Передача электроэнергии на большие расстояния

В настоящее время электроэнергия вырабатывается преимущественно мощными электростанциями, расположенными далеко от потребителей.

В результате этого возникает необходимость ее передачи на большие расстояния.

В принципе электромагнитную энергию можно передавать от источника к потребителю в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ) и в оптическом диапазоне частот. Именно в таком виде поступает на Землю электромагнитная энергия от Солнца. Спектр излучения Солнца постирается от крайне низких частот, ,порядка нескольких Герц, до ультрафиолетовых и даже рентгеновских частот. Однако при настоящем уровне развития техники передача больших количеств электроэнергии через свободное пространство практически затруднительна. Поэтому в настоящее время электроэнергия передается по открытым линиям передачи с помощью проводов из алюминия и меди или с помощью экранированных кабелей.

При этом в тех случаях, когда электрическая энергия вырабатывается на относительно низких частотах (50 или 60 Гц), экономически более выгодно передавать ее с помощью высоковольтных линий электропередачи. Как уже отмечалось, в этом случае электромагнитное поле распространяется в диэлектрике, окружающем металлический провод и только незначительная часть энергии проникает в провод и тратится на его нагревание. Для передачи электроэнергии на большие расстояния в настоящее время в основном используются проводящие каналы из металлических алюминиевых или медных проводов. При этом используются как открытые воздушные линии, так и экранированные подземные кабели. В обоих случаях электромагнитная энергия распространяется в диэлектрике, окружающий проводник и только незначительная часть ее (доли процента) теряется на нагрев проводника. При использовании открытых проводников некоторая часть передаваемой энергии излучается в свободное пространство.

Излучаемая в свободное пространство энергия незначительна (доли процента), если длина линии передачи значительно меньше половины длины волны.равной 6000 км при частоте 50 гц и практически линейно возрастает по мере увеличения длины линии передачи.

Как уже отмечалось выше, передача электроэнергии в настоящее время производится с использованием переменного напряжения. Это объясняется возможностью использования для изменения величины переменного напряжения трансформаторов.

Практически электромагнитное поле проникает в металл проводов на глубину несколько сот нанометров. В общем случае величина потерь в проводах зависит от мощности передаваемой электроэнергии, концентрации примесей в металле проводов и температуры. Естественно, чем сильнее нагревается провод ,тем больше в нем потери.

Поэтому провода приходится выбирать тем толще, чем больше предаваемая по ним мощность и чем больше в металле проводов примесей. Окисление проводов в влажной среде, приводит к образованию на их поверхности пленки диэлектрика и также естественно увеличивает потери.

Серьезной проблемой при использовании открытых линий передачи на большие расстояние является возрастание потерь, вызванных увеличением излучения электроэнергии в свободное пространство.

Необходимо помнить, что при передаче электроэнергии на постоянном токе (при f =0 Гц), электромагнитное поле также распространяется вдоль проводов со скоростью близкой к скорости света. При этом резко уменьшаются потери энергии на излучение в свободное пространство. Потери энергии в проводах в этом случае практически не уменьшаются. Существенно можно их уменьшить при использовании сверхпроводников. Однако в настоящее время передача электроэнергии с использованием сверхпроводников практически не используется, главным образом из-за того, что их необходимо охлаждать до очень низкой температуры. При этом энергия, требующаяся на охлаждение проводников, превышает потери электроэнергии при передаче ее по экранированным проводам.