Por que a transmissão de eletricidade à distância ocorre em tensão aumentada

Hoje, a transmissão de energia elétrica à distância é sempre realizada com uma tensão aumentada, medida em dezenas e centenas de quilovolts. Em todo o mundo, usinas de vários tipos geram gigawatts de eletricidade. Essa eletricidade é distribuída nas cidades e vilas usando fios que podemos ver, por exemplo, em rodovias e ferrovias, onde são invariavelmente fixados em postes altos com isoladores longos. Mas por que a transmissão é sempre de alta tensão? Falaremos sobre isso mais tarde.

Imagine ter que transmitir energia elétrica através de fios de pelo menos 1000 watts a uma distância de 10 quilômetros na forma de corrente alternada com perdas mínimas de energia, um potente holofote quilowatt. O que você vai fazer? Obviamente, a tensão terá que ser convertida, reduzida ou aumentada de uma forma ou de outra. usando um transformador.

Suponha que uma fonte (um pequeno gerador a gasolina) produza uma tensão de 220 volts, enquanto à sua disposição está um cabo de cobre de dois núcleos com uma seção transversal de cada núcleo de 35 mm quadrados. Por 10 quilômetros, esse cabo fornecerá uma resistência ativa de cerca de 10 ohms.

Uma carga de 1 kW tem uma resistência de cerca de 50 ohms. E se a tensão transmitida permanecer em 220 volts? Isso significa que um sexto da tensão (cairá) no fio de transmissão, que será de cerca de 36 volts. Portanto, cerca de 130 W foram perdidos ao longo do caminho — eles apenas aqueceram os fios de transmissão. E nos holofotes não obtemos 220 volts, mas 183 volts. A eficiência de transmissão acabou sendo de 87%, e isso ainda ignora a resistência indutiva dos fios de transmissão.

O fato é que as perdas ativas nos fios de transmissão são sempre diretamente proporcionais ao quadrado da corrente (ver lei de ohm). Portanto, se a transferência da mesma potência for realizada em uma tensão mais alta, a queda de tensão nos fios não será um fator tão prejudicial.

Vamos agora supor uma situação diferente. Temos o mesmo gerador a gasolina produzindo 220 volts, os mesmos 10 quilômetros de fio com resistência ativa de 10 ohms e os mesmos holofotes de 1 kW, mas além disso ainda existem dois transformadores de quilowatts, o primeiro dos quais amplifica 220 -22000 volts. Localizado perto do gerador e conectado a ele por meio de uma bobina de baixa tensão e por meio de uma bobina de alta tensão - conectada aos fios de transmissão. E o segundo transformador, a uma distância de 10 quilômetros, é um transformador abaixador de 22.000-220 volts, para a bobina de baixa tensão à qual está conectado um holofote, e a bobina de alta tensão é alimentada pelos fios de transmissão.

Assim, com uma potência de carga de 1.000 watts a uma tensão de 22.000 volts, a corrente no fio transmissor (aqui você pode fazer sem levar em consideração o componente reativo) será de apenas 45 mA, o que significa que 36 volts não cairão (como estava sem transformadores), mas apenas 0,45 volts! As perdas não serão mais de 130 W, mas apenas de 20 mW. A eficiência dessa transmissão em tensão aumentada será de 99,99%. É por isso que o surto é mais eficaz.

Em nosso exemplo, a situação é considerada grosseiramente, e o uso de transformadores caros para uma finalidade doméstica tão simples certamente seria uma solução inadequada. Mas nas escalas de países e até de regiões, quando se trata de distâncias de centenas de quilômetros e enormes potências transmitidas, o custo da eletricidade que pode ser perdida é mil vezes maior do que todos os custos dos transformadores. É por isso que, ao transmitir eletricidade à distância, sempre se aplica uma voltagem aumentada, medida em centenas de quilovolts — para reduzir as perdas de energia durante a transmissão.

O crescimento contínuo do consumo de energia elétrica, a concentração da capacidade de produção nas usinas, a redução das áreas livres, o aperto das exigências de proteção ambiental, a inflação e o aumento do preço da terra, além de uma série de outros fatores, ditam fortemente o aumento na capacidade de transmissão das linhas de transmissão de energia elétrica.

Os projetos de várias linhas de energia são revisados ​​aqui: O dispositivo de diferentes linhas de energia com tensão diferente

A interligação dos sistemas energéticos, o aumento da capacidade das centrais e dos sistemas como um todo são acompanhados por um aumento das distâncias e dos fluxos de energia transmitidos ao longo da linha elétrica.Sem poderosas linhas de alta tensão, é impossível fornecer energia de grandes usinas modernas.

Sistema de energia unificado permite assegurar a transferência da potência de reserva para as zonas onde a mesma seja necessária, relacionada com obras de reparação ou condições de emergência, será possível transferir a potência excedente de oeste para leste ou vice-versa, devido à mudança da correia em tempo.

Graças às transmissões de longa distância, tornou-se possível construir usinas de superpotência e aproveitar ao máximo sua energia.

Os investimentos para transmissão de 1 kW de potência em uma determinada distância a uma tensão de 500 kV são 3,5 vezes menores do que na tensão de 220 kV e 30 - 40% menores do que na tensão de 330 - 400 kV.

Os custos de transferência de 1 kW • h de energia a uma tensão de 500 kV são duas vezes menores do que a uma tensão de 220 kV e em 33 - 40% menores do que a uma tensão de 330 ou 400 kV. As capacidades técnicas da tensão de 500 kV (potência natural, distância de transmissão) são 2 - 2,5 vezes maiores que as de 330 kV e 1,5 vezes maiores que 400 kV.

Uma linha de 220 kV pode transmitir uma potência de 200 — 250 MW a uma distância de 200 — 250 km, uma linha de 330 kV — uma potência de 400 — 500 MW a uma distância de 500 km, uma linha de 400 kV — uma potência de 600 — 700 MW a uma distância de até 900 km. A tensão de 500 kV fornece transmissão de energia de 750 a 1.000 MW através de um circuito a uma distância de até 1.000 a 1.200 km.