Есть классы напряжений 500, 750 кВ, и даже выше. Давайте разбираться, зачем повышать напряжение.
Для наглядности начнём с небольшого, простого расчётного примера. Нам нужно передать мощность 2500 Вт. Рассмотрим два случая:
напряжение линии U1 = 110 В и U2 = 220 В.
Вопрос: при котором из этих напряжений будет меньшее сечение провода?
Давайте прикинем для начала, какой ток у нас будет в обоих случаях:
I1 = 2500/110 = 22,73 А,
I2 = 2500/220 = 11,36 А.
А теперь посмотрим, во сколько раз сечение проводника во втором случае будет меньше, чем в первом. Чисто практические соображения шепчут, что где ток меньше, там и сечение можно поменьше взять. Но давайте же будем всё-таки корректны и педантичны и проведём полную цепочку рассуждений.
Знаем, что сопротивление зависит от материала, длины и сечения проводника: R = ρ * L / S. В нашем примере один и тот же материал, и одна и та же длина (то есть проводимость ρ и длина L). Тогда:
R1 = ρ * L / S1, R2 = ρ * L / S2.
Отсюда выражаем S1 и S2: S1 = ρ * L / R1, S2 = ρ * L / R2.
И нас больше всего интересует отношение сечений проводника в случае разных напряжений, а именно S2/S1. Получаем: S2/S1 = R1/R2 (всё верно, но можете сами перепроверить, где и как сокращаются ρ и L). А теперь, зная, что R = U/I, а токи и напряжения у нас известны, рассчитаем искомое соотношение сечений S2/S1:
S2/S1 = R1/R2 = (U1/I1) / (U2/I2) = (U1 * I2) / (I1 * U2) = (110 * 11,36) / (22,73 * 220) = 1249,6 / 5000,6 = 0,24989 ≈ 0,25.
И обратное соотношение: S1/S2 = 1/0,25 = 4.
Видим, что сечение проводника S1 при напряжении U1 = 110 В должно быть в 4 раза больше, чем при напряжении U2 = 220 В при равной мощности, материале и длине проводника.
Таким образом мы приходим к выводу, что повышение напряжения в 2 раза, даёт уменьшение сечения в 4 раза.
И это очень важный момент! Именно этот факт предопределил необходимость повышения напряжения электропередач, причём независимо от рода тока. Правда, на переменном токе делать это проще - есть трансформаторы.
Об этом же пишет М. А. Шателен в книге "Русские электротехники" (издание 1955 года, стр. 26):
Главная трудность решения вопроса о дальней электропередаче заключалась в том, что для передачи больших мощностей, да притом на большие расстояния, необходимо было применение токов высокого напряжения, так как чем ниже напряжение, тем толще требовались провода, и при нормально применявшихся в то время напряжениях порядка 100 вольт передача даже небольших мощностей на сравнительно небольшие расстояния требовала для проводов такого количества меди, которое делало такую передачу экономически невыполнимой.
Книгу крайне настоятельно рекомендую, в интернетах есть. Профессор Шателен и электротехникой занимался, и институт создал, и станции объединял, и в комиссии ГОЭЛРО участвовал, и электроэнергетику развивал, и академиком стал. Так что книга толковая, общее представление о развитии электротехники даёт отличное. Читается легко.
Я понимаю, дорогие читатели, что вы устали, но предлагаю посчитать ещё немного, так сказать, поиграть с параметрами передачи. Попробовать прикинуть сечение при 100 В, 400 В и 1000 В. Мощность у нас пусть будет 4500 Вт, длина передачи 2000 м, материал -- медь. И считать мы будем в табличке (мне это всё тут циферками расписывать не прикольно).
Видим, что с повышением напряжения сечение здорово так уменьшается. И давайте посмотрим то же самое, но для случая, когда мощность посерьёзнее, к примеру, 12 000 Вт.
Закономерность сохраняется. Но теперь возникает другой вопрос, а если мы фиксируем сечение и будем повышать напряжение, то как будет меняться мощность передачи? Наверняка, можно будет больше передать, но посчитать тоже интересно. Принимаем сечение того же медного провода 8 мм.кв., длина, удельное сопротивление и напряжения те же. Рассчитываем ток и мощность:
Видим, что при том же проводе увеличение напряжения в 10 раз даёт возможность передавать мощность в 100 раз больше. Для интереса ещё и на сечение 16 мм.кв. посчитано, так чисто из любопытства.
Понятно, что это всё теоретические рассуждения, а задача учебная. Никак тут не учтена, например, механическая прочность. Если так из своих знаний вспомнить, то часто линии 0,4 кВ делают алюминиевым проводом 25 мм.кв. (или делали, когда тянули голый, неизолированный провод), а из студенческих расчётов вспоминается что-то про 110 кВ и провод АС-95 (95 мм.кв. соответственно).
Короче, всё это я к тому, чтобы наглядно продемонстрировать, почему для развития электроэнергетики жизненно необходимо было повысить напряжение. Это дало возможность передавать больше и дальше.
Спасибо, что дочитали до конца. Подписывайтесь, ставьте лайки, пишите комментарии. Всем тепла и света!