¿Por qué la transmisión de electricidad a distancia tiene lugar a un voltaje mayor?

Hoy en día, la transmisión de energía eléctrica a distancia se realiza siempre a mayor tensión, que se mide en decenas y centenas de kilovoltios. En todo el mundo, las centrales eléctricas de varios tipos generan gigavatios de electricidad. Esta electricidad se distribuye en ciudades y pueblos mediante cables que podemos ver, por ejemplo, en carreteras y vías férreas, donde invariablemente se fijan a postes altos con largos aislantes. Pero, ¿por qué la transmisión es siempre de alto voltaje? Hablaremos de eso más tarde.

Imagina tener que transmitir energía eléctrica a través de cables de al menos 1000 watts en una distancia de 10 kilómetros en forma de corriente alterna con mínimas pérdidas de energía, un potente proyector de kilovatios. ¿Qué vas a hacer? Obviamente, el voltaje tendrá que ser convertido, reducido o aumentado de una forma u otra. usando un transformador.

Suponga que una fuente (un pequeño generador de gasolina) produce un voltaje de 220 voltios, mientras que a su disposición hay un cable de cobre de dos núcleos con una sección transversal de cada núcleo de 35 mm cuadrados. Durante 10 kilómetros, dicho cable dará una resistencia activa de aproximadamente 10 ohmios.

Una carga de 1 kW tiene una resistencia de unos 50 ohmios. ¿Y si la tensión transmitida se mantiene en 220 voltios? Esto significa que una sexta parte del voltaje (caerá) en el cable de transmisión, que será de aproximadamente 36 voltios. Entonces, se perdieron alrededor de 130 W en el camino; solo calentaron los cables de transmisión. Y en los focos no obtenemos 220 voltios, sino 183 voltios. La eficiencia de transmisión resultó ser del 87 %, y esto aún ignora la resistencia inductiva de los cables de transmisión.

El hecho es que las pérdidas activas en los cables de transmisión siempre son directamente proporcionales al cuadrado de la corriente (ver Ley de Ohm). Por lo tanto, si la transferencia de la misma potencia se lleva a cabo a un voltaje más alto, la caída de voltaje en los cables no será un factor tan perjudicial.

Supongamos ahora una situación diferente. Tenemos el mismo generador de gasolina que produce 220 voltios, los mismos 10 kilómetros de cable con una resistencia activa de 10 ohmios y los mismos proyectores de 1 kW, pero encima todavía hay dos transformadores de kilovatios, el primero de los cuales amplifica 220 -22000 voltios Ubicado cerca del generador y conectado a él a través de una bobina de bajo voltaje y a través de una bobina de alto voltaje, conectado a los cables de transmisión. Y el segundo transformador, a una distancia de 10 kilómetros, es un transformador reductor de 22000-220 voltios, a la bobina de bajo voltaje a la que se conecta un reflector, y la bobina de alto voltaje es alimentada por los cables de transmisión.

Entonces, con una potencia de carga de 1000 vatios a un voltaje de 22000 voltios, la corriente en el cable de transmisión (aquí puede hacerlo sin tener en cuenta el componente reactivo) será de solo 45 mA, lo que significa que no caerán 36 voltios (como estaba sin transformadores), ¡pero solo 0.45 voltios! Las pérdidas ya no serán de 130 W, sino solo de 20 mW. La eficiencia de dicha transmisión a mayor voltaje será del 99,99%. Es por eso que la oleada es más efectiva.

En nuestro ejemplo, la situación se considera crudamente, y el uso de transformadores costosos para un propósito doméstico tan simple sería ciertamente una solución inapropiada. Pero a escala de países e incluso regiones, cuando se trata de distancias de cientos de kilómetros y enormes potencias transmitidas, el costo de la electricidad que se puede perder es mil veces mayor que todos los costos de los transformadores. Es por eso que cuando se transmite electricidad a distancia, siempre se aplica un voltaje mayor, medido en cientos de kilovoltios, para reducir las pérdidas de energía durante la transmisión.

El continuo crecimiento del consumo de electricidad, la concentración de la capacidad de producción en centrales eléctricas, la reducción de las áreas libres, el endurecimiento de los requisitos de protección ambiental, la inflación y el aumento de los precios de la tierra, así como una serie de otros factores, dictan fuertemente el aumento. en la capacidad de transmisión de las líneas de transmisión de electricidad.

Los diseños de varias líneas eléctricas se revisan aquí: El dispositivo de diferentes líneas eléctricas con diferente voltaje.

La interconexión de los sistemas energéticos, el aumento de la capacidad de las centrales y de los sistemas en su conjunto van acompañados de un aumento de las distancias y de los flujos de energía transmitidos por la línea eléctrica.Sin potentes líneas eléctricas de alto voltaje, es imposible suministrar energía desde las grandes centrales eléctricas modernas.

Sistema de energía unificado permite asegurar la transferencia de energía de reserva a aquellas áreas donde exista la necesidad de ella, relacionado con trabajos de reparación o condiciones de emergencia, será posible transferir el exceso de energía de oeste a este o viceversa, debido al cambio de cinturón a tiempo.

Gracias a las transmisiones a larga distancia, fue posible construir centrales eléctricas de superpotencia y aprovechar al máximo su energía.

Las inversiones para la transmisión de 1 kW de potencia a una distancia determinada con una tensión de 500 kV son 3,5 veces menores que con una tensión de 220 kV y un 30 — 40 % menores que con una tensión de 330 — 400 kV.

Los costos de transferencia de 1 kW • h de energía con un voltaje de 500 kV son dos veces más bajos que con un voltaje de 220 kV y un 33 — 40% más bajos que con un voltaje de 330 o 400 kV. Las capacidades técnicas de la tensión de 500 kV (energía natural, distancia de transmisión) son 2 — 2,5 veces superiores a las de 330 kV y 1,5 veces superiores a las de 400 kV.

Una línea de 220 kV puede transmitir una potencia de 200 — 250 MW a una distancia de 200 — 250 km, una línea de 330 kV — una potencia de 400 — 500 MW a una distancia de 500 km, una línea de 400 kV — una potencia de 600 — 700 MW a una distancia de hasta 900 km. El voltaje de 500 kV proporciona transmisión de energía de 750 a 1000 MW a través de un circuito a una distancia de hasta 1000 a 1200 km.