La Powerline Ekibastuz – Kokshetau in Kazakistan detiene il record per la più alta tensione di trasmissione operativa al mondo, con una potenza di oltre 1 megavolt. Perché hanno scelto di fornire energia in questo modo?

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Se una tensione più alta significa che è possibile utilizzare un filo più sottile per la trasmissione, perché il resto del mondo sviluppato non opera a trasmissioni così elevate?

La progettazione di linee elettriche è una questione complessa, in cui molte decisioni si sovrappongono.

La Powerline Ekibastuz – Kokshetau è una costruzione relativamente recente, terminata nel 1985. Vi erano altre due linee che la generavano, una verso Mosca che ora è guidata a 500 kV, l'altra è stata smantellata.

È collegato a una grande centrale elettrica che è stata costruita all'incirca nello stesso momento.

Corre per una lunga distanza attraverso un'area relativamente vuota.

Si può presumere che fosse il progetto prototipo dell'idea di distribuzione dell'elettricità su aree scarsamente popolate nella sfera dell'influenza sovietica.

Cosa influenzerebbe un fornitore di energia elettrica a costruire una linea elettrica da 1MV?

• Costruisci un'enorme centrale elettrica (non succede spesso)

• In un'area a bassa densità di popolazione (non molte persone si lamentano della costruzione)

• Non disporre di una rete di distribuzione (solo nel cosiddetto secondo mondo)

• Necessita di energia altrove (Ekibastus Plant è 4GW, la linea elettrica è 5 GVA)

In poche parole, chiunque avesse bisogno di una linea elettrica da 1MV, aveva costruito qualcos'altro prima che fosse economicamente possibile costruire linee da 1MV. Vedere la filiale di Mosca di questa particolare linea che funziona a 500 kV nonostante sia progettato per 1MV dice qualcosa al riguardo.

Quindi, se una linea elettrica da 1MV viene ricostruita, potrebbe essere prima in Argentina o in Brasile. Ma solo se decidono di costruire enormi centrali elettriche in luoghi dove la maggior parte dell'elettricità è necessaria altrove.

Inoltre, da 20 anni sono cambiati molto nella tecnologia delle centrali elettriche. Gli impianti più piccoli sono più fattibili, le tecnologie solari ed eoliche stanno trovando il loro posto. Oggi una città come Kokshetau otterrebbe una pianta di medie dimensioni e sarebbe finita. I megaprogetti per il trasporto di elettricità non sono più necessari.

Suppongo che la linea elettrica sia la stranezza di un piano quinquennale, davvero. In tal caso, doveva essere l'inizio di un massiccio sistema di distribuzione di energia per le parti rurali della sfera di influenza. Ma prima di poterne costruire di più, il sistema è crollato.

$I\times V$$I^2\times R$

Suppongo che la linea di alimentazione sia molto lunga, quindi l'uso di una tensione più alta significa che è possibile utilizzare un filo più sottile. Questo è uno dei motivi principali per cui AC ha vinto le guerre attuali - allora non c'era modo semplice di aumentare / diminuire la tensione DC.

Fondamentalmente ci sono due fattori. Man mano che la tensione aumenta, la corrente diminuisce e le perdite diminuiscono e ciò consente fili più sottili. D'altra parte, quando la tensione aumenta, è necessario un migliore isolamento ovunque - i pali devono essere più alti (in modo che non si verifichi una scarica nel terreno), la distanza tra i fili deve essere maggiore e un isolamento molto migliore nei trasformatori estremità della linea. Quindi l'innalzamento della tensione riduce le perdite di trasmissione e la sezione dei fili, ma induce molti problemi con l'alta tensione stessa. Ecco perché la tensione effettivamente utilizzata è un compromesso: abbastanza alta da non perdere troppa energia come calore e non troppo alta in modo che il sistema possa essere prodotto e avviato.

Questo arriva alcuni anni dopo, ma è perché la situazione è cambiata:

Ora ci sono 1200 linee kV in India e 1100 linee kV in Cina. In entrambi i casi vengono utilizzati per trasmettere energia da centrali remote (spesso idroelettriche) a grandi città come Shanghai, in particolare l'energia idroelettrica si trova dove sono costruite in modo ottimale e che può essere molto lontana dalle città. Altre centrali elettriche possono essere costruite più vicino alle città, se necessario, ma spesso potrebbero essere posizionate più lontano a causa dell'inquinamento o come nel caso di Ekibastuz; la centrale elettrica si trova accanto a una grande riserva di carbone. Le grandi centrali nucleari sono collocate allo stesso modo lontano dai centri abitati.

Anche se in concorrenza con HVDC, un AC molto elevato presenta alcuni vantaggi pratici che ne giustificano la costruzione. Questa linea Ekibastuz-Kokshetau è stata forse un po 'un fallimento se si considera il ritorno del profitto poiché solo una parte di essa ha mai funzionato a 1150 kV, ora funziona a 500 kV, ma è stato un interessante risultato scientifico ...

Capire perché esiste una tale tensione è semplice, se uno si prende cura di ciò di cui stiamo parlando.

Una domanda

$I^2\times R_{wire}$$V\times I$$I$

$V$$V = I\times R$$V^2\over R$

Quindi abbiamo effettivamente fatto di peggio aumentando la tensione ?

$I^2\times R$

• Innanzitutto significa che il cavo, per sua natura, resiste al flusso di elettroni. i suoi elettroni amano essere in uno stato di equilibrio e non amano essere spinti da nuovi entranti
• Dice anche che se, naturalmente, diciamo che la potenza dissipata è = la quantità che scorre, $I$ * un po 'di forza $F$per essere superato, allora quella forza è proporzionale alla quantità che fluisce da sola: più c'è, più la forza sarà forte. Certo, possiamo dare un nome a quella forza, e questa è precisamente la tensione tra le estremità del cavo.

Quando ci pensi, non sorprende che la potenza dissipata sia quadratica. Se si dispone di un cavo molto grande, sarebbe logico che la potenza dissipata sia lineare. Paghi un prezzo costante per ogni elettrone che arriva. In un cavo più piccolo, il cavo diventa saturo e la sua capacità di accettare un nuovo elettrone diminuisce.

Mettere tutto insieme

Detto questo, è abbastanza chiaro quale sia l'errore dell'ingenuo ragionamento: stavamo usando la tensione tra la terra e la prima estremità del cavo. ma l'unica quantità che ha senso è la tensione attraverso gli endpoint del cavo.

Un'altra opinione su questo, è che ogni volta che parli di una tensione, devi conoscere non solo la quantità di Volt che ha ma anche i 2 punti a cui si riferisce. Fanno parte della definizione. Di per sé, una tensione di 10 Volt non ha significato fisico. Una tensione di 10 Volt tra il punto A e il punto B, al contrario, ha un significato.

Tornando al problema, aumentando la tensione tra la terra e la prima estremità del cavo, abbiamo bisogno di un'intensità più bassa per trasmettere la stessa quantità di energia a qualcun altro, che prenderà questa corrente e la consumerà alla tensione di terra .

Conclusione

Quell'intensità più bassa produce un'energia dissipata più bassa $I^2\times R = I\times V_2$ nel cavo di resistenza $R$, dove $V_2 = I\times R$ è la caduta di tensione sul cavo.

Un modo equivalente di vedere questo è che indurrà una caduta di tensione inferiore tra la centrale e il consumatore.

Il limite è che è necessario disporre di attrezzature speciali. Ad un estremo se la tensione è troppo alta, l'elettrone dell'aria stesso verrà spinto in giro e verrà creata una scarica elettrica (alias un "plasma").