Номер 3, страница 92 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 27. Передача электроэнергии на расстояние. Глава 3. Электромагнетизм - номер 3, страница 92.

3. Чем ограничено повышение напряжения в линиях электропередачи?

Повышение напряжения в линиях электропередачи (ЛЭП) является основным способом снижения потерь электроэнергии при ее транспортировке на большие расстояния. Потери мощности на нагрев проводов определяются законом Джоуля-Ленца: $P_{потерь} = I^2 R$, где $I$ – сила тока, а $R$ – сопротивление линии. При передаче определенной мощности $P = U I$, повышение напряжения $U$ позволяет снизить силу тока $I$ ($I = P/U$), что ведет к квадратичному уменьшению потерь. Однако бесконечно повышать напряжение невозможно из-за ряда физических, технических и экономических ограничений.

Основными факторами, ограничивающими повышение напряжения, являются:

• Коронный разряд

  При очень высоких напряжениях напряженность электрического поля вблизи поверхности провода становится настолько большой, что вызывает ионизацию окружающего воздуха. Этот процесс называется коронным разрядом. Он проявляется в виде слабого свечения (короны) вокруг проводов, характерного треска и образования озона. Коронный разряд приводит к дополнительным потерям энергии, которые могут свести на нет выгоду от снижения потерь на нагрев. Кроме того, он является источником радиопомех и способствует коррозии проводов и элементов арматуры.

• Требования к изоляции

  Провода ЛЭП должны быть надежно изолированы друг от друга и от заземленных конструкций (опор). С ростом напряжения возрастают требования к изоляторам. Необходимо использовать более длинные гирлянды изоляторов, что увеличивает их стоимость, вес и габариты опор. Также требуется увеличивать воздушные промежутки (безопасные расстояния) между проводами и между проводом и опорой/землей, чтобы предотвратить электрический пробой (перекрытие) по воздуху. Это приводит к увеличению размеров и стоимости опор и расширению полосы отчуждения земли под ЛЭП.

• Усложнение и удорожание оборудования

  Все оборудование, работающее под высоким напряжением — трансформаторы, выключатели, разъединители, измерительные приборы — становится значительно сложнее, габаритнее и дороже с ростом номинального напряжения. Создание и обслуживание такого оборудования требует более высоких затрат и более сложных технологий.

• Экономическая целесообразность

  Существует экономический предел, за которым дальнейшее повышение напряжения становится невыгодным. Капитальные затраты на строительство более высоковольтной ЛЭП (более дорогие опоры, изоляторы, провода, подстанции) начинают превышать экономию, получаемую от снижения потерь электроэнергии в течение всего срока службы линии.

Таким образом, выбор рабочего напряжения ЛЭП является результатом сложного компромисса между желанием минимизировать потери энергии и необходимостью учитывать технические ограничения и экономические затраты.

Ответ:

Повышение напряжения в линиях электропередачи ограничено в первую очередь явлением коронного разряда, который вызывает дополнительные потери энергии. Другими важными ограничивающими факторами являются: необходимость в более мощной и дорогой изоляции (увеличение размеров изоляторов и воздушных промежутков), значительное удорожание и усложнение всего электротехнического оборудования (трансформаторов, выключателей) и экономическая целесообразность, так как на определенном этапе капитальные затраты на строительство высоковольтной линии превышают выгоду от снижения потерь.