составляет 8,5 м, для угловых (анкерных) опор — 8,35 м.

Наименьшие допустимые сечения проводов воздушных ЛЭП напряжением более 1000 В, выбираемые по условиям механической прочности с учетом возможной толщины их обледенения, приведены в табл. 1.1.

Минимально допустимые значения проводов возжушныхЛЭП напряжением более 1000 В
Таблица 1.1

Внимание!
Для воздушных ЛЭП напряжением до 1000 В по условиям механической прочности применяются провода, имеющие сечения не менее: алюминиевые —16 мм2; сталеалюминиевые —10 мм2; стальные однопроволочные — 4 мм2.

На воздушных ЛЭП напряжением до 1000 В устанавливают заземляющие устройства. Расстояние между ними определяется числом грозовых часов в году:

♦    до 40 часов — не более 200 м;
♦    более 40 часов — не более 100 м.

Сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 30 Ом.

Допустимые расстояния от нижних проводов воздушных ЛЭП напряжением до 1000 В и до 10 кВ и их опор до объектов представлены в табл. 1.2.

Таблица 1.2

elektrikvolt.blogspot.com

популярные способы и альтернативные варианты

Электричество не относится к накопительным ресурсам. На сегодняшний день нет эффективных технологий, позволяющих аккумулировать энергию, выработанную генераторами, поэтому передача электроэнергии потребителям относится к актуальным задачам. В стоимость ресурса входят затраты на его производство, потери при транспортировке и расходы на монтаж и обслуживание ЛЭП. При этом от схемы передачи напрямую зависит эффективность системы электроснабжения.

Высокое напряжение, как способ уменьшения потерь

Несмотря на то, что во внутренних сетях большинства потребителей, как правило, 220/380 В, электроэнергия передается к ним по высоковольтным магистралям и понижается на трансформаторных подстанциях. Для такой схемы работы есть весомые основания, дело в том, что наибольшая доля потерь приходится на нагрев проводов.

Мощность потерь описывает следующая формула: Q = I2 * Rл ,

где I – сила тока, проходящего через магистраль, RЛ – ее сопротивление.

Исходя из приведенной формулы можно заключить, что снизить затраты можно путем уменьшения сопротивления в ЛЭП или понизив силу тока. В первом случае потребуется увеличивать сечения провода, это недопустимо, поскольку приведет к существенному удорожанию электропередающих магистралей. Выбрав второй вариант, понадобится увеличить напряжение, то есть, внедрение высоковольтных ЛЭП приводит к снижению потерь мощности.

Классификация линий электропередач

В энергетике принято разделять ЛЭП на виды в зависимости от следующих показателей:

  1. Конструктивные особенности линий, осуществляющих передачу электроэнергии. В зависимости от исполнения они могут быть двух видов:
  • Воздушными. Передача электричества осуществляется с использованием проводов, которые подвешиваются на опоры.
    Воздушные линии электропередач
  • Кабельными. Такой способ монтажа подразумевает укладку кабельных линий непосредственно в грунт или в специально предназначенные для этой цели инженерные системы.
    Обустройство блочной кабельной канализации
  1. Вольтаж. В зависимости от величины напряжения ЛЭП принято классифицировать на следующие виды:
  • Низковольтные, к таковым относятся все ВЛ с напряжением не более 1-го кВ.
  • Средние – от 1-го до 35-ти кВ.
  • Высоковольтные – 110,0-220,0 кВ.
  • Сверхвысоковольтные – 330,0-750,0 кВ.
  • Ультравысоковольтные – более 750-ти кВ.
    Ультравысоковольтная ЛЭП Экибастуз-Кокчетав 1150 кВ
  1. Разделение по типу тока при передаче электричества, он может быть переменным и постоянным. Первый вариант более распространен, поскольку электростанции, как правило, оборудованы генераторами переменного тока. Но для уменьшения нагрузочных потерь энергии, особенно на большой дальности передачи, более эффективен второй вариант. Как организованы схемы передачи электричества в обоих случаях, а также преимущества каждого из них, будет рассказано ниже.
  2. Классификация в зависимости от назначения. Для этой цели приняты следующие категории:
  • Линии от 500,0 кВ для сверхдальних расстояний. Такие ВЛ связывают между собой отдельные энергетические системы.
  • ЛЭП магистрального назначения (220,0-330,0 кВ). При помощи таких линий осуществляется передача электричества, вырабатываемого на мощных ГЭС, тепловых и атомных электростанциях, а также их объединения в единую энергосистему.
  • ЛЭП 35-150 кВ относятся к распределительным. Они служат для снабжения электроэнергией крупных промышленных площадок, подключения районных распределительных пунктов и т.д.
  • ЛЭП с напряжением до 20,0 кВ, служат для подключения групп потребителей к электрической сети.

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).

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.

www.asutpp.ru

Как передается электроэнергия на расстоянии к потребителям

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:

samelectrik.ru

Передача электроэнергии от электростанции к потребителю

От непосредственных источников генерации к потребителю электрическая энергия проходит множество технологических пунктов. При этом и сами ее носители в виде линий с проводниками имеют существенное значение в данной инфраструктуре. Они во многом и формируют многоуровневую и сложную систему передачи электроэнергии, где потребитель является завершающим звеном.

Откуда берется электроэнергия?

На первом этапе общего процесса энергообеспечения происходит генерация, то есть выработка электричества. Для этого используются специальные станции, которые производят энергию из других ее источников. В качестве последних может использоваться тепло, вода, солнечный свет, ветер и даже земля. В каждом случае применяются станции-генераторы, преобразующие природную или искусственно выработанную энергию в электричество. Это могут быть и традиционные атомные или тепловые электростанции, и ветряные мельницы с солнечными батареями. Для передачи электроэнергии большей части потребителей применяются всего три вида станций: АЭС, ТЭС и ГЭС. Соответственно, атомные, тепловые и гидрологические установки. На них генерируется порядка 75–85% энергии во всем мире, хотя в силу экономических и особенно экологических факторов нарастает тенденция к сокращению данного показателя. Так или иначе, именно эти основные электростанции производят энергию для дальнейшей ее передачи потребителю.

Сети для передачи электрической энергии

Транспортировку выработанной энергии осуществляет сетевая инфраструктура, представляющая собой совокупность разного рода электроустановок. Базовая структура передачи электроэнергии потребителям включает трансформаторы, преобразователи и подстанции. Но ведущее место в ней занимают линии электропередач, которые непосредственно связывают электростанции, промежуточные установки и потребителей. При этом и сети могут различаться между собой – в частности, по назначению:

  • Общественные сети. Снабжают бытовые, промышленные, сельскохозяйственные и транспортные объекты.
  • Сетевые коммуникации для автономного энергообеспечения. Обеспечивают питание автономных и мобильных объектов, к которым относятся самолеты, суда, энергонезависимые станции и т. п.
  • Сети для энергоснабжения объектов, выполняющих отдельные технологические операции. На том же производственном объекте помимо основного снабжения электричеством может предусматриваться линия для поддержания работоспособности конкретного оборудования, конвейера, инженерной установки и т. д.
  • Контактные линии энергоснабжения. Сети, предназначенные для доставки электроэнергии напрямую движущимся транспортным средствам. Это касается трамваев, локомотивов, троллейбусов и др.

Классификация сетей передачи электроэнергии по размеру

К наиболее крупным относятся магистральные сети, связывающие источники генерации энергии с центрами потребления в масштабах стран и регионов. Такие коммуникации характеризуются высокими показателями мощности (в размере гигаватт) и напряжения. На следующем уровне находятся региональные сети, которые представляют собой ответвления от магистральных линий и, в свою очередь, сами имеют отхождения более мелкого формата. По таким каналам осуществляется передача и распределение электроэнергии городам, районам, крупным транспортным узлам и удаленным месторождениям. Хотя и сети такого калибра могут похвастаться высокими мощностными показателями, главное, их преимущество заключается не в объемном снабжении энергетическими ресурсами, а в дальности транспортировки.

На следующем уровне идут районные и внутренние сети. Они же по большей части и выполняют функции распределения энергии между конкретными потребителями. Районные каналы питаются прямо от региональных, обслуживая городские квартальные зоны и поселковые сети. Что касается внутренних сетей, то они распределяют энергию в пределах квартала, села, завода и более мелких объектов.

Подстанции в сетях электроснабжения

Между отдельными отрезками линий транспортировки электроэнергии устанавливаются трансформаторы в формате подстанций. Их основная задача заключается в повышении напряжения на фоне снижения силы тока. А также существуют и понижающие установки, сокращающие показатель выходного напряжения в условиях наращивания силы тока. Необходимость такой регуляции параметров электроэнергии на пути к потребителю обуславливается потребностью в компенсации потерь на активном сопротивлении. Дело в том, что передача электроэнергии осуществляется по проводам с оптимальной площадью сечения, которая определяется исключительно отсутствием коронного разряда и силой тока. Невозможность контроля других параметров и приводит к потребности в дополнительном регулирующем оборудовании в виде того же трансформатора. Но есть и еще одна причина, по которой должно повышаться напряжение за счет подстанции. Чем выше этот показатель, тем дальше, может быть, расстояние передачи энергии с сохранением высокого мощностного потенциала.

Особенности цифровых трансформаторов

Современная разновидность подстанций, допускает возможность цифрового управления. Так, стандартный трансформатор этого типа предусматривает включение следующих компонентов:

  • Оперативно-диспетчерский пункт. Рабочий персонал через специальный терминал, подключенный по удаленной (иногда беспроводной) связи, контролирует работу станции в утяжеленных и нормальных режимах. Могут применяться вспомогательные устройства автоматики, а скорость передачи команд варьируется от нескольких минут до часов.
  • Противоаварийный блок управления. Данный модуль включается в работу при сильных возмущениях на линии. К примеру, если передача электроэнергии от электростанции к потребителю происходит в условиях переходных электромеханических процессов (при внезапном отключении собственного питания, генератора, сбросе значительной нагрузки и т. д.).
  • Релейная защита. Как правило, автоматический модуль с независимым источником энергоснабжения, в перечень задач которого входит локальное управление энергосистемой за счет быстрого обнаружения и отделения неисправных частей сети.

Вспомогательные электроустановки на линиях электропередачи

Подстанция кроме трансформаторного блока предусматривает наличие разъединителей, отделителей, измерительных и прочих дополняющих устройств. Они не относятся прямо к управляющему комплексу и работают по умолчанию. Каждая из этих установок предназначена для выполнения определенных задач:

  • Разъединитель выполняет размыкание/включение силовой цепи, если на силовых проводах отсутствует нагрузка.
  • Отделитель автоматически отключает трансформатор от сети на время, которое потребуется для аварийного режима эксплуатации подстанции. В отличие от управляющего модуля, в данном случае перевод на аварийную фазу работы производится механически.
  • Измерительные устройства определяют вектора напряжений и токов, при которых осуществляется передача электроэнергии от источника к потребителю в конкретный момент времени. Это тоже автоматические средства, поддерживающие и учет метрологических погрешностей.

Проблемы при передаче электрической энергии

При организации и эксплуатации сетей электроснабжения возникает немало сложностей, носящих технический и экономический характер. Например, важнейшей проблемой такого рода считаются уже упомянутые потери мощности тока из-за сопротивления в проводниках. Данный фактор компенсируется трансформаторным оборудованием, но и оно, в свою очередь, нуждается в обслуживании. Техническое поддержание сетевой инфраструктуры, по которой осуществляется передача электроэнергии на расстояние, в принципе затратно. Оно требует и материальных, и организационных ресурсных расходов, что в итоге отражается и на повышении тарифов для потребителей энергии. С другой стороны, новейшее оборудование, материалы для проводников и оптимизация процессов управления все же позволяет сокращать часть эксплуатационных расходов.

Кто является потребителем электроэнергии?

В немалой степени требования к энергоснабжению определяются самим потребителем. А в этом качестве могут выступать производственные предприятия, коммунально-бытовые организации, транспортные компании, владельцы загородных коттеджей, жители многоквартирных городских домов и т. д. Принципиальным признаком различия между разными группами потребителей можно назвать мощность его линии снабжения. По этому критерию все каналы передачи электроэнергии потребителям разных групп можно разделить на три вида:

  • До 5 МВт.
  • От 5 до 75 МВт.
  • От 75 до 1 тыс. МВт.

Заключение

Разумеется, вышеописанная энергоснабжающая инфраструктура будет неполной без непосредственного организатора процессов распределения энергетического ресурса. В качестве снабжающей компании выступают участники оптового энергетического рынка, имеющие соответствующую провайдерскую лицензию. Договор на услуги по передаче электроэнергии заключается с энергосбытовой организацией или иным поставщиком, который гарантирует снабжение в указанный расчетный период. При этом задачи техобслуживания и эксплуатации сетевой инфраструктуры, которая обеспечивает конкретный объект потребителя в рамках договора, могут находиться в ведомстве совсем другой сторонней организации. Это же касается и самого источника генерации энергии.

fb.ru

Вопрос №5 Принципы передачи электрической энергии от источника до потребителя.

Вопрос №6 Принцип работы трансформатора.

Трансформатор
представляет собой статический
электромагнитный аппарат с двумя (или
больше) обмотками, имеющими между собой
магнитную связь, осуществляемую
переменным магнитным полем, и служит
для преобразования переменного тока
одного напряжения в переменный ток
другого напряжения при сохранении
частоты тока неизменной.

Для
усиления магнитной связи между обмотками
они помещаются на стальном сердечнике.
Трансформаторы, не имеющие стального
сердечника, называются воздушными. Они
применяются в специальных случаях при
преобразовании переменных токов высокой
частоты (от 10000— 20000 Гц и выше). Мы будем
рассматривать трансформаторы со стальным
сердечником.

 Трансформатор
имеет не меньше двух обмоток; из них
первичной обмоткой 1
называется обмотка, которая получает
энергию преобразуемого переменного
тока, вторичными обмотками 2
— обмотки, которые отдают энергию
преобразованного переменного тока.

Назначение
трансформаторов:

Трансформатор
– статический электромагнитный
преобразователь переменного тока одного
напряжения в переменный ток другого
напряжения той же частоты.

Т
может быть однофазными и трехфазным,
двухобмоточным и многообмоточным.

Классический
Т – двухобмоточный.

Устройство
однофазных и трёхфазных трансформаторов:

Содержит
замкнутый ферромагнитный сердечник из
тонких изолированных друг от друга
листов эл. Тех . стали и двух обмоток
охватывающих сердечники расположенных
одна поверх другой.

Принцип
действия двухобмоточного трансформатора:

Обмотка,
которая подключена к источнику питания
называется первичной. Для первичной
обмотки вводим индекс 1. Обмотка, к
которой подключены приемники
электроэнергии, называют вторичной.
Индекс – 2.

Первичная
обмотка подключена к источнику
синусоидального тока с
,
а ко вторичной обмотке подключен приемник
с.

Напряжение
создает
в первичной обмотке ток,
который создает МДС,
которая создает магнитный поток

Магнитный
поток индуцирует в обеих обмотках ЭДС
в соответствии с законом электромагнитной
индукции.

ЭДС
вторичной обмотки создает в обмотке и
приемнике ток
и МДС,
которая воздействует на магнитный
поток, т. е. магнитный поток создается
совместным действием токов обеих
обмоток.

воздействует
на ток

Таким
образом в трансформаторе имеются две
обратные связи: от МДС
по току и отк току.

Трансформатор
является преобразователем тока,
напряжения и сопротивления.

Преобразователь
напряжения и тока:

Согласно
закону электромагнитной индукции ЭДС,
индуцируемые переменным магнитным
потоком в обмотках, пропорциональны
количеству витков и скорости магнитного
потока.

Согласно
второму закону Кирхгофа для идеального
трансформатора:

Отношение
напряжений и ЭДС


коэффициент трансформации.

Трансформатор
– преобразователь напряжения, тока,
сопротивления:

Т.о.
трансформатор является масштабным
преобразователем напряжения, т. е.
изменяет напряжение по амплитуде
пропорционально количеству витков
,
не изменяя при этом формы кривой
напряжения.

Изменяя
количество витков вторичной обмотки
можно получить, либо понижающий
трансформатор, либо повышающий.

Если
,
то- трансформатор повышающий

Если
,
то- трансформатор понижающий

Согласно
закону полного тока для идеального
трансформатора в соответствии с
электромагнитной схемой

, где Н
– напряженность магнитного поля в
сердечнике

l
– длина средней линии сердечника

В
идеальном трансформаторе Н=0

Т.
о. трансформатор является масштабным
преобразователем тока.

Любое
изменение тока в приемнике ( соответственно
и во вторичной обмотке) вызывает
пропорционально изменение тока в
первичной обмотке и соответственно
изменение тока в источнике питания
трансформатора.

Мгновенная
и полная мощности при преобразовании
U
и I
остаются неизменными

,
т.е.

или
,
т.е.

Т.е.
полная мощность любой из обмоток является
полной мощностью трансформатора.

Она
указывается в паспорте трансформатора.

Преобразование
сопротивления:

Полная
мощность энергии, потребляемая приемником

Полная
мощность энергии, потребляемая первичной
обмоткой трансформатора от источника
питания

,
где
— полное сопротивление приемника,
воспринимаемое источником питания.

Т.к.

Отсюда

Т.о.
трансформатор «изменяет» сопротивление
приемника пропорционально квадрату
коэффициента трансформации.

studfiles.net

Передача электроэнергии от электростанции к потребителю

От непосредственных источников генерации к потребителю электрическая энергия проходит множество технологических пунктов. При этом и сами ее носители в виде линий с проводниками имеют существенное значение в данной инфраструктуре. Они во многом и формируют многоуровневую и сложную систему передачи электроэнергии, где потребитель является завершающим звеном.

Откуда берется электроэнергия?

На первом этапе общего процесса энергообеспечения происходит генерация, то есть выработка электричества. Для этого используются специальные станции, которые производят энергию из других ее источников. В качестве последних может использоваться тепло, вода, солнечный свет, ветер и даже земля. В каждом случае применяются станции-генераторы, преобразующие природную или искусственно выработанную энергию в электричество. Это могут быть и традиционные атомные или тепловые электростанции, и ветряные мельницы с солнечными батареями. Для передачи электроэнергии большей части потребителей применяются всего три вида станций: АЭС, ТЭС и ГЭС. Соответственно, атомные, тепловые и гидрологические установки. На них генерируется порядка 75–85% энергии во всем мире, хотя в силу экономических и особенно экологических факторов нарастает тенденция к сокращению данного показателя. Так или иначе, именно эти основные электростанции производят энергию для дальнейшей ее передачи потребителю.

Сети для передачи электрической энергии

Транспортировку выработанной энергии осуществляет сетевая инфраструктура, представляющая собой совокупность разного рода электроустановок. Базовая структура передачи электроэнергии потребителям включает трансформаторы, преобразователи и подстанции. Но ведущее место в ней занимают линии электропередач, которые непосредственно связывают электростанции, промежуточные установки и потребителей. При этом и сети могут различаться между собой – в частности, по назначению:

  • Общественные сети. Снабжают бытовые, промышленные, сельскохозяйственные и транспортные объекты.
  • Сетевые коммуникации для автономного энергообеспечения. Обеспечивают питание автономных и мобильных объектов, к которым относятся самолеты, суда, энергонезависимые станции и т. п.
  • Сети для энергоснабжения объектов, выполняющих отдельные технологические операции. На том же производственном объекте помимо основного снабжения электричеством может предусматриваться линия для поддержания работоспособности конкретного оборудования, конвейера, инженерной установки и т. д.
  • Контактные линии энергоснабжения. Сети, предназначенные для доставки электроэнергии напрямую движущимся транспортным средствам. Это касается трамваев, локомотивов, троллейбусов и др.

Классификация сетей передачи электроэнергии по размеру

К наиболее крупным относятся магистральные сети, связывающие источники генерации энергии с центрами потребления в масштабах стран и регионов. Такие коммуникации характеризуются высокими показателями мощности (в размере гигаватт) и напряжения. На следующем уровне находятся региональные сети, которые представляют собой ответвления от магистральных линий и, в свою очередь, сами имеют отхождения более мелкого формата. По таким каналам осуществляется передача и распределение электроэнергии городам, районам, крупным транспортным узлам и удаленным месторождениям. Хотя и сети такого калибра могут похвастаться высокими мощностными показателями, главное, их преимущество заключается не в объемном снабжении энергетическими ресурсами, а в дальности транспортировки.

На следующем уровне идут районные и внутренние сети. Они же по большей части и выполняют функции распределения энергии между конкретными потребителями. Районные каналы питаются прямо от региональных, обслуживая городские квартальные зоны и поселковые сети. Что касается внутренних сетей, то они распределяют энергию в пределах квартала, села, завода и более мелких объектов.

Подстанции в сетях электроснабжения

Между отдельными отрезками линий транспортировки электроэнергии устанавливаются трансформаторы в формате подстанций. Их основная задача заключается в повышении напряжения на фоне снижения силы тока. А также существуют и понижающие установки, сокращающие показатель выходного напряжения в условиях наращивания силы тока. Необходимость такой регуляции параметров электроэнергии на пути к потребителю обуславливается потребностью в компенсации потерь на активном сопротивлении. Дело в том, что передача электроэнергии осуществляется по проводам с оптимальной площадью сечения, которая определяется исключительно отсутствием коронного разряда и силой тока. Невозможность контроля других параметров и приводит к потребности в дополнительном регулирующем оборудовании в виде того же трансформатора. Но есть и еще одна причина, по которой должно повышаться напряжение за счет подстанции. Чем выше этот показатель, тем дальше, может быть, расстояние передачи энергии с сохранением высокого мощностного потенциала.

Особенности цифровых трансформаторов

Современная разновидность подстанций, допускает возможность цифрового управления. Так, стандартный трансформатор этого типа предусматривает включение следующих компонентов:

  • Оперативно-диспетчерский пункт. Рабочий персонал через специальный терминал, подключенный по удаленной (иногда беспроводной) связи, контролирует работу станции в утяжеленных и нормальных режимах. Могут применяться вспомогательные устройства автоматики, а скорость передачи команд варьируется от нескольких минут до часов.
  • Противоаварийный блок управления. Данный модуль включается в работу при сильных возмущениях на линии. К примеру, если передача электроэнергии от электростанции к потребителю происходит в условиях переходных электромеханических процессов (при внезапном отключении собственного питания, генератора, сбросе значительной нагрузки и т. д.).
  • Релейная защита. Как правило, автоматический модуль с независимым источником энергоснабжения, в перечень задач которого входит локальное управление энергосистемой за счет быстрого обнаружения и отделения неисправных частей сети.

Вспомогательные электроустановки на линиях электропередачи

Подстанция кроме трансформаторного блока предусматривает наличие разъединителей, отделителей, измерительных и прочих дополняющих устройств. Они не относятся прямо к управляющему комплексу и работают по умолчанию. Каждая из этих установок предназначена для выполнения определенных задач:

  • Разъединитель выполняет размыкание/включение силовой цепи, если на силовых проводах отсутствует нагрузка.
  • Отделитель автоматически отключает трансформатор от сети на время, которое потребуется для аварийного режима эксплуатации подстанции. В отличие от управляющего модуля, в данном случае перевод на аварийную фазу работы производится механически.
  • Измерительные устройства определяют вектора напряжений и токов, при которых осуществляется передача электроэнергии от источника к потребителю в конкретный момент времени. Это тоже автоматические средства, поддерживающие и учет метрологических погрешностей.

Проблемы при передаче электрической энергии

При организации и эксплуатации сетей электроснабжения возникает немало сложностей, носящих технический и экономический характер. Например, важнейшей проблемой такого рода считаются уже упомянутые потери мощности тока из-за сопротивления в проводниках. Данный фактор компенсируется трансформаторным оборудованием, но и оно, в свою очередь, нуждается в обслуживании. Техническое поддержание сетевой инфраструктуры, по которой осуществляется передача электроэнергии на расстояние, в принципе затратно. Оно требует и материальных, и организационных ресурсных расходов, что в итоге отражается и на повышении тарифов для потребителей энергии. С другой стороны, новейшее оборудование, материалы для проводников и оптимизация процессов управления все же позволяет сокращать часть эксплуатационных расходов.

Кто является потребителем электроэнергии?

В немалой степени требования к энергоснабжению определяются самим потребителем. А в этом качестве могут выступать производственные предприятия, коммунально-бытовые организации, транспортные компании, владельцы загородных коттеджей, жители многоквартирных городских домов и т. д. Принципиальным признаком различия между разными группами потребителей можно назвать мощность его линии снабжения. По этому критерию все каналы передачи электроэнергии потребителям разных групп можно разделить на три вида:

  • До 5 МВт.
  • От 5 до 75 МВт.
  • От 75 до 1 тыс. МВт.

Заключение

Разумеется, вышеописанная энергоснабжающая инфраструктура будет неполной без непосредственного организатора процессов распределения энергетического ресурса. В качестве снабжающей компании выступают участники оптового энергетического рынка, имеющие соответствующую провайдерскую лицензию. Договор на услуги по передаче электроэнергии заключается с энергосбытовой организацией или иным поставщиком, который гарантирует снабжение в указанный расчетный период. При этом задачи техобслуживания и эксплуатации сетевой инфраструктуры, которая обеспечивает конкретный объект потребителя в рамках договора, могут находиться в ведомстве совсем другой сторонней организации. Это же касается и самого источника генерации энергии.

autogear.ru

Источники и потребители электрической энергии. Электрические цепи. Передача мощности электрического тока от источника к потребителю

ГлавнаяРазноеПередача мощности электрического тока от источника к потребителю

Мощность электрического тока — работа, совершаемая в единицу времени электрическим полем при упорядоченном движении заряженных частиц в проводнике.

Мощность электрического тока — работа, совершаемая в единицу времени электрическим полем при упорядоченном движении заряженных частиц в проводнике.

По определению (см. Ф-10, § 34) средняя мощность тока равна:

Р = А =Q

t t ‘

С учетом формул (42, 43) получаем

Р = ЛД=^=Я/. (44)

MX

При последовательном соединении проводников (I = const) мощность, выделяемая в проводниках, пропорциональна их сопротивлению.

При параллельном соединении проводников (U = const) мощность, выделяемая в проводниках, обратно пропорциональна их сопротивлению.

ВОПРОСЫ

  1. На что расходуется энергия направленного движения заряженных частиц в проводнике?

  2. Чему равно количество теплоты, получаемое кристаллической решеткой проводника от направленно движущихся заряженных частиц?

  3. Сформулируйте закон Джоуля—Ленца. Запишите его математическое выражение.

  4. Дайте определение мощности электрического тока. Приведите формулу для расчета этой мощности.

  5. Как зависит мощность, выделяемая в проводниках с током, от типа их соединения?

ЗАДАЧ И

  1. Найдите работу, совершенную силами электрического поля при прохождении зарядом 3 мкКл разности потенциалов 220 В. [0,66 мДж]

  2. В проводнике сопротивлением 20 Ом сила тока 15 А. Найдите количество теплоты, выделяемое в проводнике за минуту. [270 кДж]

Постоянный электрический ток

49

3 Найдите сопротивление R двух одинаковых резисторов, если известно, что при подключении их к источнику тока с внутренним сопротивлением г мощность, выделяемая при их последовательном и параллельном соединении, одинакова. [R = г]

4. Электрический чайник имеет две обмотки. При включении одной из них вода в чайнике закипает за 10 мин, при включении другой — за 15 мин. За какой промежутоквремени закипит вода, если включить обмотки последовательно; параллельно?

[25 мин; 6 мин]

5. Электрические лампы, мощность которых Р, = 60 Вт и Рг = 40 Вт (при номинальномнапряжении 110 В), включены последовательно в сеть с напряжением 220 В. Найдите мощность каждой лампы при таком включении. [Р[ = 38,4 Вт; Р’% = 57,6 Вт]

§15. Передача мощности электрического тока от источника к потребителю

Максимальная мощность, передаваемая потребителю. При передаче электроэнергии от источника тока к потребителю часть энергии идет на нагревание подводящих проводов. Выясним, какая мощность передается потребителю, и найдем мощность, теряемую в проводах. Схему электропередачи можно представить в виде простейшей замкнутой цепи, включающей источник тока с ЭДС £ и внутренним сопротивлением г0, сопротивления нагрузки R и сопротивления подводящих проводов г (рис. 49, а). Такова, например, часть схемы электропитания автомобиля (рис. 49, б).

Обычно внутренним сопротивлением источника тока можно пренебречь, так как г0 « г; r0 « R. Сила тока

Тогда

$ = IR + Ir.

ЭДС равна сумме напряжений на сопротивлениях замкнутой цепи. Умножим последнее равенство на силу тока:

I$^PR + I2r. (45)

Каждое слагаемое в формуле (45) имеет определенный физический смысл.

1$ = Р — мощность сторонних сил, разделяющих разноименные заряды в источнике тока.

I2R = Рн — мощность, передаваемая потребителю (нагрузке сопротив-Лением R), или полезная мощность.

50

Электродинамика

а) I

49

Аккуму лятор

б) Звуковой сигнал

Фары

Габаритные огни

Задняя габаритная подсветка

Передача электроэнергии от источника к потребителю:

а) принципиальная схема электропередачи;

б) схема электропитания автомобиля

12г = РП — мощность, теряемая в проводниках (идущая на их нагревание), или потери мощности.

Мощность источника тока частично передается в нагрузку и частично теряется в проводах.

При передаче электрической энергии важно доставить потребителю максимальную мощность и снизить потери мощности в подводящих проводах. Выясним сначала, при каком сопротивлении нагрузки потребителю передается максимальная полезная мощность от источника тока. Зависимость полезной мощности от сопротивления нагрузки имеет вид:

£2Д

Pn(R) = I2R

(R + г)2

Функция PS(R) имеет максимум, если ее производная по R равна нулю, т. е.

р; (R) = о.

Вычислим эту производную как производную от отношения двух функций $2R и (R + г)2:

Постоянный электрический ток 51

_ (£2Д)'(Д + г)2 — £2Д[(Д + г)Ц’ _e4R+r)2-&R-2(R+r)Р^н> (Д + г)4 (Д + г)4

Приравнивая к нулю числитель дроби, получаем:

£2(Я + г)(Д + г-2Д) = 0.

Так как $*■ Ф О и (J? + г) * 0, то

Д + г-2Я = 0. Следовательно,

Д = г.

Если сопротивление источника тока соизмеримо с сопротивлением подводящих проводов, то

R=r0 + r.

Потребителю передается максимальная мощность, если сопротивление нагрузки равно суммарному сопротивлению источника тока и подводящих проводов.

В этом состоит условие согласования нагрузки и источника.

По аналогии движущийся шар при ударе о неподвижный шар передает первому максимальную энергию, если массы шаров равны друг другу (см. Ф-10, рис. 127).

Потери мощности в подводящих проводах. Рассмотрим теперь, от чего зависят потери мощности и как можно их уменьшить. Чтобы оценить потери, надо знать силу тока в линии электропередачи. При заданной, известной, мощности Р источника тока в линии электропередачи сила тока равна:

Если внутренним сопротивлением источника тока можно пренебречь, то

ё = иаЬ,

где^аь — напряжение на полюсах источника (так как Uab = $ — Ir0). Значит,

(46)

V аЬ

Потери мощности в подводящих проводах обратно пропорциональны квадрату напряжения на источнике тока.

Поэтому уменьшение потерь мощности в линиях электропередачи двигается за счет повышения напряжения в передающей электростанции.

52 *——7 4—^ Электродинамика

КПД линии передачи — отношение полезной мощности к мощности источника тока:

1Р £

ВОП

10i5.ru

Электролюбителям

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о