§ 38. Передача электрической энергии

Какой ток — постоянный или переменный — вырабатывается генераторами тока на электростанциях?

1. Электрическая энергия вырабатывается на электростанциях с помощью генераторов. При этом в электрическую энергию превращаются либо внутренняя энергия топлива, либо потенциальная энергия падающей воды, либо внутриатомная энергия.

Электрическую энергию, выработанную генератором, передают от электростанции к потребителям на достаточно большие расстояния. При передаче электроэнергии на расстояние неизбежны её потери в линиях. Это связано с тем, что ток, проходя по проводам, нагревает их. Соответственно возникает задача уменьшения потерь энергии на нагревание проводов. Как это сделать?

2. Вы знаете, что количество теплоты, выделяющееся в проводнике при прохождении по нему электрического тока, рассчитывается по закону Джоуля—Ленца

Q = I²Rt.

Чтобы уменьшить потери энергии в проводах, можно было бы уменьшить их сопротивление. Однако для этого необходимо увеличить площадь поперечного сечения проводников, что приведёт к существенному увеличению их массы. Практически это означает, что такой способ передачи электроэнергии невозможен.

Другой способ уменьшения потерь сводится к уменьшению силы тока в линии передачи. При данной мощности уменьшение силы тока возможно лишь при увеличении напряжения, поскольку Р = IU.

Таким образом, при передаче электроэнергии на большие расстояния используют высокое напряжение.

3. Линии, по которым электрическая энергия передаётся от электростанций к потребителям, называют линиями электропередачи (ЛЭП).

Генераторы электрической энергии дают переменное напряжение, не превышающее 20 кВ. Чтобы передать электроэнергию без существенных потерь мощности, это напряжение повышают до 75—500 кВ с помощью повышающего трансформатора. Чем длиннее линия электропередачи, тем более высокое напряжение используется в ней. Сегодня существуют ЛЭП на 1150 кВ. Высота опор такой линии — 45 м (это высота 15-этажного дома).

Для использования электроэнергии напряжение нужно понизить, что осуществляется с помощью понижающего трансформатора. Обычно понижение напряжения происходит в несколько этапов. Сначала это происходит на понижающей подстанции в конце ЛЭП, затем — на местах потребления до необходимого напряжения.

Главными потребителями электроэнергии являются промышленность и транспорт. Невозможно себе представить жизнь современного общества без широкого использования электроэнергии.

Вопросы для самопроверки

1. С чем связаны потери электроэнергии при передаче её на расстояние?

2. Можно ли практически уменьшить потери электроэнергии, уменьшив сопротивление проводов?

3. Что необходимо сделать, чтобы уменьшить потери электроэнергии при передаче её на расстояние?

4. Как осуществляется передача электроэнергии от электростанции к потребителю?