Для сохранения передаваемой мощности при повышении напряжения в линии передачи

принцип действия и применение трансформаторов при передаче электроэнергии на расстояние

принцип действия и применение трансформаторов при передаче электроэнергии на расстояние

Передача электрической энергии от электростанций до больших городов или промышленных центров на расстояния тысяч километров является сложной научно-технической проблемой.
Протекая по линиям электропередачи, ток нагревает их. В соответствии с законом Джоуля-Ленца, энергия, расходуемая на нагрев проводов линии, определяется формулой:
Q = Iв квадратеRt
где R – сопротивление линии. Потери энергии на нагрев снижают путем уменьшением тока в линии. Но, так как мощность тока пропорциональна произведению силы тока на напряжение, то для сохранения передаваемой мощности требуется повысить напряжение в линии передачи. Причем, чем длиннее линия передачи, тем выгоднее использовать более высокое напряжение. Поэтому на крупных электростанциях ставят повышающие трансформаторы.
Для использования электроэнергии потребителями напряжение на концах линии нужно понизить. Это достигается с помощью понижающих трансформаторов. При этом обычно понижение напряжения и, соответственно, увеличение силы тока происходит в несколько этапов.
Обычно линии электропередачи строятся в расчете на напряжение 400–500 кВ, при этом в линиях используется трехфазный ток частотой 50 Гц. Следует отметить, что при повышении напряжения в линиях передач увеличиваются утечки энергии через воздух. В сырую погоду вблизи проводов линии может возникнуть так называемый коронный разряд, который можно обнаружить по характерному потрескиванию. Коэффициент полезного действия линий передач не превышает 90 %

Два условия: большая проводимость линии и высокое напряжение источника мощности. Остальное — тру-ля-ля.

Потери при транспортировке электроэнергии по проводам тем ниже, чем выше напряжение. Поэтому для передачи на большие расстояния при помощи трансформаторов напряжение в линии постепенно повышают. Для сверхдальних линий (обычно это линии соединяющие между собой целые энергосистемы) рабочее напряжение составляет 500КВ. Чтобы доставить электроэнергию потребителям напряжение понижают. Это делают сети трансформаторных постанций.

Источник

Передача электроэнергии

Список вопросов теста

Вопрос 1

Потери электроэнергии при передаче на большие расстояния связаны, в первую очередь с тем, что …

Варианты ответов

• преобразующие электроэнергию трансформаторы обладают низким КПД
• слишком велика мощность передаваемого по проводам тока
• значительную часть энергии приходится тратить на работу обслуживающих сеть систем
• электрический ток нагревает провода линий электропередач

Вопрос 2

Наиболее эффективным методом снижения потерь при передаче электроэнергии является…

Варианты ответов

• Понижение мощности передаваемого тока
• Повышение мощности передаваемого тока
• Понижение напряжения в линии электропередачи
• Повышение напряжения в линии электропередачи

Вопрос 3

Для изменения напряжения в линиях электропередач используют …

Варианты ответов

Вопрос 4

Для сохранения передаваемой мощности, при повышении напряжения в линии передачи электроэнергии требуется

Варианты ответов

Вопрос 5

На рисунке показана схематично линия передачи электроэнергии. Определите по приведенным на рисунке данным коэффициент трансформации К1 (трансформатора первой подстанции)

Варианты ответов

Вопрос 6

На рисунке показана схематично линия передачи электроэнергии. Какой трансформатор использован на второй подстанции?

Варианты ответов

Вопрос 7

Определите напряжение Uп, получаемое потребителем, если коэффициент трансформации К3 = 40?

Варианты ответов

Вопрос 8

Определите, как изменятся потери электроэнергии в высоковольтной линии передач, если при той же передаваемой мощности увеличить напряжение U2 с 100 кВ до 400 кВ.

Варианты ответов

• Потери электроэнергии уменьшатся в 16 раз
• Потери электроэнергии возрастут в 16 раз
• Потери электроэнергии уменьшатся в 4 раза
• Потери электроэнергии возрастут в 4 раза

Вопрос 9

Повышение напряжения в линии передачи электроэнергии приводит к уменьшению потерь, связанных с нагревом линий электропередач электрическим током. Почему же напряжение высоковольтных линий не повышают больше 400-500 кВ?

Источник

Передача электроэнергии

Урок 17. Физика 11 класс

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Передача электроэнергии»

Уютнейшая вещь керосиновая лампа,

В данной теме подробно рассмотрим механизм передачи электроэнергии на большие расстояния.

Для начала повторим некоторые определения и понятия, которые понадобятся при изучении нового материала.

Трансформатором называется устройство, которое служит для преобразования силы и напряжения переменного тока при неизменной частоте.

Любой трансформатор характеризуется коэффициентом трансформации — отношением числа витков в первичной обмотке трансформатора, к числу витков в его вторичной обмотке.

В зависимости от значения коэффициента трансформации, различают повышающий и понижающий трансформаторы.

Если коэффициент трансформации меньше единицы, то трансформатор называется повышающим, а если больше единицы, то понижающим.

Электроэнергия вырабатывается на различных электростанциях: ТЭС, ГЭС и АЭС. Однако, как правило, все электростанции располагаются на значительном удалении от крупным населенных пунктов и городов, в местах, близких к источникам топливо- и гидроресурсов.

Известно что, законсервировать электроэнергию в больших масштабах, в настоящее время невозможно. Поэтому она должна быть потреблена практически сразу же после получения. В связи с этим, возникает необходимость в передаче электроэнергии на большие расстояния.

Для этого между станцией и конечными потребителями строятся линии электропередач.

Однако передача электроэнергии по линии электропередач связана с заметными потерями, так как при протекании электрического тока по проводам, он вызывает их нагревание.

Согласно закона Джоуля-Ленца количество теплоты, выделяемой проводником равно произведению квадрата силы тока, сопротивления и времени прохождения тока по проводнику. Таким образом, исходя из данного закона, энергия, расходуемая на нагрев проводов линии электропередач, будет определятся по формуле:

где R — сопротивление линии электропередач, U — передаваемое напряжение, а P — мощность источника тока.

Исходя из данного закона, следует, что уменьшить потери в линии электропередач можно двумя способами: либо уменьшить сопротивление проводов, либо уменьшить силу тока в них.

Из курса физики 8 класса известно, что сопротивление зависит от геометрических свойств проводника, а также от материала, из которого он изготовлен. Отсюда видно, что сопротивление будет меньше, если уменьшить длину проводника. Однако длина определяется расстоянием, на которое передается электроэнергия. Значит, этот способ не подходит. Можно попытаться увеличить площадь поперечного сечения, но это приведет к перерасходу дорогостоящего цветного металла и возникновению трудностей, при закреплении проводов на столбах. Так что, и этот способ не выгоден. Значит, остается только второй способ — уменьшать силу тока в линии электропередач.

Но при данной мощности IU уменьшение силы тока возможно лишь при повышении передаваемого напряжения в линии электропередач. Поэтому, при передаче электроэнергии на большие расстояния необходимо пользоваться высоким напряжением и, чем длиннее линия передачи, тем более выгоднее использовать более высокое напряжение. Поэтому на крупных электростанциях устанавливают повышающие трансформаторы. Напомним, что трансформатор уменьшает силу тока во столько же раз, во сколько раз он увеличивает напряжение.

Так, электроэнергия Волжской ГЭС передается в Москву при напряжении 500 кВ, а от Саяно-Шушенской ГЭС — при напряжении 750 кВ. Однако на самих электростанциях генераторы переменного тока выстраивают на напряжения, не превышающие 16 — 20 кВ. Это, в первую очередь, связано с тем, что более высокое напряжение потребовало бы принятия сложных мер для изоляции обмоток и иных частей генераторов.

Однако, для непосредственного использования, электроэнергия таких больших напряжений не подходит. Вследствие чего, напряжение на концах линии электропередач нужно понизить. Это достигается с помощью понижающих трансформаторов.

При этом понижение напряжения и соответственно силы тока осуществляются в несколько этапов. На каждом из них напряжение становится все меньше и меньше, а территория, охватываемая электрической сетью, — все шире.

Обратите внимание на блок-схему линии передачи переменного тока. Как можно заметить, в ней присутствуют конденсаторы. Все дело в том, что трансформаторы обладают очень большим индуктивным сопротивлением, вследствие чего происходит сдвиг фаз между силой тока и напряжением. А конденсаторы помогают увеличить коэффициент мощности, тем самым свести к минимуму эту разность фаз.

В одной из прошлых тем говорилось, что долгое время в ученых кругах были разногласия по поводу использования постоянного и переменного тока. Эти разногласия были связаны в первую очередь с тем, что при передаче постоянного тока потери были бы меньше примерно в 1,5 раза. Однако до сих пор нет способов трансформации постоянного тока. Делается попытка промышленной передачи постоянного тока высокого напряжения на большие расстояния, но трансформируется все же переменный ток, который потом при высоком напряжении выпрямляется при помощи полупроводниковых приборов. После передачи постоянный ток обратно преобразуется в переменный в инверторах, который затем вновь трансформируется.

Тем не менее, трудности преобразований тока в такой линии передачи не позволяют пока широко использовать данный экономичный метод передачи электроэнергии.

Поэтому, в ближайшие годы, электроэнергия в жилые дома и для обеспечения нужд промышленности будет передаваться по линиям электропередач в виде переменного тока.

Что касается электрических станций ряда районов нашей страны, то они объединены высоковольтными линиями электропередачи, образуя общую электрическую сеть, к которой подключены потребители. Такое объединение называется энергосистемой. Она позволяет сгладить пиковые нагрузки потребления электроэнергии в вечерние и утренние часы.

Помимо этого, энергосистема обеспечивает бесперебойную подачу энергии потребителям вне зависимости от их месторасположения.

– Передача электроэнергии на большие расстояния с малыми потерями – довольно таки сложная задача. Но использование повышающих и понижающих трансформаторов помогает успешно ее разрешить.

Источник

§ 40. Передача электроэнергии

Потребители электроэнергии имеются повсюду. Производится же она в сравнительно немногих местах, близких к источникам топливо- и гидроресурсов. Электроэнергию не удается консервировать в больших масштабах. Она должна быть потреблена сразу же после получения. Поэтому возникает необходимость в передаче электроэнергии на большие расстояния.

Передача электроэнергии связана с заметными потерями, так как электрический ток нагревает провода линий электропередачи. В соответствии с законом Джоуля — Ленда энергия, расходуемая на нагрев проводов линии, определяется формулой

где R — сопротивление линии, V — передаваемое напряжение, Р — мощность источника тока.

При очень большой длине линии передача энергии может стать экономически невыгодной. Значительно снизить сопротивление линии R практически весьма трудно. Поэтому приходится уменьшать силу тока I.

Так как мощность источника тока Р равна произведению силы тока I на напряжение U, то для уменьшения передаваемой мощности нужно повысить передаваемое напряжение в линии передачи.

Поэтому на крупных электростанциях устанавливают повышающие трансформаторы. Трансформатор увеличивает напряжение в линии во столько же раз, во сколько раз уменьшает силу тока.

Чем длиннее линия передачи, тем выгоднее использовать более высокое напряжение. Так, в высоковольтной линии передачи Волжская ГЭС Москва и некоторых других используют напряжение 500 кВ. Между тем генераторы переменного тока настраивают на напряжения, не превышающие 16—20 кВ. Более высокое напряжение потребовало бы принятия сложных специальных мер для изоляции обмоток и других частей генераторов.

Для непосредственного использования электроэнергии в двигателях электропривода станков, в осветительной сети и для других целей напряжение на концах линии нужно понизить. Это достигается с помощью понижающих трансформаторов. Общая схема передачи энергии и ее распределения показана на рисунке 5.7.

Источник