От всех видов энергии электрическая выгодно отличается тем, что ее мощные потоки можно практически мгновенно передавать на тысячекилометровые расстояния. Для этого служат линии электропередачи — основные звенья энергосистем.
Сейчас сооружаются ЛЭП двух видов: воздушные, которые несут ток по проводам над поверхностью земли, и подземные, которые передают ток по силовым кабелям, проложенным, как правило, в траншеях под землей.
ЛЭП состоят из опор — бетонных или металлических, к плечам которых прикрепляются гирлянды фарфоровых или стеклянных изоляторов. Между опорами протягиваются медные, алюминиевые или сталеалюминиевые провода, которые подвешиваются к изоляторам. Опоры ЛЭП «шагают» через пустыни и тайгу, взбираются высоко в горы, пересекают реки и горные ущелья.
Изолятором между проводами служит воздух. Поэтому, чем выше напряжение, тем большее расстояние должно быть между проводами. ЛЭП проходят и через поля, рядом с населенными пунктами. В связи с этим провода должны быть подвешены на безопасной для людей высоте. Свойства воздуха как изолятора зависят от климата и метеорологических условий. Строители ЛЭП должны учитывать силу преобладающих ветров, перепады летних и зимних температур и многое другое. Вот почему строительство каждой новой ЛЭП требует серьезной работы изыскателей наилучшей трассы, научных исследований, моделирования, сложнейших инженерных расчетов и высокого мастерства строителей.
Одновременное создание мощных электрических станций и электрических сетей было предусмотрено еще в плане ГОЭЛРО (1111920). При передаче электроэнергии по проводам на расстояние неизбежны потери энергии, ведь, проходя по проводам, электрический ток их нагревает. Поэтому передавать ток низкого напряжения (111127, 220 В), каким он поступает в наши квартиры, на расстояние более 2 км невыгодно. Чтобы снизить потери энергии в проводах, напряжение электрического тока, перед тем как подавать на линию, повышают на электрических повышающих подстанциях. С увеличением мощности электрических станций, расширением территорий, охваченных электрификацией, напряжение переменного тока на передающих линиях последовательно увеличивалось до 220, 330, 500 и 750 кВ. Для объединения энергосистем Сибири, Северного Казахстана и Урала построена ЛЭП напряжением 1150 кВ. Подобных линий нет ни в одной стране мира: высота опор до 45 м (высота 15-этажного дома), расстояние между проводами каждой из трех фаз — 23 м.
Однако, провода, находящиеся под высоким напряжением, опасны для жизни, и вести их в дома, на фабрики и заводы нельзя. Вот почему, прежде чем передать электроэнергию потребителю, ток высокого напряжения понижают на понижающих подстанциях.
Схема передачи переменного тока такова. Ток низкого напряжения, вырабатываемый генератором, подается на трансформатор повышающей подстанции, преобразуется в нем в ток высокого напряжения, далее по линии электропередачи поступает к месту потребления энергии, здесь преобразуется трансформатором в ток низкого напряжения, после чего поступает к потребителям.
В нашей стране впервые создан и другой тип линий электропередачи — линий постоянного тока. Передавать по ЛЭП постоянный ток выгоднее, чем переменный, так как если длина линии превышает 1,5—2 тыс. км, то потери электроэнергии при передаче постоянного тока будут меньше. Перед тем как ввести ток в дома потребителей, его снова преобразуют в переменный.
Чтобы ввести ток высокого напряжения в города и распределить его по электрическим понижающим подстанциям, под землей прокладывают кабельные линии электропередачи. Специалисты считают, что в будущем воздушные линии электропередачи вообще уступят место кабельным. У воздушных линий есть недостаток: вокруг высоковольтных проводов создается электромагнитное поле, превосходящее магнитное поле Земли. А это неблагоприятно сказывается на организме человека. Большую опасность это может представлять и в будущем, когда напряжение и сила тока, передаваемого по ЛЭП, еще более возрастут. Уже сейчас, чтобы избежать нежелательных последствий, вокруг ЛЭП приходится создавать «полосы отчуждения», где запрещено что-либо строить.
Испытана кабельная линия, моделирующая будущие сверхпроводящие линии электропередачи. Внутри металлической трубы, покрытой несколькими слоями самой совершенной тепловой изоляции, проложена медная жила, состоящая из многих проводников, каждый из которых покрыт пленкой из ниобия. Внутри трубы поддерживается настоящий космический холод — температура 4,2 К. При такой температуре потери электроэнергии из-за сопротивления отсутствуют.
Для передачи электроэнергии советские ученые разработали газонаполненный кабель, у которого пустоты изоляции заполнены газом (обычно азотом) под давлением до ЗМПа. Расчеты показывают, что при таком давлении газа по проводам можно передавать электрический ток напряжением до 500 кВ. Проложенные под землей кабельные ЛЭП сэкономят сотни тысяч гектаров необходимой людям земли, особенно в крупных городах.