Recenze

Jak se elektřina přenáší na velké vzdálenosti 58 fotografií

• Úvod
• Přenos elektřiny
• Experimenty s přenosem energie
• Vývoj technologie pro přenos elektřiny na velké vzdálenosti
• Přenos energie stejnosměrným proudem
• Přenos střídavého proudu
• Vývoj kabelových a venkovních vedení
• Technologie šetřící energii a zdroje pro přenos elektrické energie na velké vzdálenosti
• Moderní způsoby přenosu elektřiny na dálku a problémy tohoto způsobu
• Závěr
• Reference

Soubory: 1 soubor

Abstrakt 6.doc

Spotřebitelé elektřiny jsou všude. Vyrábí se na relativně malém počtu míst v blízkosti zdrojů paliva a vodních zdrojů. Elektřinu nelze šetřit ve velkém. Musí se spotřebovat ihned po obdržení. Proto je potřeba přenášet elektřinu na velké vzdálenosti. Přenos energie je spojen se znatelnými ztrátami. Faktem je, že při přenosu elektřiny dráty se část elektrické energie ztrácí a je vynaložena na ohřev vodičů. Ztráty lze poněkud snížit zvětšením průřezu vodičů, čímž se sníží jejich odpor. Kromě tepelných ztrát jsou možné ztráty ve vedení v důsledku vyzařování rádiových vln dráty dlouhého vedení. Tyto ztráty jsou tím silnější, čím větší je poměr vzdálenosti mezi dráty k vlnové délce. Ke snížení ztrát zářením se používají kovové trubky zvané vlnovody.

Po této cestě však není možné vyřešit problém účinnosti vysokovýkonových přenosů. To značně brzdilo a stále brzdí rozvoj průmyslu a dopravy, protože potřeba elektřiny neustále roste. Tuto potřebu lze uspokojit výstavbou nových výkonných elektráren. Stavba nové elektrárny však trvá několik let a stojí hodně. Tepelné elektrárny přitom spotřebovávají neobnovitelné přírodní zdroje: uhlí, ropu a plyn. Zároveň poškozují ekologickou rovnováhu na naší planetě.

Chci uvažovat o vzniku a vývoji, stejně jako o problémech přenosu energie na velké vzdálenosti.

Přenos elektřiny z elektráren ke spotřebitelům je jedním z nejdůležitějších úkolů v energetickém sektoru. Elektřina se přenáší především přes nadzemní střídavá elektrická vedení (OLT), ačkoli existuje trend ke stále většímu využívání kabelových a stejnosměrných vedení.

Potřeba přenášet energii na dálku je způsobena skutečností, že elektřinu vyrábějí velké elektrárny s výkonnými jednotkami a spotřebovávají ji elektrické přijímače s relativně malým výkonem rozmístěné na velké ploše. Trend směřující ke koncentraci elektřiny se vysvětluje tím, že s jejich růstem klesají relativní náklady na výstavbu elektráren a klesají náklady na vyrobenou elektřinu. Umístění výkonných elektráren se provádí s přihlédnutím k řadě faktorů, jako je dostupnost energetických zdrojů, jejich druh, zásoby a přepravní možnosti, přírodní podmínky, schopnost fungovat jako součást jednotného energetického systému atd. Často se ukáže, že takové elektrárny jsou značně vzdálené od hlavních center spotřeby elektřiny.

Provoz jednotných energetických systémů pokrývajících rozsáhlá území závisí na účinnosti přenosu energie na vzdálenosti.

Kvalita elektrické energie je dána spolehlivým a stabilním provozem přenosu výkonu, který je zajištěn zejména použitím kompenzačních zařízení a automatických regulačních a řídicích systémů

V poslední třetině 19. století se energetický problém stal velmi akutním v mnoha velkých průmyslových centrech Evropy a Ameriky. Obytné budovy, doprava, továrny a dílny vyžadovaly stále více paliva, které bylo nutné dopravovat z daleka, v důsledku čehož cena neustále rostla. V tomto ohledu se tu a tam začali obracet k říční vodní energii, která je mnohem levnější a dostupnější. Zároveň se všude zvýšil zájem o elektrickou energii. Již dlouho se uvádí, že tento typ energie je mimořádně výhodný: elektřina se snadno vyrábí a stejně snadno se přeměňuje na jiné druhy energie, snadno se přenáší na dálku, dodává a drtí.

První elektrárny se obvykle skládaly z elektrického generátoru napojeného na parní stroj nebo turbínu a měly zásobovat elektřinou jednotlivé objekty (například dílnu nebo dům, v krajním případě blok). Od poloviny 80. let se začaly budovat centrální městské elektrárny poskytující proud především pro osvětlení. (První taková elektrárna byla postavena v roce 1882 v New Yorku pod vedením Edisona.) Proud vytvářely silné parní stroje. Na začátku 90. let se však ukázalo, že energetický problém nelze tímto způsobem vyřešit, protože výkon centrálních stanic umístěných v centrální části města nemůže být příliš velký. Používali stejné uhlí a ropu, to znamená, že nevyřešili problém dodávky paliva.

Levnější a praktičtější bylo stavět elektrárny v místech s levnými palivovými a vodními zdroji. Ale zpravidla oblasti, kde bylo možné získat levnou elektřinu ve velkém, byly desítky a stovky kilometrů daleko od průmyslových center a velkých měst. Tak vznikl další problém – přenos elektřiny na velké vzdálenosti.

Experimenty s přenosem energie

První pokusy v této oblasti se datují na samý začátek 70. let XNUMX. století, kdy se využíval především stejnosměrný proud. Ukázali, že jakmile délka propojovacího vodiče mezi generátorem proudu a motorem odebírajícím tento proud přesáhla několik set metrů, došlo v motoru k výraznému poklesu výkonu v důsledku velkých energetických ztrát v kabelu. Tento jev lze snadno vysvětlit, pokud si pamatujeme tepelný účinek proudu. Při průchodu proudu kabelem se ohřívá. Tyto ztráty jsou tím větší, čím větší je odpor drátu a síla procházejícího proudu. Byly pouze dva způsoby, jak snížit ztráty v přenosovém vedení: buď zvětšit průřez přenosového drátu, nebo zvýšit napětí. Zvětšení průřezu drátu však značně zvýšilo jeho cenu, protože jako vodič se tehdy používala docela drahá měď. Druhá cesta slibovala mnohem větší zisk.

Vytvoření úsporných stejnosměrných strojů a počáteční kroky ve vývoji elektrického osvětlení a elektrických pohonů by nemohly přinést zásadní změny ve výrobní praxi, pokud by nebyl vyřešen další základní problém elektroenergetiky – přenos elektrické energie přes vzdálenost.

V 70-80 letech XIX století. tento problém se stal aktuálním v souvislosti se vznikem velkých průmyslových podniků. Samotná potřeba metod přenosu energie ke spotřebitelům vzdáleným od zdrojů mechanické energie existovala a byla nějakým způsobem vyřešena dlouho před objevením prvních elektráren. Pomocí ocelových lan bylo tedy možné dosáhnout dosahu přenosu až 120 m a při instalaci mezibloků až 5 km. Byly činěny opakované pokusy využít k přenosu energie stlačený vzduch a hydraulický tlak, ale ani jeden princip nemohl tvořit základ pro poskytování mechanické energie pro tovární výrobu ve velkém měřítku.

Naděje vynálezců se obrátily k novému druhu energie – elektřině. První experimenty s přenosem elektrické energie na dálku pocházejí z počátku 70. let. V roce 1873 francouzský fyzik I. Fontaine prokázal na vídeňské mezinárodní výstavě vlastnost reverzibility elektrických strojů: poháněl motor (Gramův stroj) z generátoru (stejný Gramův stroj). Motor a generátor byly vzájemně propojeny 1 km dlouhým kabelem. Byla tak prokázána zásadní možnost přenosu mechanické energie na relativně dlouhou vzdálenost dvojí přeměnou energie: mechanická na elektrickou na konci generátoru a elektrická na mechanickou na spotřebiteli. Ekonomická proveditelnost takového principu dosud nebyla prokázána.

Počínaje rokem 1874, několik let, ruský vojenský inženýr F.A. Pirotsky, snažící se prokázat účinnost „přenosu elektrické energie“, prováděl řadu experimentů s použitím vodičů velkého průřezu – opuštěné větve Sestroretské železnice.

Progresivní způsob řešení problému přenosu elektrické energie našli v roce 1880 francouzský vědec M. Depres a ruský fyzik D. A. Lachinov. Matematickou analýzou podstaty fyzikálních procesů v systému generátor-linka-motor ukázali, že účinnosti přenosu výkonu lze dosáhnout zvýšením napětí ve vedení.

Teoretický závěr, který shrnul empirické poznatky z oblasti elektrických strojů a elektrických obvodů, posloužil jako spolehlivá platforma pro následná technická řešení. V roce 1882 Despres postavil první experimentální přenos výkonu Miesbach – Mnichov, dlouhý 57 km, se stejnosměrným napětím 1,5-2 kV; Účinnost nepřesáhla 0,22 %. První praktický krok zatím nepřinesl příznivé výsledky, ale stal se výchozím bodem pro další práci. V novém poloprovozním závodě Vasille-Grenoble z roku 1883 byla energie přenesená do Grenoblu (přibližně 7 hp) využívána k pohonu několika tiskových a dalších strojů. Účinnost přenosu byla 62 %.

F. Engels s mimořádným vhledem hodnotil objev Despres, obrovský význam nového technického směru, když v něm viděl nejen zárodek budoucího osvobození průmyslu „téměř od všech hranic daných místními podmínkami“, ale také zdroj hluboké společenské změny.

Velké experimenty s přenosem energie byly provedeny v roce 1885; Napětí 56 km dlouhého přenosového vedení (mezi Creilem a Paříží) dosáhlo 6 kV. V té době to bylo maximální napětí pro stejnosměrné stroje na základě izolačních a spínacích podmínek.

Brzy byl stejnosměrný proud přenášen na vyšší napětí – až 12 kV. Přenosy stejnosměrného proudu tak vysokého napětí však byly vzácné. Obtíže při vytváření vysokonapěťových strojů a přeměně vysokonapěťového proudu na nízkonapěťový pro spotřebitele nás přinutily obrátit se na studium vlastností střídavých proudů.

Hlavní energetický problém konce 19. století byl brzy vyřešen – problém centralizace výroby elektřiny a jejího přenosu na velké vzdálenosti. Všem bylo jasné, jak lze dodávat vícefázový proud ze vzdálené elektrárny do každé jednotlivé dílny a poté do jednotlivého stroje. Bezprostředním důsledkem vzniku technologie vícefázového proudu bylo, že v následujících letech začala ve všech vyspělých zemích rychlá výstavba elektráren a rozsáhlá elektrifikace průmyslu.

Pravda, v prvních letech to bylo dále komplikováno tvrdým bojem mezi konkurenčními společnostmi, které se snažily zavést ten či onen typ proudu. V Americe se tedy nejprve ujala společnost Westinghouse, která se po zakoupení Teslových patentů pokusila distribuovat dvoufázový proud. Triumfem dvoufázového systému byla výstavba výkonné vodní elektrárny u Niagarských vodopádů v roce 1896. Ale třífázový proud byl brzy všeobecně uznáván jako nejlepší. Dvoufázový systém skutečně vyžadoval čtyři vodiče a třífázový systém pouze tři. Kromě větší jednoduchosti sliboval výraznou úsporu nákladů. Později Tesla, po vzoru Dolivo-Dobrovolského, navrhl kombinovat dva zpětné vodiče dohromady. V tomto případě se proudy sčítaly a ve třetím drátu tekl proud přibližně 1krát větší než ve zbývajících dvou. Proto byl průřez tohoto vodiče 4krát větší (bez tohoto zvětšení průřezu docházelo v obvodu k přetížení).

V důsledku toho byly náklady na dvoufázové zapojení stále vyšší než na třífázové, zatímco dvoufázové motory byly ve všech ohledech horší než třífázové. Ve 20. století se všude prosadil třífázový systém. Dokonce i Niagarská elektrárna byla nakonec převedena na třífázový proud.

Vývoj technologie pro přenos elektřiny na velké vzdálenosti

Vývoj přenosu výkonu byl vždy charakterizován: nárůstem přenášeného výkonu, délkou vedení a v důsledku toho i nárůstem napětí.
Zvyšování těchto parametrů v každé nové etapě kladlo nové a složitější úkoly pro vědce a inženýry, pro konstruktéry elektrických strojů, lineárních zařízení a spínacích zařízení.

Prakticky byly možné dva způsoby přenosu energie: stejnosměrný nebo střídavý proud. Obě tyto metody byly vyvinuty s různým stupněm úspěchu v průběhu historie elektrické energie.

Hlavním prostředkem přenosu elektrické energie byla nadzemní a kabelová vedení s veškerým potřebným vybavením.

Přenos výkonu stejnosměrným proudem

Ve vývoji přenosu stejnosměrného proudu lze rozlišit dva hlavní směry:

– získání vysokého napětí bez přeměny typu proudu;
-použití konverzní technologie.

Největších úspěchů ve vývoji technologie přenosu stejnosměrného proudu dosáhl švýcarský inženýr René Thury.

Implementoval Fontainův nápad zavedením malého vylepšení: elektrický stroj, který selhal, byl odpojen od linky speciálním strojem a jeho konce byly navzájem spojeny. Na přijímacím konci linky byla postavena rozvodna, ve které byly motory zapínány sériově. Každý z těchto motorů poháněl nízkonapěťový generátor. „Systém Thuri“ byl tedy vysokonapěťovým vedením připojeným na svých koncích ke dvěma systémům strojů zapojených do série.

První přenos výkonu pomocí systému Thuri byl proveden v Janově v roce 1893. Pracoval nejprve při napětí 5-6, poté 10 a dokonce 14 kV o výkonu 325 kW. Celková délka tratí dosáhla 60 km.

Experimenty s přenosem pomocí systému Türi dokončily první směr ve vývoji stejnosměrného přenosu výkonu.

Druhý směr vznikl v roce 1918. V této době již úspěšně fungoval výkonný třífázový přenos vysokého napětí (až 3 kV).

Ale na konci druhé dekády současného století se objevily kontury nového a velmi nečekaného problému. Faktem je, že na značné přenosové vzdálenosti při vysokém napětí začala výrazně ovlivňovat kapacitní vodivost vedení a výrazně se zvýšil kapacitní proud. Při přenosu energie na vzdálenost větší než 300 – 500 km byl již tento kapacitní proud obtížně kompenzovatelný.

Přenos elektřiny: Přenos elektrické energie na dálku –

Často kladené dotazy

Je možné přenášet elektrickou energii na velké vzdálenosti?
— Elektřinu nelze přenášet na velké vzdálenosti kvůli ztrátám.
Jak se přenáší elektrická energie?

Přenos elektrické energie je technologie pro přenos energie z výrobních míst do míst spotřeby. Elektrická energie se přenáší prostřednictvím elektrických sítí, které zahrnují měniče, elektrické vedení a distribuční zařízení.

Jak se elektrická energie přenáší na dálku?

Elektřina se přenáší primárně po nadzemním elektrickém vedení (OPL) s využitím střídavého proudu, ačkoli existuje trend směrem k rostoucímu používání kabelových vedení a vedení stejnosměrného proudu.

Jak se elektřina přenáší na velké vzdálenosti?

Aby se snížily ztráty při přenosu elektřiny na velké vzdálenosti, napětí se nejprve zvýší jejím přenosem po přenosovém vedení a poté se pro přímé použití sníží.

Jak se přenáší elektrická energie na velké vzdálenosti?

Jak víte, elektřina se vyrábí v elektrárnách a přenáší se ke spotřebitelům na velké vzdálenosti pomocí elektrických přenosových vedení (PTL). Ale při přenosu elektrické energie přes dráty se část energie spotřebuje na ohřev drátů elektrického vedení.