16. Передача электрической энергии по проводам

Потеря напряжения в проводах линии. Передача электрической энергии от источника 1 (рис. 35) к приемнику 2 происходит по прово­дам, образующим электрическую линию. При передаче энергии воз­никает потеря напряжения в проводах линии

ΔU_л = Ir_л

где r_л — сопротивление проводов линии.

В результате этого напряжение U₂ в конце электрической линии оказывается меньше напряжения U₁ в начале линии. Потеря напряжения в проводах линии ΔU_л не является постоянной величиной; она колеб­лется в зависимости от силы тока нагрузки от нуля (при I = 0) до наибольшего значения (при максимальной нагрузке). Кроме того, она зависит от сопротивления r_л проводов линии, т. е. от их удельной про­водимости ρ, площади поперечного сечения S и длины линии l_л.

На электрифицированных железных дорогах одним из проводов, соединяющих источник питания — тяговую подстанцию с потребите­лем — электровозом, является контактный провод, а другим — рельсы. Поэтому под потерей напряжения в проводах ΔU_л в этом случае понимается суммарная потеря напряжения в контактной сети и рель­сах. Потеря напряжения в линии увеличивается по мере удаления электровоза от тяговой подстанции; в соответствии с этим уменьшает­ся и напряжение на его токоприемнике.

Потери мощности в линии и ее к. п. д. При прохождении по линии тока I часть мощности Р₁ поступающей от источника электрической энергии, теряется в линии, вызывая нагрев проводов; эти потери мощ­ности

ΔP_л = I²r_л = IΔU_л.

Следовательно, приемник электрической энергии, включенный на конце линии, будет получать меньшую мощность

Р₂ = Р₁- ΔP_л .

При увеличении тока I возрастают потери мощности в проводах линии ΔP_л и уменьшаются к. п. д. линии и напряжение U₂, подавае­мое на нагрузку.

Практически электрическую энергию передают по проводам при η= 0,9 — 0,95; при этом сопротивление проводов линии составляет 5—10% сопротивления нагрузки и потери энергии в них не превышают 5—10% передаваемой мощности.

Рассмотрим теперь, как зависят потери мощности в линии и ее к. п. д. от напряжения U₁ при котором осуществляется передача электроэнергии. Потери мощности в проводах линии

Следовательно, чем больше передаваемая мощность Р₁ и расстоя­ние l_л, на которое она передается, тем больше потери мощности и энергии в проводах; чем больше площадь сечения проводов S_л и напря­жение U₁ в линии передачи, тем меньше эти потери, поэтому выгод­нее передавать электрическую энергию при более высоких напряжениях.

В настоящее время при передаче электрической энергии на даль­нее расстояние широко используются выгоды, которые дает повыше­ние напряжения. Чем большую мощность требуется передать и чем больше расстояние, на которое она передается, тем более высокое на­пряжение применяют в линиях электропередачи. Например, при пере­даче энергии от мощных электростанций (Куйбышевской, Волгоград­ской и др.) на расстояние 800—1000 км используют напряжение 500— 750 кВ; при передаче энергии на расстояние 100—200 км — 110—220 кВ; при передаче сравнительно небольшого количества энергии на рас­стояние нескольких километров или десятков километров — 35 кВ. В электрических установках небольшой мощности при расположении электрических приемников вблизи от источников питания применяют напряжения 110, 220, 440 В (при постоянном токе) и 127, 220, 380, 660 В (при переменном токе).

При электрической тяге также, чем больше напряжение в контакт­ном проводе, тем меньшую площадь сечения он будет иметь а чем на большем расстоянии могут быть расположены источники питания контактной сети (тяговые подстанции). Например, для снабжения электрической энергией трамвая, двигатели которого имеют сравни­тельно небольшую мощность, а контактная сеть — небольшую про­тяженность, используют напряжение 600 В, а на магистральных же­лезных дорогах, электрифицированных на постоянном токе (где эксплуатируются мощные локомотивы) — 3300 В. Электрификация же­лезных дорог на переменном токе дает возможность поднять напряжение в контактной сети до 27 500 В, что позволяет значительно умень­шить площадь сечения проводов контактной сети и увеличить расстоя­ние между тяговыми подстанциями по сравнению с дорогами постоян­ного тока. В последнее время ведутся работы по дальнейшему повы­шению напряжения в контактной сети на дорогах переменного тока до 2 х 25 кВ.

Принципы расчета проводов. Для правильной работы приемников электрической энергии весьма важно, чтобы подаваемое к ним напря­жение поддерживалось по возможности постоянным и было равно их номинальному напряжению. Понижение напряжения вызывает су­щественное ослабление накала электрических ламп и ухудшение ре­жима работы электродвигателей, а увеличение по сравнению с номи­нальным — сокращение срока службы ламп и электрических машин. Электрические провода обычно рассчитывают по допустимой потере напряжения. Потеря напряжения в проводах допускается небольшой по сравнению с напряжением сети для экономии электри­ческой энергии и обеспечения малого колебания напряжения на при­емниках. В электрических сетях различного назначения допустимые потери напряжения составляют примерно 2—6%. Исходя из этих условий и проводят расчет электрических проводов, т. е. подбор пло­щади S их поперечного сечения. Ее выбирают такой, чтобы при мак­симальной нагрузке потеря напряжения на участке от источника пита­ния до самого удаленного приемника не превышала 2—6% номиналь­ного напряжения. При электрической тяге выбор площади сечения контактных проводов также производят из условия, чтобы на токо­приемнике электровоза действовало напряжение U₂, достаточное для нормальной работы электрических машин локомотива.