Как осуществляется передача электроэнергии на большие расстояния?

Исходя из закона Джоуля-Ленца, при передаче электрической энергии от источника её выработки – электростанции – до потребителя происходят тепловые потери. Для их минимизации используется ряд технических решений. Разберёмся, как осуществляется передача электроэнергии на большие расстояния. Проследим историю транспортировки электричества от генератора до конечного пользователя по воздушным линиям электропередач.

Как происходит преобразование и передача электрической энергии на расстоянии

В начале XVIII века С. Грей сумел передать электричество на сотни футов по шёлковому токопроводу. До конца XIX века электроэнергия применялась поблизости источников её генерирования.

С распространением электрического освещения начали развиваться электросети. С закрытых локальных электрических энергетических сетей (ЭЭС) они превратились в открытые мощные системы, связывающие производителя и потребителя наиболее востребованной человечеством волновой энергии. Объединение ЭЭС предоставляет ряд преимуществ:

• Быстрая и дешевая транспортировка.
• Взаимное резервирование, повышающее надёжность системы.
• Распределение нагрузки между сетями в зависимости от нагрузок.

В начале 1880-х российский физик Лапчинов установил, что потери при транспортировке электричества прямо пропорциональны его напряжению. Его современники Усагин с Яблочковым создали трансформатор – устройство, способное повышать напряжение и, соответственно, снижать ток электричества для передачи на дальние расстояния. И уже в 1882 г. Усагин собрал первую систему дальней электропередачи.

Для снижения потерь при получении, двойном преобразовании электроэнергии и её передаче учёным приходится учитывать тепловые потери, которые вычисляются по формуле: Q = I²Rt. Целесообразнее всего, исходя из формулы, понизить ток в сети и повысить напряжение. Для этого применяют повышающие трансформаторы, устанавливающиеся рядом с генератором электричества. Они снижают ток передаваемого электричества и повышают его напряжение до сотен киловольт. 

После высоковольтное электричество с низким током передаётся к распределительной станции по линии электропередач. От неё – к понижающим преобразователям или трансформаторам. Последние устанавливаются в будках возле домов, на предприятиях, улицах населённых пунктов. От преобразователей к потребителям на расстояние в сотни метров передаётся переменный ток, готовый к потреблению с напряжением ~220 В и частотой 50 Гц в восточном и 60 Гц в западном полушариях. 

Различают три классификации способов передачи электроэнергии от источника к потребителю. Они отличаются:

• Типом ЛЭП: межсистемные и магистральные.
• Способом промежуточного отбора мощности: прямой, промежуточный отбор или генерация.
• Количеством линий: одна, пара, три.

Основные характеристики ЛЭП – её мощность или пропускная способность и дальность передачи.