Наиболее удобным видом энергетических ресурсов в настоящее время стало электричество. Его особенность состоит в том, что после выработки оно должно быть немедленно доставлено потребителю и сразу использовано. Поэтому важным вопросом современной энергетики является вопрос о передаче электроэнергии на расстояние. Рассмотрим кратко эту тему в объёме, достаточном для школьного доклада.
Предприятия, вырабатывающие электричество (электростанции), располагаются вблизи источников энергетических ресурсов, как правило, вдалеке от предприятий-потребителей электричества. Поэтому производители и потребители электроэнергии связываются проводниками (линиями электропередач) в единую энергетическую сеть.
Снижение потерь при передаче электроэнергии
Важнейшей проблемой передачи электроэнергии на расстояние является наличие потерь. Любой реальный проводник имеет некоторое активное сопротивление. А в соответствии с законом Джоуля — Ленца, на активном сопротивлении происходит выделение энергии в виде тепла.
Заменим в формуле закона Джоуля — Ленца значение тока отношением мощности нагрузки к напряжению. Получим:
$$Q=I^2Rt={P^2over U^2}Rt$$
где:
- $Q$ — тепло, теряющееся в линии;
- $I$ — ток в линии;
- $R$ — активное сопротивление линии;
- $P$ — мощность нагрузки;
- $U$ — напряжение в линии;
- $t$ — время.
Из этой формулы можно видеть пути для снижения потерь.
Во-первых, можно уменьшать сопротивление линии электропередачи. Однако возможностей в этом направлении немного. Увеличение сечения проводников или уменьшение их удельного сопротивления приводит к неоправданному удорожанию всей линии. Кроме того, проводники большого сечения сложно прокладывать.
Более выгодный способ уменьшения потерь — увеличение напряжения.
После непосредственного получения электроэнергия поступает на повышающий трансформатор, увеличивающий напряжение в линии. В таком виде электроэнергия передаётся на большие расстояния.
С повышением напряжения растут требования к качеству изоляции проводников, кроме того, играют роль и вопросы безопасности. Поэтому после доставки электроэнергии потребителям, она снова преобразуется в более низковольтную форму с помощью понижающего трансформатора.
Значение напряжений в различных точках системы передачи является компромиссом между противоречивыми условиями работы. Непосредственная выработка электроэнергии происходит на напряжениях порядка 10–20 кВ. Для передачи напряжение повышается до сотен киловольт, на таком напряжении происходит передача в промышленные центры. Там вновь происходит уменьшение напряжения: крупным группам потребителей поступает напряжение 35 кВ, большинству предприятий доставляется 6–12кВ, непосредственно потребителям — 380/220 В.
Ещё одним методом снижения потерь электроэнергии является создание единой энергосистемы государства с целью сглаживания пиковых нагрузок. Дополнительно это даёт ещё и возможность бесперебойной поставки электричества, несмотря на плановые профилактические работы и аварии на отдельных участках.
Что мы узнали?
Электричество производится и потребляется в разных местах, поэтому вопрос передачи и распределения электроэнергии без потерь — один из важнейших в электроэнергетике. Основным направлением снижения потерь является повышение напряжения в сети. Для передачи на большое расстояние напряжение увеличивается до сотен киловольт с помощью трансформаторов, а в точках потребления вновь снижается до рабочих значений.
