Что сдерживало передачу электротока на большие расстояния

Принцип передачи электроэнергии от подстанции до потребителя

Для того чтобы электричество попало к вам в дом оно проходит через километры линий электропередач. Система энергоснабжения начинается от электрической станции и заканчивается у потребителя. Между этими пунктами электричество проходит через трансформатор, предназначенный для повышения напряжения, линии электропередач (ЛЭП), понижающий трансформатор и распределяющий элемент(РУ).

Проблемы с передачей электроэнергии начались еще в далеком 19 веке. На тот момент активно развивались города, появлялась новая инфраструктура, что и стало причиной нехватки топлива. За счет большой потребности городов в топливе оно заметно дорожало, так же причиной роста цен на топливо послужило то, что доставлялось оно издалека. Тогда и вспыхнул огромный интерес инженеров к электроэнергии. Люди понимали, что данный вид энергии является самым удобным за счет возможности преобразовывать ее в механическую или тепловую энергию.

Самые первые станции, снабжающие электрической энергией, были необходимы для возможности обеспечения в относительно небольших городах, куда по-другому подать электричество было затруднительно. Основными элементами теплоэлектростанции были парогенератор и генератор вырабатывающий электрический ток. Первая электростанция, построенная для освещения города была возведена в конце 19 века городе Нью-Йорк.

Несмотря на такой значимый для человечества шаг вперед все осознавали, что набирающую темпы проблему в острой необходимости городов в топливе так не решить. Причиной этому являлось то, что находящиеся в городах электростанции были локальными и сильно зависели от топлива. Уголь для электростанций доставлялся из разных уголков страны, это вернуло проблему в доставке топлива, от которой все так хотели уйти. Первые попытки передать электричество на расстояние предпринимались еще до постройки первой электростанции в 1882 году. Суть опытов заключалось в том, что постоянный ток пытались передать по проводу от генератора постоянного тока до потребителя, но как только длина провода превышала несколько сотен метров мощность электрического тока значительно падала, причиной этому были большие потери в проводнике.

Закон Джоуля-Ленца гласит, что мощность имеет прямо пропорциональную зависимость зависит от сопротивления проводника. Следовательно, что чем длиннее линия, тем выше сопротивление, а высокое сопротивление является причиной больших потерь.

Главной целью ученых физиков на тот момент было снизить потери в проводнике. Для этого было принято увеличить сечение проводников, тем самым снижая сопротивление и потери или повысить напряжение в сети.

Первый вариант повышает стоимость проводов, поэтому инженерами было принято прибегнуть ко второму решению проблемы. Повысить напряжение.

Сегодня ток переменного характера пользуется популярностью. Это легко объяснить тем, что при помощи такого тока проще передавать на большие расстояния и лучше преобразовывать с минимальными потерями. Электроснабжение городов трехфазное. ЛЭП в современном городе состоит из трех фаз, такая система называется трехфазной. Первооткрывателем такой системы является Данила-Добровольский.

Всего существует два возможных варианта линий электропередач их различие заключается в расположении. Воздушные линии размещаются над уровнем земли, кабельные предназначены для установки под землей.

Структурная схема снабжения города или другого населенного пункта электроэнергией состоит из нескольких элементов. Электрическая станция вырабатывает необходимое количество электричества, которое по ЛЭП отправляется к повышающему трансформатору для изменения параметров сети. Там, повышается напряжение сети для уменьшения потерь на передачу электричества к понижающему трансформатору, который находится ближе к населенному пункту. В нем электричество понижается до необходимых значений и так же по ЛЭП движется к РУ, где и распределяется по населенному пункту.

Распределительное устройство отличается значениями, до которых оно понижает напряжение сети. Например, для сети 220 кВ поступающей с понижающего трансформатора РУ способно понизить напряжение до 35 кВ. Делается это для того, чтобы передать электричество в распределительный пункт, где оно будет понижено до 220-380 вольт.

Благодаря кабельным линиям связи электричество поступает в пункт распределения электричества. Там оно может преобразовываться в другое напряжение, к примеру трехфазное.

Электрические подстанции подразделяются на несколько видов, один из них – это подстанции глубокого ввода. Такая станция является центром питания и расположена преимущественно максимально близко к потребителям электроэнергии.

В жилых или общественных зданиях самым экономичным считается соединение с глухо заземленной нейтралью. Смысл такого соединения заключается в том, что нейтраль генератора трехфазного напряжения соединяют с заземляющим устройством.

Читайте так же

• Национальные электрические сети
• Локальные электрические сети

Наша продукция

• Опоры типа СВ
• Опоры типа СК
• Фундамент под опоры

Передача 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.

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.

Украина не откажется от «Евровидения» даже себе в убыток

Необходимость проводить «Евровидение» свалилась на Украину как снег на голову. Для этого стране, на территории которой проводятся военные действия, необходимо решить проблему с безопасностью участников и гостей, а также найти средства на проведение дорогостоящего шоу. Несмотря на массу сложностей, Киев не откажется от организации праздника, поскольку проведение песенного конкурса может повысить политический рейтинг президента Петра Порошенко.

Победа Джамалы на «Евровидении» стала полной неожиданностью для украинцев: телевизионщики не подготовили ток-шоу после завершения трансляции, в городах не устанавливались большие экраны и прочее. Более того, за неделю до песенного конкурса украинские эксперты всерьез думали, как поступить в случае победы России. Например, генеральный директор Национальной телекомпании Украины Зураб Аласания заявил: «Если победителем станет человек по имени Лазарев, думаю, в следующем году «UA: Перший» (украинский первый канал. — «Газета.Ru») снова откажется от участия в конкурсе».

«Властям России и Украины есть над чем задуматься»
Победа украинской певицы Джамалы на песенном конкурсе «Евровидение» c песней «1944» про депортацию.
15 мая 22:08

За одну ночь Джамала превратилась в национального героя: истерия в социальных сетях не стихала все выходные, в аэропорт приехали сотни поклонников с цветами и крымско-татарскими флагами. В понедельник с певицей встретился президент Петр Порошенко, который присвоил ей звание народной артистки страны.

Местный энтузиазм

Главная интрига: где проводить песенный конкурс в следующем году. Рассматривается возможность провести «Евровидение» сразу в нескольких городах страны.

Мэр Киева Виталий Кличко сразу же заявил, что столица уже начала подготовку к мероприятию, а в качестве вероятной арены назвал НСК «Олимпийский». «Киев готов к проведению «Евровидения». Дискуссии относительно других городов не имеют под собой оснований, поскольку Киев — наиболее подготовленный город для проведения таких значимых мероприятий. Уверен, что то задание, которое есть (организация конкурса, обеспечение правопорядка, инфраструктуры, транспортного сообщения для гостей), мы выполним на 100%», — заявил Кличко в эфире телеканала «Интер».

Следом за ним о готовности принять конкурс также заявили мэры Днепропетровска, Одессы и даже Херсона. Одним из вероятных претендентов называют и Львов. «Уверена, что Украина проведет «Евровидение», и очень даже удачно. Но я надеюсь, что в этот раз не в Киеве, а в одном из региональных центров. Это создаст возможность прорекламировать и другие красивые города, продвинет туризм и региональное развитие, создаст новые рабочие места», — заявила советник министра инфраструктуры Яника Мерило.

Большие проблемы

Но место проведения конкурса не самая большая проблема, которую предстоит решить Украине. Пожалуй, самая главная — обеспечить безопасность мероприятия мирового уровня в стране, где за 700 км от столицы до сих пор сохраняется напряженная обстановка. В неофициальных разговорах в полицейских кругах говорят о большом количестве оружия, которое из зоны боевых действий растекается по всем регионам. «Купить его сейчас не проблема. Сейчас оно на руках у всех преступников, которые ранее вооружались лишь холодным оружием», — рассказывает источник в правоохранительных органах. В полицейских хрониках регулярно появляется информация о перестрелках, задержании людей с гранатами и стрелковым оружием, а в Киевском метрополитене уже свыше двух лет усилены меры безопасности.

По данным генеральной прокуратуры Украины, раскрываемость преступлений в среднем по Киеву этой весной составила 10%, а по Украине — 20%. Например, только в столице ежедневно совершается около 500 различных преступлений. Преступники пользуются тем, что сейчас активно проводится реформирование органов МВД.

Вторая проблема — это защита ЛГБТ-сообщества, представители которого любят посещать «Евровидение».

На Украине людей с нетрадиционной сексуальной ориентацией не преследуют, но представители радикальных организаций редко пропускают их публичные мероприятия. Например, в прошлом году в Киеве были задержаны 25 человек, которые пытались сорвать «Марш равенства» под охраной свыше 2 тыс. полицейских. В этом году во Львове заминировали отель, в котором собирались представители ЛГБТ-сообщества, а при эвакуации участников собрания забрасывали камнями и петардами. Радикалов сдерживала полиция.

«В Крыму произошло то, чего мы пытаемся добиться в Венеции»
Автор резолюции о признании российского статуса Крыма рассказал в интервью «Газете.Ru», зачем.
17 мая 14:04

Еще одна проблема — где взять деньги на проведение «Евровидения». В 2005 году, после победы певицы Русланы, Украина потратила на проведение конкурса около 70 млн грн (180 млн руб.), сейчас же, по самым скромным подсчетам, необходимо не менее 200–250 млн грн (510–640 млн руб.). Денег на эти цели нет как в бюджете Киева и любого другого города, так и в общенациональном.

В этом году Украина для своего выживания рассчитывает получить от международных доноров не менее $8–10 млрд. Украинские чиновники надеются, что 30–50% затрат на конкурс удастся покрыть за счет доноров — Великобритании, Франции, Испании, Германии и Италии, — представители которых автоматически выходят в финал.

«Прибыль от продажи билетов может покрыть примерно 75% расходов. Так что я не слишком драматизировала бы «а есть ли деньги». Я уверена, что найдутся», — заявила Яника Мерило.

Традиционно на конкурс приезжает не менее 30–40 тыс. гостей. «Туристов однозначно будет меньше на 15–20%, поскольку те же немцы опасаются посещать страны, в которых проводятся военные действия», — говорит директор крупной украинской туристической компании, пожелавший остаться неназванным.

Политические очки

Неожиданная победа Джамалы — шанс для украинских политиков получить дивиденды, поскольку это первая яркая победа страны за последние полгода. Согласно исследованиям социологической группы «Рейтинг», обнародованным в середине апреля этого года, деятельность президента страны полностью поддерживают только 2% опрошенных, частично одобряют — 15%. А вот скептиков оказалось гораздо больше. Около 32% респондентов сообщили социологам, что скорее не одобряют, а 43% — категорически не поддерживают работу главы государства. Например, еще осенью 2014 года деятельность Порошенко полностью поддерживали 15% избирателей.

«На этом будет стремиться пропиариться власть. Какие-то рейтинговые очки, безусловно, оно добавит. Красивая картинка, площадка для того, чтобы произнести правильные фразы. Но все будет решать экономика, зависимость от наших внешних партнеров и очень многих факторов», — считает политический эксперт Андрей Золотарев.

«Евровидение» может стать хорошим поводом для Порошенко выполнить минские соглашения и провести выборы в Донбассе. Он не исключил, что они могут пройти до конца этого года. Для достойного проведения песенного конкурса на Украине нужен мир. Именно поэтому Украина, вероятнее всего, проведет мероприятие даже себе в убыток.

Подписывайтесь на «Газету.Ru» в Дзен и Telegram.
Чтобы сообщить об ошибке, выделите текст и нажмите Ctrl+Enter

Электрические величины. Напряжение, ток, мощность. Переменный и постоянный ток, полярность.

Электричество – это движение электронов по проводам. Ток – это скорость движения электронов, измеряемая в Амперах, напряжение – сила заставляющая их двигаться, измеряемая в Вольтах. Для того, чтобы ток протекал в цепи, она должна быть замкнута и в ней должен присутствовать источник электрического напряжения. Вот почему любое устройство подключается к сети как минимум двумя проводами, а каждая батарейка имеет как минимум два контакта. Любой проводник, либо электроприбор, включенный в сеть, создает в цепи сопротивление движению электронов, измеряемое в Омах. Чем меньше напряжение и больше сопротивление, тем меньше будет ток. Это и есть главный закон электричества – закон Ома. Записывается он следующим образом:

Рисунок 1 — Закон Ома.

Наглядно можно представить себе закон Ома в виде трех граждан с характером:

Рисунок 2 — Закон Ома (наглядное представление).

Постоянное и переменное. Полярность

Ток и напряжение бывают как постоянными, так и переменными.
Постоянное напряжение всегда направлено в одну сторону, соответственно и ток будет всегда направлен туда же. Для постоянного тока характерна полярность, обозначаемая значками «+» и «-». Полярность обозначает направление протекания тока, и для многих устройств, включая светодиоды, это направление очень важно не перепутать.Постоянное напряжениеочень удобно в плане хранения, поэтому трудится оно в автомобилях и во всех портативных устройствах на батарейках и аккумуляторах. А вот передача на большие расстояние постоянного напряжения невозможна из-за слишком больших потерь.

Рисунок 3 — Постоянный ток.

И вот в этом, нам на помощь приходит переменное напряжение. Оно названо так, потому что меняет свое направление много раз в секунду (50 раз в обычной российской розетке), соответственно и ток тоже будет протекать то в одну, то в другую сторону. У такого тока нет полярности, а провода обозначаются как «L» и «N». Переменное напряжение удобно для его выработки при помощи различных генераторов, передачи на любые расстояния, повышения или понижения при помощи обычных трансформаторов. Его можно встретить в любом доме, магазине и офисе, в каждой розетке, в линиях электропередач.

Рисунок 4 — Переменный ток.

Мощность

Каждый электрический прибор имеет мощность, которая измеряется в Ваттах (Вт). Чем больше ток и напряжение, тем больше мощность. Рассчитать ее можно по формуле:

Рисунок 5 — Формула мощности.

Как видим из формулы, это произведение напряжения и тока, а значит при одинаковой мощности, лампочка на 100Вт в автомобиле при 12В питания, будет потреблять гораздо больший ток, чем 10Вт лампочка на 220В в домашней люстре.
Соединяя формулу мощности и закон Ома, мы получим еще две удобные формулы для вычисления мощности при известном сопротивлении нагрузки:

Рисунок 6 — Формула вычисления мощности.Рисунок 7 — Формула вычисления мощности.

Тэги:

Вопросы для самопроверки:

• Почему постоянный ток не используется в городских электросетях?
• Что обозначают метки + и – у батарейки?
• У вас есть блок питания 12В 200Вт. Какой ток он способен отдавать в цепь? А блок на 24В 200Вт?
• У вас есть батарейка на 3В, и вы подключили к ней резистор с сопротивлением 10 Ом. Какой ток потечет через резистор? Какая мощность будет на нем выделяться?