Что такое линия электропередачи?

Почему электростанции так далеко?

Производство электроэнергии — это огромная работа! Строительство и эксплуатация электростанций стоят огромных денег. К тому же, многим электростанциям нужны большие пруды для охлаждения, и, честно говоря, большинство людей не хотят, чтобы рядом с ними был гигантский промышленный завод! Поэтому их обычно строят в сельской местности, где земля дешевле и больше места.

Это означает, что тонны электроэнергии необходимо передавать на большие расстояния от места её производства до места потребления. Линии электропередач — очевидный ответ, но для эффективности недостаточно просто протянуть провода.

Большая проблема: трата энергии впустую!

Даже хорошие провода, например, из меди или алюминия, немного сопротивляются электрическому току. Вы можете увидеть это дома:

• Подключите фен напрямую к розетке, и он будет прекрасно работать.
• Подключите его к очень длинному и тонкому удлинителю, и он может работать не так хорошо, а шнур может даже нагреться!

Это тепло означает, что энергия тратится впустую из-за сопротивления провода. Энергокомпании получают оплату только за электроэнергию, которая достигает вашего счётчика, а не за энергию, теряющуюся по пути. Поэтому они действительно хотят избежать её потерь!

Суперумное решение: высокое напряжение!

Вот в чём хитрость: количество энергии, теряемой в виде тепла, во многом зависит от силы протекающего электричества (мы называем это «током») и от сопротивления провода. Фактически, если уменьшить ток вдвое, вы потеряете в четыре раза меньше энергии в виде тепла! Это огромная разница!

Итак, как уменьшить ток, сохранив при этом ту же мощность? Мы увеличиваем напряжение ! Напряжение можно сравнить с «толчком» или «давлением» электричества. Если «толчок» велик, то для выполнения того же объёма работы требуется меньший «поток» (ток).

На электростанциях специальные устройства, называемые трансформаторами, значительно повышают напряжение — иногда до сотен тысяч вольт! Это снижает ток в линиях, что значительно сокращает потери энергии и позволяет обеспечить подачу как можно большего количества электроэнергии в наши дома.

Это можно даже продемонстрировать! Если попытаться подключить фен к сверхтонким проводам, они расплавятся из-за слишком большого тока, выделяя слишком много тепла. Но если использовать трансформатор для повышения напряжения перед тонкими проводами, а затем ещё один трансформатор для понижения напряжения после них, фен будет работать идеально! Тонкие провода выдерживают такую ​​мощность, потому что ток гораздо меньше.

Соблюдение безопасности: укрощение высокого напряжения

Но погодите, есть одна загвоздка! Высокое напряжение невероятно опасно. Это означает, что электричество стремится к движению и может даже проходить сквозь то, что мы обычно считаем непроводящим, например, через воздух!

Инженерам приходится быть крайне осторожными при проектировании этих линий:

• Высокие вышки: Вышки линий электропередачи строятся очень высокими, чтобы никто на земле не мог случайно приблизиться к проводам и вызвать скачок напряжения.
• Воздушные зазоры: Большинство магистральных линий электропередачи не имеют толстой изоляции. Вместо этого в качестве изоляции используется сам воздух, просто располагая все элементы на большом расстоянии друг от друга.
• Изоляторы: проводники соединены с опорами длинными гирляндами керамических дисков. Эти диски служат сверхпрочными барьерами, удерживающими провода под напряжением вдали от заземлённой металлической опоры. Если они намокнут, электричеству придётся пройти гораздо более длинный и извилистый путь, чтобы выйти наружу, что значительно усложняет задачу. (Интересный факт: можно приблизительно оценить напряжение линии электропередачи, посчитав количество керамических дисков на её изоляторах! Просто умножьте количество дисков на 15. Таким образом, если вы видите 9 дисков, это, вероятно, линия на 138 киловольт!)
• Защитные провода: Вы часто увидите тонкие провода, проложенные вдоль самой вершины вышек. Они не несут электроэнергию, а защищают основные линии электропередач от ударов молний!

Больше, чем просто провода: проблемы дизайна

Речь идет не только о подведении электричества, но и о том, чтобы линии оставались на месте и не создавали проблем!

• Прочность против сопротивления: Инженерам приходится выбирать материалы, которые достаточно прочны, чтобы растягиваться на мили, но при этом хорошо проводят электричество.
• Нагрев и провисание: при большом электрическом потоке провода могут сильно нагреваться и провисать ещё сильнее. Это может стать проблемой, если они расположены слишком близко к деревьям!
• Ветер: Ветер может вызывать колебания и тряску проводов, что со временем может привести к их повреждению. На проводах можно увидеть небольшие грузики, называемые «гасителями колебаний» — они помогают предотвратить колебания!
• Магнитные поля: Высоковольтные линии создают невидимые магнитные поля, которые иногда могут вызывать прохождение тока по близлежащим металлическим предметам, например, заборам, или даже выводить из строя электронные устройства. Инженеры проектируют опоры таким образом, чтобы эти поля были слабее там, где могут находиться люди.
• Шум: Иногда эти линии могут даже издавать жужжащий звук, поэтому инженерам следует учитывать и это!

Будущее власти

Способы получения электроэнергии постоянно меняются. Всё больше людей устанавливают солнечные панели на своих домах, вырабатывая часть электроэнергии самостоятельно и даже отправляя её обратно в сеть! Это означает, что меньше электроэнергии нужно передавать по этим длинным линиям электропередачи.

С другой стороны, электроэнергия теперь покупается и продается на огромных расстояниях, поэтому эти «электрические супермагистрали» по-прежнему чрезвычайно важны.

Так что в следующий раз, когда увидите эти гигантские опоры линий электропередач, тянущиеся по всему ландшафту, помните: это не просто провода. Это захватывающий пример искусной инженерной мысли, обеспечивающей нас всей необходимой электроэнергией!