电力传输是指电能从生成站到位于需求中心附近的变电站的大量运动。它在现代电力系统中形成了关键的联系，确保了产生的电力（通常远离人口稠密的地区）可靠地交付给房屋，企业和行业。由于电力是经济发展和生活质量的基础，因此电力的效率和稳定性直接影响整个电网的性能和成本效益。
电力传输的挑战之一是在长距离内运输电力，而不会产生重大的能源损失或过度的基础设施成本。由于高功率损失以及对大型，昂贵的导体的需求，常规的低压传输在巨大的距离内是不切实际的。结果，工程师长期以来一直寻求解决方案来提高效率并减少长距离能源运输的损失。
高压传输 通过使电流能够以较低的电流传输来解决这一挑战，从而地减少了电阻损耗（I?R损耗）并降低所需的导体尺寸。这不仅提高了电力系统的整体效率，还可以降低资本和运营支出。在本文中，我们将探讨高压传输背后的基本原理及其在现代电气基础设施中的关键作用。
高压传输背后的物理
了解对高压传输的需求始于控制电力流的基本物理。是几个基本功率方程式，它们揭示了电压，电流和电阻如何在电源系统中相互作用。
基本功率方程
在交替的电流（AC）系统中，输送到负载的实际功率由以下方式给出：
\ [p = vicos \ theta \]
在哪里：
P是瓦特（W）中的真实（或主动）功率，
V是伏特（V）中的均方根（RMS）电压
我是安培（A）中的RMS电流
COS是功率因数，代表电压和电流之间的相位差。
该方程强调，对于给定的功率因数和实际功率需求，电压和电流成反比。决定传输参数时，这种关系是关键。
导体的功率损失
由于传输线的阻力而损失的功率通常称为电阻或I?R损失，由以下方式计算：
\ [p_ {loss} = i^{2} r \]
在哪里：
ploss是瓦特的功率损失
我是当前的
r是导体的阻力
这些损失与电流的平方成正比，表现为热量，从而降低了系统效率。即使电流的少量增加也会导致大量的功率耗散。相反，减少电流大大地减少了损失。
图2。 传输线中的电阻加热损耗降低了系统效率。图像由SSEN提供
电源与电压与电流
现在，考虑一个系统，电源需求（p）是恒定的。从真实的功率方程式：
\ [p = vicos \ theta \]
解决当前：
\ [i = \ frac {p} {vcos \ phi} \]
这表明，如果功率和功率因数保持不变，则增加电压（V）会导致电流（i）的比例下降。
电压增加→电流降低→减少损失
随着电流的减少，由于IR关系，对电阻损耗的影响是二次的。例如：
如果电压加倍，电流将减半。
如果电流减半，则IR损耗减少了四倍（因为1/22 = 1/4）。
这是传输系统中使用高压的基本原因 - 它们允许使用较低电流，较小的导体尺寸和大幅降低能量损失的相同功率。通过优化电压和电流之间的平衡，传输系统可以在没有过多的热量或材料成本的情况下有效地跨距离发电。
为什么要以高电压传输？
高压以高压传输电力是由技术和经济考虑的驱动的现代电力系统的基本原理。益处源于减少给定功率水平的电流的能力，这在能源效率，基础设施要求和整体系统性能方面带来了一系列优势。
减少传输损失
在传输系统中使用高压的直接和有影响力的理由是损失化。如前所述，传输线中的功率损失由以下方式给出：
\ [p_ {loss} = i^{2} r \]
通过较高的电压操作降低电流可显着减少由于方law关系而引起的这些损失。例如：
将目前的一半减半导致原始损失的四分之一。
减少损失可以提高动力传递的总体效率，从而使更多的生成的功率到达终用户，而不是沿传输线散发为热量。
在长距离传播中，这种提高的效率尤其重要，否则累积损失可能是巨大的。
较小的导体尺寸
高压传输系统中的较低电流 不仅可以地减少能量损失，还允许使用较小的导体，因为导体的电流容量（置换能力（置换）决定其所需的大小。当电流减小时，导体上的热应力减小，意味着可以使用较薄的导体而不会超过温度限制。这导致导体的重量和成本大大减少，这反过来又可以使用较轻的支撑结构，例如塔和电线杆。这些结构组件可以通过降低机械强度要求，进一步降低材料和安装成本而设计。
例如，尽管铜提供了较高的电导率，但它比铝更昂贵和重。在许多高压应用中，实用程序选择了铝制钢加固（ACSR）电缆，将铝的轻巧，具有成本效益的特性与中央钢芯提供的机械强度相结合。由于高压线路中电流的减少，铝的较低电导率变得可以接受，并且其经济优势可以完全杠杆化。这种材料的战略使用显着提高了构建和维持长距离传输线的可行性和负担性，而无需牺牲电性能。
高压传输的经济优势既是直接和长期的，远远超出了较小的导体所获得的节省。一个主要收益在于降低基础设施成本。由于较小，较轻的导体施加了较低的机械负载，因此公用事业可以安装较小的塔楼，使用较窄的通行权（行），并且需要更少的土地，所有这些都会有助于节省建筑和维护成本。此外，通过在较低电流和损失的高电压下传输电力，公用事业可以更有效地运行。这减少了产生多余的权力以补偿交付过程中损失的需求，从而导致运营费用降低和更可持续的能源利用。
对于消费者而言，这种提高的效率可能会导致较低的电费，因为公用事业的成本节省通常会转化为更具竞争力的能源价格。虽然对高压基础设施（例如变压器，绝缘和开关设备）的初步投资非常重要，但能源和基础设施的终身节省可以抵消这些成本多次。在整个传输线的寿命中，通常跨越几十年，累积节省可以达到数百万美元，这使高压传输不仅是技术上的必要性，而且是战略性的经济投资。
改进的电压调节
高压传输还可以增强电压调节，这是在消耗时保持功率质量的关键因素。在很长的距离上，沿导体的电压降可能很大，尤其是在高电流水平下。通过降低电流，高压系统会经历较低的电压下降，从而确保：
变电站和终用户的稳定电压水平。
由于电压波动而导致的可靠性提高，并降低了设备损坏或故障的风险。
在紧密公差内保持电压对于敏感负载的安全有效运行，例如工业设备，数据中心和住宅电子产品至关重要。
定量损失分析
为了真正理解高压传输的影响，数值比较有助于说明电压水平如何影响电流，功率损耗和整体传输效率。让我们考虑一个简化的例子：使用两个不同的电压水平（11 kV和220 kV）在200 km上传输100兆瓦。假设传输线的总电阻为0.05Ω/km，给出：总线电阻为： rtot一个l=0.05×200=10
? 情况1：11 kV的传输
首先，计算电流：
p=v我?我=pv=100×10611×103≈9090.91一个
现在，计算功率损失：
ploss=我2r=（（9090.91）2×10≈827×106w=827mw
该价值是巨大的 - 损失比要传输的功率高几倍，这显然是不切实际的。
2：220 kV的传输
计算电流： 我=100×106220×103≈454.55一个 计算功率损失：
ploss=（（454.55）2×10≈2.07×106w=2.07mw 在这里，仅损失了约2.07兆瓦，这意味着运送97.93兆瓦。现在计算效率：
η=pdel我veredpgener一个ted×100％=97.93100×100％≈97.93％ 这个示例突出了当电压增加时I?R损耗的急剧降低。在11 kV时，损失超过了发射功率，使其不可行，而在220 kV时，损失很小，效率近98％。
高压传输以提高效率，可靠性
了解高压传输的原理对于设计能够满足现代能源需求的高效且可靠的电力系统至关重要。通过减少电流并地减少损失，高压传输可以通过提高效率，较低的基础设施成本和增强的电网稳定性在长距离内提供电力。这些原则对于整合远程可再生能源，支持城市负载中心以及确保用于工业，商业和住宅应用的可持续和弹性能源系统至关重要。
