линии электропередач

Hochspannungsleitung
Definition: Leitungen zur Fernübertragung von elektrischer Energie mit hoher elektrischer Spannung
Hochspannungsleitungen werden zur Übertragung elektrischer Energie über große Entfernungen im Verbundnetz eingesetzt. Sie werden mit besonders hohen elektrischen Spannungen von mindestens 60 kV (Kilovolt) bis hin zu Höchstspannungen von etwa 1 MV 1000 kV betrieben. (Ab ca. 1 kV spricht man von Hochspannung, ab 300 kV von Höchstspannung.) So kann eine hohe elektrische Leistung trotz moderater Stromstärke übertragen werden, und dies wiederum erlaubt die Verwendung dünnerer Kabel bei trotzdem nicht allzu hohen Energieverlusten. Tendenziell wird die Spannung umso höher gewählt, je höher die übertragene Leistung und die länger die Leitung ist.
Die meisten Hochspannungsleitungen sind Freileitungen mit an hohen Masten aufgehängten Leitern. Es gibt aber auch Hochspannungs-Erdkabel, die im Boden verlegt werden, sowie Seekabel für den Einsatz am Meeresboden.
Stromleitungen, die auf niedrigeren Spannungsniveaus betrieben werden, werden als Mittelspannungs- oder Niederspannungsleitungen bezeichnet.

Hochspannungsleitungen
Freileitungen
Hochspannungs-Freileitungen enthalten in der Regel mehrere (mindestens drei) dicke und mit hohen Stromstärken (bis zu ca. 2 kA) belastbare Leiterseile. Meist werden nicht einfache Leiterseile, sondern Bündelleiter bestehend aus z. B. vier Leitern verwendet, weil sich so die Tendenz zu Glimmentladungen reduzieren lässt, was eine höhere Betriebsspannung möglich macht. Die Leiterseile werden an hohen Masten aufgehängt, so dass ein Sicherheitsabstand von etlichen Metern nicht nur vom Boden, sondern auch von Gebäuden, Bäumen etc. unter allen Umständen eingehalten wird. Wegen der hohen Spannungen ist eine elektrische Isolation mit Kunststoffbeschichtungen zwar möglich (wie bei Niederspannungs-Kabeln), würde aber eine sehr hohe Dicke der Isolationsschicht erfordern. Deswegen verwendet man zur Isolation einfach Luftstrecken, d. h. einen ausreichenden Abstand. Die Leiterseile müssen so angebracht sein, dass sie auch bei starkem Wind nie zusammenschlagen oder sich zu nahe kommen können, da dies sonst zu einem Kurzschluss oder zu einem Lichtbogen führen könnte.
Die Spitzen der Masten sind meist durch ein Erdseil verbunden, das auf Erdpotenzial ist (durch Verbindung über Erder). Es führt normalerweise kaum Strom, aber es nimmt die meisten Blitzeinschläge auf, die sonst die Leiter treffen und so Schaden anrichten könnten.
Wie viel Leistung kann eine Drehstrom-Hochspannungsleitung übertragen?
Als Beispiel betrachte man eine 400-kV-Drehstromleitung mit drei Leiterseilen, die je 2 kA führen. Die übertragene Gesamtleistung ist dann 3 • 230 kV • 2 kA 1,4 GW. (Man beachte, dass hier die Spannung gegen Erde und nicht die Spannung zwischen den Leitern relevant ist, also 230 kV und nicht 400 kV.) Dies entspricht der Leistung eines Großkraftwerks und ist die in Deutschland heute übliche Leistung im Höchstspannungsnetz. Die Wirkleistung kann etwas geringer sein, wenn ein Blindstromanteil auftritt. Höhere Leistungen sind möglich durch Verwendung zusätzlicher Leiterseile.
Durch die hohen Stromstärken und den (wenn auch geringen) elektrischen Widerstand der Kabel werden die Leitungen bei Volllast recht heiß (z. B. 80 C, bei Hochtemperaturseilen auch 150 C). Die maximale Verlustleistung beträgt typischerweise einige hundert Watt pro Meter Übertragungslänge. Die Leiterseile werden durch die Umgebungsluft gekühlt. Die Erwärmung führt zu einer Ausdehnung des Materials und somit zu stärkerem Durchhängen der Leitung. Der erforderliche Mindestabstand zum Boden kann die übertragbare Leistung begrenzen. Im Rahmen des Freileitungsmonitorings (FLM) wird die maximale Belastung von Leitungen der Umgebungstemperatur und den Windverhältnissen angepasst, um die vorhandenen Transportkapazitäten maximal ausnutzen zu können. Die erzeugte Heizleistung bedeutet natürlich verlorene elektrische Leistung; die Energieeffizienz wäre bei geringerer Auslastung der Leitungen (also auch bei stärkerer Auslegung der Kapazitäten) höher.
Высоковольтная линия электропередачи
Определение: линии для передачи электрической энергии при высоком напряжении на большие расстояния
Высоковольтные линии помещаются в объединённую электросеть для передачи электрической энергии на большие расстояния. Они работают под особенно высоким электрическим напряжением, которое минимально составляет 60 кВ (киловольт) и доходит максимально до около 1 MV (мегавольт) 1000 кВ. (Начиная приблизительно от 1 кВ напряжение считается высоким, а от 300 кВ – предельным или сверхвысоким.) Таким образом, можно передавать электричество с большой мощностью, несмотря на умеренную силу тока, а это, в свою очередь, позволяет использовать более тонкий кабель без больших энергетических потерь. Уровень напряжения выбирается настолько выше, насколько больше передаваемая мощность и длиннее линия электропередач.
Большинство высоковольтных линий представляют собой воздушные линии электропередачи, где к высоковольтным вышкам (мачтам) прикреплены провода. Также существуют высоковольтные подземные кабели, которые закладываются под землей, а также высоковольтные подводные кабели, которые функционируют на морском дне.
Линии электропередач, которые работают при более низких уровнях напряжения, называются линиями среднего напряжения и низковольтными линиями.
Высоковольтные линии
- Воздушные линии

Высоковольтные воздушные линии электропередач, как правило, имеют несколько (не менее трех) прочных и достаточно толстых многопроволочных проводов, которые выдерживают большую силу тока (примерно до 2 кА). Чаще всего вместо отдельных проводов используют пучки проводов, в которых, к примеру, четыре провода, так как это снижает риск тлеющего разряда и дает возможность более высокого рабочего напряжения. Провода крепятся на вышки, что обеспечивает безопасное расстояние до нескольких метров до земли, а также зданий, деревьев и т.д. независимо от ситуации. Из-за высокого напряжения электроизоляция с использованием синтетических покрытий (как в случае с низковольтным напряжением), конечно, возможна, но требует очень высокой толщины изоляционного слоя. Поэтому для изоляции просто используют воздушные зазоры, то есть достаточное расстояние между проводами. Провода должны быть расположены таким образом, чтобы даже при сильном ветре они не бились друг об друга и не приближались слишком близко, так как в противном случае это может привести к короткому замыканию или образованию электрической дуги.
Вышки соединяются друг с другом чаще всего с помощью заземляющего троса или провода, который зависит от потенциала земли (засчет соединения через заземление). На заземление обычно уходит очень мало энергии, но оно принимает на себя большинство ударов молний, которые в противном случае могут повредить провода и нанести таким образом ущерб.

Сколько энергии может передавать трехфазная ЛЭП?
В качестве примера, рассмотрим трехфазную линию с напряжением 400 кВ с тремя проводами, каждый из которых проводит 2 кА. Суммарная мощность передачи тогда будет 3 х 230 кВ • 2 кА 1,4 ГВт. (Обратите внимание, что здесь важно напряжение относительно земли, а не напряжение между проводами, то есть 230 кВ, а не 400 кВ). Это соответствует мощности крупной электростанции и является обычной для сегодняшней Германии мощностью для сети сверхвысокого напряжения. Активная мощность может немного снижаться, когда возникает реактивная составляющая тока. Более высокие мощности достижимы при использовании дополнительных проводов.
За счет большой силы тока и (пусть и небольшого) электрического сопротивления кабелей, при полной нагрузке провода довольно сильно нагреваются (к примеру, 80 C, а при высоких температурах и 150 C). Максимальная рассеиваемая мощность обычно составляет несколько сотен ватт на метр расстояния передачи. Провода охлаждается воздухом. При нагревании провода растягиваются и сильнее провисают. Необходимое минимальное расстояние до земли может ограничить объем передаваемой энергии. В рамках Системы мониторинга воздушных линий электропередач (FLM), максимальная нагрузка на провода корректируется в зависимости от температуры воздуха и скорости и направления ветра, чтобы максимально использовать имеющуюся пропускную способность. Естественно, за счет мощности нагрева происходит потеря электроэнергии; энергетическая эффективность повышается при менее интенсивной нагрузке на провода (даже при усиленном расчете электрической емкости).
Потери энергии в линиях передачи происходит по различным причинам:
Как происходят потери энергии в высоковольтных линиях электропередач?

Электрическое сопротивление кабеля приводит к нагреву проводов и, соответстветственно, падению передаваемого напряжения (омические потери). Повышение уровня потраченной энергии пропорционально квадрату переданной энергии, что ограничивает максимальное количество переданной энергии из-за нагрева кабеля. В холодную, ветреную погоду кабели воздушных линий лучше охлаждаются, так что объем переданной электроэнергии может, в случае необходимости, быть выбран намного выше, учитывая относительные потери электроэнергии в процессе.
Индукция вихревых токов в проводах происходит только при наличии переменного тока,а поверхностный эффект (скин-эффект) как правило вытесняет ток наружу, так, чтобы он проходил неравномерно. И то и другое приводит к дополнительным активным (омическим) потерям.
Кроме того, высокое напряжение приводит к коронному разряду, который также отвечает за часто слышимые шумы (гул и треск). Эта часть потерь происходит независимо от текущей нагрузки, однако зависит от погодных условий. В связи с такой разрядкой, происходит частичная ионизация воздуха, что приводит к образованию озона.
Реактивная мощность, необходимая для кабеля, может привести к косвенным последствиям в виде дополнительных затрат электроэнергии в других частях энергосистемы, к примеру, В устройствах для компенсации реактивного тока. Эта проблема, однако, происходит только в сети переменного тока или трехфазных линий, а не при передаче постоянного тока.
Аналогичным образом в трансформаторах происходят определенные энергозатраты, которые используются для трансформации напряжения (то есть его повышения и понижения). Во время высоковольтной передачи постоянного тока энергия тратится на преобразователи тока, эти затрыты выше, чем в трансформаторах.
Суммарные потери энергии часто составляют несколько процентов на 100 км. Тем не менее, в современных проектах с высоковольтной передачей постоянного тока также возможно снизить объем затрат до нескольких процентов на 1000 км.

- подземный кабель

Подземный кабель – это толстый провод, защищенный плотным слоем электроизоляции. Кабель закапывают глубоко в землю и часто окружают защитным слоем из песка. Изолирующий слой обычно изготавливается из синтетических материалов.

По сравнению с воздушными линиями электропередач у подземного кабеля есть ряд преимуществ:

У подземных кабелей в отличие от воздушных линий электропередач множество преимуществ – даже меньшие энергозатраты.
Ландшафтный вид практически не меняется и не портится.
Появляется возможность избежать опасности такого рода, как низколетящие самолеты и вертолеты.
Получается в значительной степени избежать такие виды ущерба, как удары молнии, град и штормовая погода. Таким образом значительно снижается интенсивность сбоев. Однако, например, экскаваторные работы иногда приводят к поломкам, ремонт которых обходится гораздо дороже и дольше по времени, чем ремонт воздушных линий электропередачи.

Потери энергии в данном случае ниже, поскольку выделяется меньшее количество тепла, и, следовательно, используется провод с большим поперечным сечением ( тое сть больший в толщину).
В разы снижается воздействие так называемого Электросмога (см ниже) (за исключением территории в непосредственной близости от кабеля), а также предотвращается процесс ионизации воздуха, который приводит к образованию озона.

.

.

.