Напиши конспект по данному тексту: 43 Передача электрической энергии Трансформатор реправлять от электростанции потребителю. Для этого используются Полученное от электрогенератора электричество необходимо пе- — линии электропередачи (рис. 3.34). Однако при передаче электро- энергии на расстояние неизбежны потери энергии в ЛЭП, так как ток, проходя по проводам, нагревает их. Энергия тока, идущая на нагре- вание проводов, является потерян- ной энергией. Чтобы передача электрической энергии была экономически выгод- ной, необходимо потери на нагре- Рис. 3.34 вание проводов сделать возможно Линия электропередачи высокого малыми. Как это осуществить? напряжения Вспомним закон Джоуля—Ленца:@ = I2Rt. (Q количество теплоты, выделившееся В проводнике C тОКОМ, сила тока, R время). Закон Джоуля— Ленца I сопротивление, t указывает два различных пути решения этой задачи. Один путь — уменьшить сопротивление проводов линии передачи. Для этого надо взять провода с большим сечением. Возможно ли это практически? Рассмотрим пример. Пусть на электростанции установлен электроге- нератор мощностью 200 кВт. Требуется передать вырабатываемую гене- ратором энергию при напряжении 120 В на расстояние 10 км от электро- станции. Потери на нагрев не должны превышать 10%. Расчёт показывает (мы его здесь не приводим), что для этого понадобится провод сечением 48 500 мM2 Один метр такого медного провода весит 435 кг, а вес прово- да для всей линии (всего лишь 10 км!) составил бы 8700 т. ЛЭП такой вес не выдержат, кроме того, такое большое количество металла стоит очень дорого. Ясно, что этот путь не годится. Другой путь к сокращению потерь энергии в ЛЭП в линии передачи. Ток в проводах вычисляется из равенства: уменьшение тока I=P/U где Р — мощность, U — напряжение. изменить не можем: она задана, например ВЫСОТОЙ Мощность плотины гидроэлектростанции, не меняется. Значит, уменьшить можно лишь за счёт увеличения напряжения. Проверим нашу идею. Пусть та же мощность 200 кВт передаётся на то же расстояние при напряжении не 120 В, а 12 000 В, т. е. в 100 раз большем. Тогда сила тока уменыит 100 раз, и тогда, не меняя мощность, можно сопротивление линии ся передачи увеличить в 1002 раз (это видно из формулы Р = ІР). Это зна чит, что ту же мощность можно передавать по более тонким проводам. Сечение проводов можно уменьшить в 1002 раз. Действительно, вы зна ете, что сопротивление определяется материалом провода, его длиной и сечением: pl pl R=.. Отсюда S= I. S R и P не меняются, а Р увеличиваем в 1002 раз. Получаем, что вместо сечения 48 500 мм2 можно взять сечение $ = 4,85 мм2 В 1002 раз уменьшается и вес металла, идущего на изготовление про- вода. Передача энергии стала практически возможной. Таким образом, практически осуществить передачу электроэнергии на большие расстояния можно только пользуясь высоким напряжением. В настоящее время передача электроэнергии мощных гидроэлектро- станций производится под напряжением 400 кВ— 1500 кВ. Приборы, при помощи которых переменный ток одного напряже ния преобразуется в переменный ток другого напряжения, называются трансформаторами Слово «трансформатор» на русском языке означает «преобразова- тель». Трансформатор служит для того, чтобы, не меняя мощность тока, изменять напряжение и силу тока. 160 ГЛАВА З Идея трансформатора впервые родилась в России и принадле жит выдающемуся русскому учёному-изобретателю П. Н. Яблочкову Разрабатывая эту идею дальше, И. Ф. Усагин сконструировал первый выставке в Москве. трансформатор, который он демонстрировал в 1882 г. на промышленной На рисунке 3.35, изображён трансформатор на небольшую мощ- ностЬ. B основе его работы лежит явление электромагнитной индукции. Трансформатор (рис. 3.35, б) состоит из замкнутого железного сердеч- ника, на котором помещены две катушки 1 и 2 изолированной прово- локи с разным числом витков №, и №z соответственно. Переменный ток, проходя по катушке 1, всё время перемагничивает сердечник, вследствие чего в катушке 2 периодически меняется магнитное поле и возбуждается переменное напряжение. Во сколько раз число витков катушки 2 трансформатора больше чис- ла витков катушки 1, во столько раз напряжение на клеммах катушки 2 больше, чем напряжение на клеммах катушки 1: U, N U N тока, пряжением. трансформации. Постоянная Из равенства (1); U,=U 1 величина Трансформатор повышает напряжение (и уменьшает ток) N Если № < N, то трансформатор понижает напряжение Если N L N то трансформатор повышает напряжение гростанции, поступает в повышающий трансформатор (рис. 3.36) дит по следующей схеме. Ток, вырабатываемый генераторами на элек трансформатора напряжение, то во столько же раз мы понижаем силу емого в первичную катушку. Это значит: если мы повышаем при помощи катушки трансформатора, приближённо равна мощности тока, посыла от клемм катушки с малым числом витков получим ток с пониженным на- пряжением подвести к клеммам катушки с большим числом витков, тогда высить напряжение, но и понизить его, для чего надо ток с большим на- трансформаторы. Затем в районных трансформаторах напряжение опять поступает на понижающую подстанцию, где установлены понижающие подвешенным к высоким мачтам. В месте потребления электроэнергия Таким образом, при помощи трансформатора можно не только по- Далее электроэнергия передаётся по голым воздушным проводам, Итак, передача электроэнергии на большие расстояния происхо- Причём установлено, что мощность тока, получаемая из вторичной k= U N называется коэффициентом 162 ГЛАВА З Если N L N то трансформатор повышает напряжение гростанции, поступает в повышающий трансформатор (рис. 3.36) дит по следующей схеме. Ток, вырабатываемый генераторами на элек трансформатора напряжение, то во столько же раз мы понижаем силу емого в первичную катушку. Это значит: если мы повышаем при помощи катушки трансформатора, приближённо равна мощности тока, посыла от клемм катушки с малым числом витков получим ток с пониженным на- пряжением подвести к клеммам катушки с большим числом витков, тогда высить напряжение, но и понизить его, для чего надо ток с большим на- трансформаторы. Затем в районных трансформаторах напряжение опять поступает на понижающую подстанцию, где установлены понижающие подвешенным к высоким мачтам. В месте потребления электроэнергия Таким образом, при помощи трансформатора можно не только по- Далее электроэнергия передаётся по голым воздушным (для транспорта) или до 220 B (для квартир, шкоЛ, больниц, магазинов) до нужных значений: дО 380 B (для заводов), до 550 B понижается Линия