لماذا يتم نقل الكهرباء عن بعد عند زيادة الجهد

اليوم ، يتم دائمًا نقل الطاقة الكهربائية عبر مسافة بجهد متزايد ، والذي يقاس بعشرات ومئات الكيلوفولت. في جميع أنحاء العالم ، تولد محطات توليد الطاقة بمختلف أنواعها جيجاوات من الكهرباء. يتم توزيع هذه الكهرباء في المدن والقرى باستخدام الأسلاك التي يمكننا رؤيتها على سبيل المثال على الطرق السريعة والسكك الحديدية ، حيث يتم تثبيتها دائمًا على أعمدة طويلة مع عوازل طويلة. ولكن لماذا يكون ناقل الحركة دائمًا عالي الجهد؟ سنتحدث عن ذلك لاحقًا.

تخيل أنه يتعين عليك نقل الطاقة الكهربائية عبر أسلاك لا تقل عن 1000 واط على مسافة 10 كيلومترات في شكل تيار متردد مع الحد الأدنى من فقدان الطاقة ، كشاف قوي كيلووات. ما كنت تنوي القيام به؟ من الواضح أن الجهد يجب أن يتم تحويله أو تقليله أو زيادته بطريقة أو بأخرى. باستخدام محول.

افترض أن مصدرًا (مولد بنزين صغير) ينتج جهد 220 فولت ، بينما يوجد تحت تصرفك كبل نحاسي ثنائي النواة مع مقطع عرضي لكل قلب يبلغ 35 ملم مربع. لمدة 10 كيلومترات ، سيعطي هذا الكابل مقاومة نشطة تبلغ حوالي 10 أوم.

تبلغ مقاومة الحمل 1 كيلو واط حوالي 50 أوم. وماذا لو بقي الجهد المرسل عند 220 فولت؟ هذا يعني أن سدس الجهد سوف (ينخفض) على سلك النقل ، والذي سيكون عند حوالي 36 فولت. لذلك فقد حوالي 130 واط على طول الطريق - قاموا فقط بتسخين أسلاك الإرسال. وعلى الأضواء الكاشفة ، لا نحصل على 220 فولت ، بل نحصل على 183 فولت. تحولت كفاءة النقل إلى 87٪ ، وهذا لا يزال يتجاهل المقاومة الاستقرائية لأسلاك النقل.

الحقيقة هي أن الخسائر النشطة في أسلاك النقل تتناسب دائمًا بشكل مباشر مع مربع التيار (انظر قانون أوم). لذلك ، إذا تم نقل نفس الطاقة بجهد أعلى ، فلن يكون انخفاض الجهد على الأسلاك عاملاً ضارًا.

دعونا نفترض الآن وضعا مختلفا. لدينا نفس مولد البنزين الذي ينتج 220 فولت ، ونفس السلك الذي يبلغ طوله 10 كيلومترات مع مقاومة نشطة تبلغ 10 أوم ونفس الأضواء الكاشفة 1 كيلو وات ، ولكن فوق ذلك لا يزال هناك محولين للكيلوواط ، أولهما يضخم 220-22000 فولت. يقع بالقرب من المولد ومتصل به من خلال ملف منخفض الجهد ، ومن خلال ملف عالي الجهد - متصل بأسلاك النقل. والمحول الثاني ، على مسافة 10 كيلومترات ، عبارة عن محول تنحي من 22000-220 فولت ، إلى ملف الجهد المنخفض الذي يتصل به مصباح كشاف ، ويتم تغذية ملف الجهد العالي بواسطة أسلاك النقل.

لذلك ، مع قوة تحميل تبلغ 1000 وات بجهد 22000 فولت ، فإن التيار في سلك الإرسال (هنا يمكنك الاستغناء عن المكون التفاعلي) سيكون 45 مللي أمبير فقط ، مما يعني أن 36 فولت لن تسقط. (كما كانت بدون محولات) ، ولكن فقط 0.45 فولت! لن تكون الخسائر بعد الآن 130 واط ، ولكن 20 ميغاواط فقط. ستكون كفاءة هذا النقل عند زيادة الجهد 99.99٪. هذا هو السبب في أن زيادة عدد القوات أكثر فعالية.

في مثالنا ، يتم النظر إلى الموقف بشكل فظ ، واستخدام محولات باهظة الثمن لمثل هذا الغرض المنزلي البسيط سيكون بالتأكيد حلاً غير مناسب. لكن على مستوى البلدان وحتى المناطق ، عندما يتعلق الأمر بمسافات مئات الكيلومترات والقوى المنقولة الضخمة ، فإن تكلفة الكهرباء التي يمكن أن تضيع أعلى ألف مرة من جميع تكاليف المحولات. لهذا السبب ، عند نقل الكهرباء عن بعد ، يتم دائمًا تطبيق جهد متزايد ، يقاس بمئات الكيلوفولت ، لتقليل فقد الطاقة أثناء النقل.

النمو المستمر في استهلاك الكهرباء ، وتركيز الطاقة الإنتاجية في محطات توليد الطاقة ، وتقليص المساحات الحرة ، وتشديد متطلبات حماية البيئة ، والتضخم ، وزيادة أسعار الأراضي ، بالإضافة إلى عدد من العوامل الأخرى ، تملي بقوة الزيادة في قدرة نقل خطوط نقل الكهرباء.

تتم مراجعة تصميمات خطوط الكهرباء المختلفة هنا: جهاز خطوط كهرباء مختلفة بجهد مختلف

يقترن الترابط بين أنظمة الطاقة وزيادة قدرة محطات وأنظمة الطاقة ككل بزيادة مسافات وتدفقات الطاقة المنقولة على طول خط الطاقة.بدون خطوط طاقة عالية الجهد ، من المستحيل توفير الطاقة من محطات الطاقة الكبيرة الحديثة.

نظام طاقة موحد يسمح بضمان نقل الطاقة الاحتياطية إلى تلك المناطق التي توجد فيها حاجة لها ، فيما يتعلق بأعمال الإصلاح أو ظروف الطوارئ ، سيكون من الممكن نقل الطاقة الزائدة من الغرب إلى الشرق أو العكس ، بسبب تغيير الحزام في الوقت المناسب.

بفضل الإرسال لمسافات طويلة ، أصبح من الممكن بناء محطات طاقة عظمى والاستفادة الكاملة من طاقتها.

الاستثمارات لنقل 1 كيلوواط من الطاقة على مسافة معينة بجهد 500 كيلوفولت أقل 3.5 مرة من الجهد 220 كيلوفولت ، و 30-40٪ أقل من الجهد 330-400 كيلوفولت.

إن تكاليف نقل 1 كيلو وات • ساعة من الطاقة بجهد 500 كيلو فولت أقل مرتين من تلك عند جهد 220 كيلو فولت ، وبنسبة 33-40٪ أقل من جهد 330 أو 400 كيلو فولت. القدرات التقنية لجهد 500 كيلو فولت (الطاقة الطبيعية ، مسافة النقل) أعلى بمقدار 2 - 2.5 مرة من تلك التي تبلغ 330 كيلو فولت و 1.5 مرة أعلى من 400 كيلو فولت.

يمكن لخط 220 كيلو فولت أن ينقل طاقة من 200 - 250 ميغاواط على مسافة 200-250 كم ، خط 330 كيلو فولت - بقوة 400 - 500 ميغاواط على مسافة 500 كيلومتر ، خط 400 كيلو فولت - بقوة 600 - 700 ميغاواط على مسافة 900 كلم. يوفر الجهد 500 كيلو فولت نقل الطاقة من 750 - 1000 ميغاواط من خلال دائرة واحدة على مسافة تصل إلى 1000 - 1200 كم.