Электроэнергия, вырабатываемая на генерирующих станциях, транспортируется по высоковольтным линиям электропередачи в пункты потребления. Передача электроэнергии, в основном, осуществляется по наборам проводов, называемых проводниками, которые передают электроэнергию от генерирующих станций к подстанциям, которые обеспечивают электроэнергией потребителей. Существует беспроводная передача энергии, но пока энергия передается по проводникам.
Тенденция к повышению напряжения обусловлена увеличением пропускной способности линии при одновременном снижении потерь в линии на единицу передаваемой мощности.
Снижение потерь является значительным и является важным аспектом энергосбережения.
Проводники для передачи электроэнергии
Проводники для передачи энергии могут различаться по размеру в зависимости от номинального напряжения. Количество проводников зависит от типа используемых цепей. Поскольку они обеспечивают сочетание проводимости и экономичности, медь, алюминий и сталь являются наиболее часто используемыми проводящими материалами.
Серебро является лучшим проводником, чем медь; но его механическая слабость и высокая стоимость исключают его в качестве практического проводника. Медь – хороший проводник. Другие проводящие материалы сравниваются с линейной моделью и производительностью меди, чтобы определить их экономическую ценность в качестве электрических проводников.
Комбинации алюминий-сталь или медь-сталь, а также алюминий стали популярными в качестве проводов.
Алюминиевые сплавы также используются в качестве проводников.
С другой стороны, существуют более дешевые металлы, чем медь и алюминий, как железо, но это плохой проводник.
Медные провода
В течение многих лет медь была наиболее подходящим проводником для электрических целей. Её электрические и механические свойства в сочетании со сравнительной экономической выгодой сделали медь почти исключительно универсальной. Её проводимость высока, уступая только проводимости серебра и некоторых других редких металлов; действительно, её проводимость используется в качестве эталона для других материалов.
Медь используется в трех формах: твердотянутая, среднетвердотянутая и мягкотянутая (отожженная).
Жесткотянутая медная проволока обладает наибольшей прочностью из трех и, следовательно, в основном используется для цепей передачи с большими пролетами (60 метров и более). Однако её упругость и негибкость затрудняют работу.
Мягкотянутая проволока — самая слабая. Её использование ограничено короткими пролетами и для привязки проводников к штыревым изоляторам. Поскольку она легко гнется и с ней легко работать, мягкотянутый провод широко используется для обслуживания зданий и некоторых распределительных сетей. Практика, однако, была направлена на увеличение протяженности распределительных цепей и использование медной проволоки средней жесткости.
Алюминиевые провода
Алюминий используется из-за его легкого веса, который составляет менее одной трети веса меди. Алюминий на 60-80 процентов такой же хороший проводник, как медь, и лишь наполовину такой же прочный, как медь. По этим причинам он почти никогда не используется отдельно, за исключением коротких дистанций. Обычно алюминиевые провода скручены на сердечник из стальной проволоки. Такая алюминиевая проволока, армированная сталью, обладает большой прочностью при весе проводника и особенно подходит для длинных пролетов.
Стальные провода
Стальная проволока редко используется отдельно. Однако там, где требуется очень дешевое строительство, сталь дает экономическое преимущество. Поскольку стальная проволока в три-пять раз прочнее медной, она обеспечивает более длинные пролеты и требует меньшего количества опор. Однако сталь является лишь примерно на одну десятую таким же хорошим проводником, как медь, и она быстро ржавеет. Этой тенденции к коррозии можно противодействовать (чтобы стальная проволока прослужила дольше) путем цинкования, то есть нанесения на поверхность слоя цинка.
Медные или алюминиевые проводники
Основными недостатками стали являются недостаточная устойчивость к коррозии и электропроводность. С другой стороны, сталь дешева, прочна и доступна.
Эти преимущества сделали разработку стальной проволоки, покрытой медью или алюминием, наиболее привлекательной для коммунальных компаний. Чтобы придать стальной проволоке необходимую проводимость и долговечность, на ее внешнюю поверхность надежно наносится медное покрытие. Проводимость этой стальной проволоки может быть увеличена за счет покрытия из меди или алюминия. Этот тип проволоки используется в качестве проводника на сельских линиях, где линии длинные, а токи небольшие.
Скручивание проводов
По мере того как провода становятся толще, они становятся слишком жесткими для обращения. Изгиб может повредить большой твердый проводник. По этим практическим соображениям был разработан многожильный проводник. Многожильный проводник состоит из группы проводов, скрученных в один. Чем больше проводов в поперечном сечении проводника, тем большей будет его гибкость. Обычно все нити имеют одинаковый размер и одинаковый материал (медь, алюминий или сталь). Однако производители предлагают многожильные проводники, сочетающие эти металлы в разных количествах.
Иногда 3 нити проволоки скручиваются вместе. Но обычно они сгруппированы концентрически вокруг 1 центральной нити в группах по 6. Например, 7-жильный проводник состоит из 6 жил, скрученных вокруг 1 центрального провода. Затем 12 жил укладываются поверх этих 6 и скручиваются, образуя 19-жильный проводник.
Чтобы сделать 37-жильный проводник, в промежутки между этими 18 помещают еще 18. И так количество нитей увеличивается до 61, 91, 127 и так далее. Возможны и другие комбинации. Например, 9 прядей можно скрутить вокруг 3-прядного скручивания, чтобы получить 12-прядный провод. Две большие пряди можно слегка скрутить, а затем окружить 12 скрученными прядями, образуя 14-жильный проводник.
