高壓輸電
從發電站發出的電能,一般都要通過輸電線路送到各個用電地方。根據輸送電能距離的遠近,採用不同的高電壓。從我國現在的電力情況來看,送電距離在200~300公里時採用220千伏的電壓輸電;在100公里左右時採用110千伏;50公里左右採用35千伏;在15公里~20公里時採用10千伏,有的則用6600伏。輸電電壓在110千伏以上的線路,稱為超高壓輸電線路。在遠距離送電時,我國還有500千伏的超高壓輸電線路。為什麼要採用高壓輸電呢?這要從輸電線路上損耗的電功率談起,當電流通過導線時,就會有一部分電能變為熱能而損耗掉了。我國目前普遍採用的三相三線制交流輸電線路上損耗的電功率為
P耗=3*I平方*R ----(I的平方)
式中的R為每一條輸電線的電阻,I為輸電線中的電流。如果要輸送的電功率為P,輸電線路的線電壓為U,每相負載的功率因數為COSΦ 則輸電電流還可表示為
I=P/(1.732U*COSΦ)
假設送電距離為L,所用輸電線的電阻率為ρ,其截面積為S,則R=ρ(L/S)。於是,損耗的電功率可寫成
P耗=3*(P/1.732U*COSΦ)平方ρ*(L/S)=C/(U平方*S)
式中。在輸送的電功率、輸電距離、輸電導線材料
及負載功率因數都一定的情況下,C為一常數。
由上式可以看出,輸電線截面積S一定時,輸電電壓U愈高,損耗的電功率P耗就愈小;如果允許損耗的電功率P耗一定時(一般不得超過輸送功率的10%),電壓愈高,輸電導線的截面積就愈小,這可大大節省輸電導線所用的材料。
從減少輸電線路上的電功率損耗和節省輸電導線所用材料兩個方面來說,遠距離輸送電能要採用高電壓或超高電壓。
但也不能盲目提高輸電電壓,同為輸電電壓愈高,輸電架空線的建設,對所用各種材料的要求愈嚴格,線路的造價就愈高。所以,要從具體的實際情況出發,做到輸電線路既能減少功率損耗,又能節約建設投資。
高壓輸電能減少電功率的損耗,但從發電方面來看,發電機不能產生220千伏那樣的高電壓,因為發電機要產生那么高的電壓,從它的用材,結構以及安全運行生產等方面都有幾乎無法克服的困難。從用電方面看,絕大多數的用電設備也不能在高電壓下運行。這就決定了從發電、輸電到用電要用到一系列電力變壓器來升高或降低電壓。大型水力發電站的輸電過程如圖7-8所示,從發電站發出的交流電首先由變電所1中的輸電變壓器把電壓升到220千伏,然後輸送到遠處的中心變電所2,在那裡輸電變壓器把電壓降為10千伏,送到下屬各變電所,在變電所3由輸電變壓器再把電壓降為35千伏。然後輸送給下一級變電所4,變電所4又用輸電變壓器把電壓降為10千伏,再送至各用戶的變電所5,最後將電壓變為380伏/220伏,供給用電設備使用。從大型水力發電站發出的電力,經過輸電線路送到用戶,中間要經過五次變換電壓(一升、四降)。對於中、小型電站來說,中間變換電壓的次數就少一些,這要根據發電視發出的電壓、輸送線路的遠近等具體情況來確定。
簡介
從發電站發出的電能,一般都要通過輸電線路送到各個用電地方。根據輸送電能距離的遠近,採用不同的高電壓。從我國的電力情況來看,送電距離在200~300公里時採用220千伏的電壓輸電;在100
公里左右時採用110千伏;50公里左右採用35千伏或者66千伏;在15公里~20公里時採用10千伏、12千伏,有的則用6300伏。輸電電壓在
110千伏、220千伏的線路,稱為高壓輸電線路,輸電電壓在330、550、以及750千伏的線路,成為超高壓輸電線路,而輸電電壓在1000千伏的線路,則稱為特高壓輸電線路。
原理
因為輸電線上的功率損耗正比於電流的平方(焦耳定律Q=I^2Rt),所以在遠距離輸電時就要利用大型電力變壓器升高電壓以減小電流,使導線減小發熱,方能有效地減少電能在輸電線路上的損失。由發電廠發出的電功率是一定的,它決定於發電機組的發電能力,根據P=UI,發電機的功率不變效應,若提高輸電線路中的電壓U那么線路中電流I一定會減小,輸電線損失的功率
Q=I^2Rt一定會相應減小,如果線路中電流降低到原來的1/2那么線路中損失的功率就減少為遠損耗的(1/2)^2=1/4,因此說提高電壓可以很有
效的降低線路中的功率損失。
我們可以從下面看到高壓輸電的分析思路:
輸電→導線(電阻)→發熱→損失電能→減小損失
輸電要用導線,導線當然有電阻,如果導線很短,電阻很小可忽略,而遠距離輸電時,導線很長,電阻大不能忽略。
如何減小導線發熱呢?
由焦耳定律Q=I^2Rt,減小發熱Q有以下三種方法:一是減小輸電時間t,二是減小輸電線電阻R,三是減小輸電電
流I。可以看出,第三種辦法是很有效的:電流減小一半,損失的電能就降為原來的四分之一。要減小電能的損失,必須減小輸電電流,另一方面,輸電就是要輸送
電能,輸送的功率必須足夠大,才有實際意義。根據公式P=UI,要使輸電電流I減小,而輸送功率P不變(足夠大),就必須提高輸電電壓U。
顯然,高壓輸送經濟。當用高電壓把電能輸送到用電區後,需要逐次把電壓降低,恢復到正常電壓。
減少輸電損失的方法
從減少輸電線路上的電功率損耗和節省輸電導線所用材料兩個方面來說,遠距離輸送電能要採用高電壓或超高電壓。但也不能盲目提高輸電電壓,同為輸電電壓愈高,輸電架空線的建設,對所用各種材料的要求愈嚴格,線路的造價就愈高。所以,要從具體的實際情況出發,做到輸電線路既能減少功率損耗,又能節約建設投資。
高壓輸電優勢
高壓輸電能減少電能的損耗,進而提高輸電效率。歷史
高壓輸電的目的就是為了能使電能做遠距離傳輸,在人類使用電能的初期,所使用的都是直流電。直流電有其天生的弊端就是不能提高電壓做遠距離傳輸,導線上損失的電能難以控制,所以如果想把電輸送到2公里以外的地方那只有一個辦法就是降低導體的電
阻,那么以當時的技術唯一的一個辦法就是需要像手臂一樣粗的一根電纜來傳輸電能,這根本就是不可能的.因此說當時的解決辦法就是每隔一段距離就建一個發電
機組用於提供用電,因此說電在當時是一個非常奢侈的商品.普通大眾根本就用不起.
提起這個就不得不說一段歷史,人們都知道是愛迪生髮明了電燈,用電燈照亮了全世界,這個用電改變了世界的偉人,卻有
著不為人知的一面,很少有人知道。為整個近代工業和電氣文明注入了生命活力的卻不是他——而是一位名字叫尼古拉-特斯拉的天才發明家,正是他發明了交流發
電和供電系統的。使用交流電提高電壓用於遠距離輸送電能成了可能,可是當這個想法向愛迪生提出來的時候卻遭到的拒絕和打壓,當時以愛迪生為首的主流科學都
抵制這一想法.其中一個很重要的原因就是這完全與愛迪生所經營的直流電行業相違背.這直接損害了愛迪生等人的利益,於是乎電流大戰就此展開,愛迪生一派四
處宣傳交流電危險,用以詆毀交流電的名聲,當然歷史的車輪總是能使最佳的技術得以流通.一直到1893年第一屆世博會,芝加哥世界博覽會,特斯拉用交流電
點亮了全場9000盞電燈,這在過去用直流電是做不到的.整個會場被電燈照亮的燈火通明.人類從此進入的一個新的電力時代.交流電自此一戰打敗了愛迪生一
派的直流電行業最終登上了歷史的舞台.