ЛЕП – лінія електропередач

Енергоресурси розподілені на землі нерівномірно, тому практично постійно електроенергія виробляється в одних місцях, а споживається в інших. Тому її доводиться передавати і часто на великі відстані. Досі не придумали кращого способу передачі, ніж багатокілометрові ЛЕП – дротяні лінії електропередачі. Не дивлячись на те, що дроти цих ліній виготовляють з алюмінію, металу з малим питомим електричним опором, втрати енергії можуть бути дуже значні.

Проведемо найпростішу оцінку. Нехай електроплитка потужністю P = 1кВт, живиться від джерела напругою [1] U = 220 В, розташованого на відстані l = 1км, лінія передачі – з алюмінієвого дроту радіуса r = 1мм. Знайдемо втрати електроенергії при її передачі.

На рис. 274 показані графіки залежності ККД і коефіцієнта втрат лінії передачі від ставлення опорів лінії передачі і навантаження. Відзначимо, що опір лінії передач зростає при збільшенні відстані (при цьому збільшуються втрати). Крім того, при збільшенні потужності навантаження зменшується її опір – що також призводить до збільшення втрат енергії. Тому пам’ятайте – при включенні чергового електричного приладу ви збільшуєте втрати енергії, не тільки абсолютні, але й відносні – чи варто за свій рахунок марно обігрівати Всесвіт?

Вихід з такої сумної ситуації був знайдений ще на зорі електричної ери. Він полягає в збільшенні електричної напруги в лініях електропередач.

Отже, збільшення напруги ЛЕП необхідно для зменшення втрат. З іншого боку, збільшення напруги в побутових мережах смертельно небезпечно для життя – завжди є небезпека ненавмисного потрапляння людини під удар електричним струмом. Тому напруга в побутових мережах не надто велике [2]: у нашій країні 220 В, у ряді країн – 127 В, використовуються також 110 В, 240 В. Крім того, досить складно і небезпечно створювати електрогенератори з високим ЕРС. Таким чином, електроенергія виробляється і споживається при невисокому напрузі, а передаватися повинна при високому. Ці обставини призвели до того, що традиційні лінії електропередач будуються за схемою, зображеною на рис. 275.

Наше завдання – проаналізувати вплив електричного опору лінії передачі R1 в такій схемі транспортування електроенергії. Для спрощення розрахунків ми пренебрежем активним опором електрогенератора і всього первинного контуру – зазвичай його розміри значно менше довжини ЛЕП. Також будемо вважати, що трансформатори однакові, тільки включені протилежно: у скільки разів підвищує напругу перших, у стільки ж разів знижує другою. Крім того, збережемо колишні позначення для опорів навантаження і лінії передачі.

Методика розрахунку характеристик цього ланцюга не відрізняється від методики розрахунків, використаних нами раніше, тому тут наш виклад буде більш стислим. Отримаємо систему рівнянь, що описують характеристики даного ланцюга, при цьому відразу будемо будувати відповідні векторні діаграми, для цих рівнянь. Можливість використання методу векторних діаграм обгрунтована тим, що генератор створює змінну ЕРС, що змінюється за гармонійним законом, тому всі характеристики (сили струмів, напруги, магнітні потоки, ЕРС індукції) також будуть змінюватися за гармонійним законам з тією ж частотою.

Таким чином, наша система рівнянь є повною і може бути вирішена. Ми не будемо повністю вирішувати дану систему: для аналізу втрат електроенергії в лінії передач нам досить визначити сили струмів в ланцюзі споживача і лінії передач, тому обмежимося розрахунком цих величин. Тому стратегія «боротьби з системою рівнянь» полягає в якнайшвидшому виключення магнітних потоків і ЕРС індукції в обмотках трансформаторів, виражаючи їх через амплітуди шуканих струмів і ЕРС генератора.

Посилання на основну публікацію