Зашто се пренос електричне енергије на даљину одвија под повећаним напоном
Данас се пренос електричне енергије на даљину увек врши на повећаном напону, који се мери десетинама и стотинама киловолти. Широм света електране разних типова производе гигавате електричне енергије. Ова електрична енергија се дистрибуира у градовима и селима помоћу жица које можемо видети на пример на аутопутевима и железницама, где су увек причвршћене на високе стубове са дугим изолаторима. Али зашто је пренос увек високог напона? О томе ћемо касније.
Замислите да морате да преносите електричну енергију кроз жице од најмање 1000 вати на удаљености од 10 километара у виду наизменичне струје са минималним губицима снаге, моћан киловатни рефлектор. Шта ћеш да урадиш? Очигледно ће напон морати да се конвертује, смањи или повећа на овај или онај начин. коришћењем трансформатора.
Претпоставимо да извор (мали бензински генератор) производи напон од 220 волти, док вам је на располагању двожилни бакарни кабл са попречним пресеком сваког језгра од 35 квадратних мм. За 10 километара, такав кабл ће дати активни отпор од око 10 ома.
Оптерећење од 1 кВ има отпор од око 50 ома. А шта ако пренесени напон остане на 220 волти? То значи да ће једна шестина напона (пасти) на преносној жици, која ће бити на око 36 волти. Тако је око 130 В изгубљено на путу — само су загрејали жице за пренос. А на рефлекторима добијамо не 220 волти, већ 183 волта. Испоставило се да је ефикасност преноса 87%, а ово и даље игнорише индуктивни отпор жица за пренос.
Чињеница је да су активни губици у жицама за пренос увек директно пропорционални квадрату струје (види Охмов закон). Стога, ако се пренос исте снаге врши на вишем напону, онда пад напона на жицама неће бити тако штетан фактор.
Претпоставимо сада другачију ситуацију. Имамо исти бензински генератор који производи 220 волти, истих 10 километара жице са активним отпором од 10 ома и исте рефлекторе од 1 кВ, али поврх тога постоје још два киловата трансформатора од којих први појачава 220 -22000 волти. Смештен у близини генератора и повезан са њим преко нисконапонског намотаја, а преко високонапонског намотаја — повезан са жицама за пренос. А други трансформатор, на удаљености од 10 километара, је опадајући трансформатор од 22000-220 волти, на нисконапонски калем на који је прикључен рефлектор, а високонапонски калем се напаја преносним жицама.
Дакле, са снагом оптерећења од 1000 вати на напону од 22000 волти, струја у предајној жици (овде можете учинити без узимања у обзир реактивне компоненте) биће само 45 мА, што значи да 36 волти неће пасти на то (као што је било без трансформатора), али само 0,45 волти! Губици више неће бити 130 В, већ само 20 мВ. Ефикасност таквог преноса при повећаном напону биће 99,99%. Због тога је пренапон ефикаснији.
У нашем примеру ситуација је грубо сагледана, а коришћење скупих трансформатора за тако једноставну кућну намену би свакако било неприкладно решење. Али у размерама земаља, па чак и региона, када је реч о удаљеностима од стотине километара и огромним преносним снагама, цена електричне енергије која се може изгубити је хиљаду пута већа од свих трошкова трансформатора. Зато се при преносу електричне енергије на даљину увек примењује повећан напон, мерен стотинама киловолти — да би се смањили губици снаге током преноса.
Континуирани раст потрошње електричне енергије, концентрација производних капацитета у електранама, смањење слободних површина, пооштравање услова заштите животне средине, инфлација и раст цена земљишта, као и низ других фактора, снажно диктирају повећање у преносном капацитету далековода електричне енергије.
Овде се прегледају дизајни различитих водова: Уређај различитих водова са различитим напоном
Међусобно повезивање енергетских система, повећање капацитета електрана и система у целини праћено је повећањем растојања и токова енергије која се преноси дуж далековода.Без моћних високонапонских далековода немогуће је снабдевати енергијом из савремених великих електрана.
Јединствени енергетски систем омогућава да се обезбеди пренос резервне снаге у она подручја где постоји потреба за тим, у вези са поправком или ванредним условима, биће могуће пренети вишак снаге са запада на исток или обрнуто, због промене појаса на време.
Захваљујући преносима на велике удаљености, постало је могуће изградити суперелектране и у потпуности искористити њихову енергију.
Улагања за пренос 1 кВ снаге на датој удаљености на напону од 500 кВ су 3,5 пута мања него на напону од 220 кВ, а 30 — 40 % мања него на напону од 330 — 400 кВ.
Трошкови преноса 1 кВ • х енергије на напону од 500 кВ су два пута мањи него на напону од 220 кВ, а за 33 — 40% мањи него на напону од 330 или 400 кВ. Техничке могућности напона 500 кВ (природна снага, даљина преноса) су 2 — 2,5 пута веће од оних на 330 кВ и 1,5 пута веће од 400 кВ.
Линија 220 кВ може преносити снагу од 200 — 250 МВ на удаљености од 200 — 250 км, вод 330 кВ — снагу од 400 — 500 МВ на удаљености од 500 км, вод 400 кВ — снага од 600 км. — 700 МВ на удаљености до 900 км. Напон од 500 кВ обезбеђује пренос снаге од 750 — 1000 МВ кроз једно коло на удаљености до 1000 — 1200 км.