Т. Передача электроэнергии

Передача электроэнергии

Электрическую энергию производят на электростанциях. Ее надо передать потребителям, часто находящимся очень далеко от станции. Для этого между станцией и потребителем строят линии электропередач (ЛЭП).

При передаче электроэнергии неизбежны потери, связанные с нагреванием проводов. Возникает проблема уменьшения этих потерь.

По закону Джоуля—Ленца количество теплоты, выделяемое в проводнике при прохождении тока, равно

\(~Q = I^2_dRt.\)

Чтобы уменьшить потери в ЛЭП, необходимо, как видно из закона, уменьшить сопротивление R или силу тока \(~I_d\) в ней. Сопротивление проводов \(~R = \rho \frac lS \) будет меньше, если уменьшить l, но длина определяется расстоянием, на которое надо передавать электроэнергию. Можно увеличить площадь поперечного сечения S. Но это ведет к перерасходу дорогостоящего цветного металла и возникновению трудностей при закреплении проводов на столбах. Поэтому такой способ снижения потерь практически невозможен.

Другой путь заключается в уменьшении силы тока в линии передачи. Но при данной мощности \(~P = I_dU_d \cos \varphi \) уменьшение силы тока возможно лишь при увеличении напряжения.

Таким образом, при передаче электроэнергии на большие расстояния необходимо пользоваться высоким напряжением. Так, электроэнергия Волжской ГЭС передается в Москву при напряжении 500 кВ, от Саяно-Шу-шенской ГЭС — при напряжении 750 кВ.

На электростанциях генераторы вырабатывают электрическую энергию при напряжениях, не превышающих 20 кВ. Поэтому на электростанциях устанавливают повышающие трансформаторы, а на месте потребления — понижающие трансформаторы. На рисунке 1 представлена блок-схема линии передачи переменного тока. Так как трансформаторы обладают большим индуктивным сопротивлением, которое приводит к сдвигу фаз между током и напряжением, то для увеличения коэффициента мощности в цепь включают конденсаторы.

Рис. 1

Потери при передаче постоянного тока были бы меньше примерно в полтора раза (нет потери на перемагничивание, потери на реактивном сопротивлении). Но пока нет способов трансформации постоянного тока. Делается попытка промышленной передачи постоянного тока высокого напряжения на большие расстояния, но трансформируется переменный ток, который затем при высоком напряжении выпрямляется с помощью полупроводниковых приборов. После передачи постоянный ток преобразуется в переменный (в инверторах), который затем снова трансформируется. Трудности преобразований тока в такой линии передачи не позволяют пока широко использовать этот экономичный метод передачи электроэнергии. На рисунке 2 показана блок-схема линии передачи постоянного тока.

Рис. 2

Литература

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 414-415.