Perché la trasmissione di elettricità a distanza avviene a tensione aumentata

Oggi la trasmissione di energia elettrica a distanza avviene sempre a una tensione maggiore, misurata in decine e centinaia di kilovolt. In tutto il mondo, centrali elettriche di vario tipo generano gigawatt di elettricità. Questa elettricità viene distribuita nelle città e nei villaggi utilizzando fili che possiamo vedere ad esempio su autostrade e ferrovie, dove sono invariabilmente fissati su alti pali con lunghi isolatori. Ma perché la trasmissione è sempre ad alta tensione? Ne parleremo dopo.

Immagina di dover trasmettere energia elettrica attraverso fili di almeno 1000 watt su una distanza di 10 chilometri sotto forma di corrente alternata con minime perdite di potenza, un potente proiettore da kilowatt. Che cosa hai intenzione di fare? Ovviamente la tensione dovrà essere convertita, ridotta o aumentata in un modo o nell'altro. utilizzando un trasformatore.

Supponiamo che una sorgente (un piccolo generatore a benzina) produca una tensione di 220 volt, mentre a tua disposizione c'è un cavo di rame bipolare con una sezione di ciascun nucleo di 35 mmq. Per 10 chilometri, tale cavo fornirà una resistenza attiva di circa 10 ohm.

Un carico da 1 kW ha una resistenza di circa 50 ohm. E se la tensione trasmessa rimane a 220 volt? Ciò significa che un sesto della tensione (cadrà) sul cavo di trasmissione, che sarà a circa 36 volt. Quindi circa 130 W sono stati persi lungo il percorso: hanno solo riscaldato i cavi di trasmissione. E sui riflettori non otteniamo 220 volt, ma 183 volt. L'efficienza di trasmissione si è rivelata dell'87% e questo ignora ancora la resistenza induttiva dei fili di trasmissione.

Il fatto è che le perdite attive nei cavi di trasmissione sono sempre direttamente proporzionali al quadrato della corrente (vedi Legge di Ohm). Pertanto, se il trasferimento della stessa potenza viene effettuato a una tensione più elevata, la caduta di tensione sui fili non sarà un fattore così dannoso.

Supponiamo ora una situazione diversa. Abbiamo lo stesso generatore a benzina che produce 220 volt, gli stessi 10 chilometri di filo con una resistenza attiva di 10 ohm e gli stessi proiettori da 1 kW, ma per di più ci sono ancora due trasformatori da kilowatt, il primo dei quali amplifica 220 -22000 volt. Situato vicino al generatore e collegato ad esso tramite una bobina a bassa tensione e tramite una bobina ad alta tensione, collegata ai cavi di trasmissione. E il secondo trasformatore, a una distanza di 10 chilometri, è un trasformatore step-down di 22000-220 volt, alla bobina a bassa tensione a cui è collegato un proiettore e la bobina ad alta tensione è alimentata dai cavi di trasmissione.

Quindi, con una potenza di carico di 1000 watt a una tensione di 22000 volt, la corrente nel filo di trasmissione (qui puoi fare a meno di tenere conto del componente reattivo) sarà solo di 45 mA, il che significa che 36 volt non cadranno esso (com'era senza trasformatori), ma solo 0,45 volt! Le perdite non saranno più di 130 W, ma solo di 20 mW. L'efficienza di tale trasmissione a tensione aumentata sarà del 99,99%. Questo è il motivo per cui il surge è più efficace.

Nel nostro esempio, la situazione è considerata grossolanamente e l'uso di trasformatori costosi per uno scopo domestico così semplice sarebbe certamente una soluzione inappropriata. Ma sulla scala dei paesi e persino delle regioni, quando si tratta di distanze di centinaia di chilometri e di enormi potenze trasmesse, il costo dell'elettricità che può essere persa è mille volte superiore a tutti i costi dei trasformatori. Ecco perché quando si trasmette elettricità a distanza, viene sempre applicata una tensione maggiore, misurata in centinaia di kilovolt, per ridurre le perdite di potenza durante la trasmissione.

La continua crescita dei consumi di energia elettrica, la concentrazione della capacità produttiva nelle centrali elettriche, la riduzione delle aree libere, l'inasprimento dei requisiti di tutela ambientale, l'inflazione e l'aumento dei prezzi dei terreni, nonché una serie di altri fattori, determinano fortemente l'aumento nella capacità di trasmissione delle linee di trasmissione dell'energia elettrica.

I progetti di varie linee elettriche sono esaminati qui: Il dispositivo di diverse linee elettriche con tensione diversa

L'interconnessione dei sistemi energetici, l'aumento della potenza delle centrali e dei sistemi nel loro complesso si accompagnano all'aumento delle distanze e dei flussi di energia trasmessa lungo l'elettrodotto.Senza potenti linee elettriche ad alta tensione, è impossibile fornire energia dalle moderne grandi centrali elettriche.

Sistema energetico unificato consente di garantire il trasferimento della potenza di riserva in quelle aree dove ve n'è bisogno, in relazione a lavori di riparazione o condizioni di emergenza, sarà possibile trasferire la potenza in eccesso da ovest a est o viceversa, a causa del cambio di cintura in tempo.

Grazie alle trasmissioni a lunga distanza, è diventato possibile costruire centrali elettriche superpotenti e sfruttare appieno la loro energia.

Gli investimenti per la trasmissione di 1 kW di potenza su una determinata distanza a una tensione di 500 kV sono 3,5 volte inferiori rispetto a una tensione di 220 kV e inferiori del 30-40% rispetto a una tensione di 330-400 kV.

I costi di trasferimento di 1 kW • h di energia a una tensione di 500 kV sono due volte inferiori rispetto a una tensione di 220 kV e del 33-40% inferiori rispetto a una tensione di 330 o 400 kV. Le capacità tecniche della tensione di 500 kV (potenza naturale, distanza di trasmissione) sono 2-2,5 volte superiori a quelle di 330 kV e 1,5 volte superiori a 400 kV.

Una linea a 220 kV può trasmettere una potenza di 200 — 250 MW a una distanza di 200 — 250 km, una linea a 330 kV — una potenza di 400 — 500 MW a una distanza di 500 km, una linea a 400 kV — una potenza di 600 — 700 MW a una distanza fino a 900 km. La tensione di 500 kV fornisce la trasmissione di potenza di 750 - 1000 MW attraverso un circuito a una distanza fino a 1000 - 1200 km.