Фізіка. 11 клас

Жыццё сучаснага грамадства немагчыма ўявіць без выкарыстання электраэнергіі. Дзе і як яна выпрацоўваецца? Як трапляе ў нашы дамы?

Дзякуючы адкрыццю з’явы электрамагнітнай індукцыі і вынаходству генератараў электрычнага току ўзнікла магчымасць ператварэння механічнай энергіі ў электрычную. Электрычная энергія выпрацоўваецца на электрастанцыях. У залежнасці ад віду крыніцы энергіі ўсе сучасныя электрастанцыі дзеляцца на цеплавыя, атамныя і гідра­электрастанцыі. Прывядзём характарыстыкі асноўных тыпаў электрастанцый.

Цеплавыя электрастанцыі (ЦЭС) выкарыстоўваюць цеплату, што атрымліваецца пры спальванні вугалю, нафты, мазуты, прыроднага газу і іншых гаручых выкапняў (ККДз η = 40 %).
Гідраэлектрастанцыі (ГЭС) выкарыстоўваюць энергію руху вады рэк, вадасховішчаў і іншых водных патокаў (ККДз η = 90—93 %).

Атамныя электрастанцыі (АЭС) працуюць на энергіі, якая вылучаецца пры расшчапленні ядраў урану і плутонію (ККДз η = 20—25 %).

Электраэнергію, выпрацаваную на электрастанцыі, неабходна даставіць спажыўцу. Пры перадачы электраэнергіі ад электрастанцый да буйных прамысловых цэнтраў і гарадоў найбольш часта выкарыстоўваюць правадныя лініі перадач, якія з’яўляюцца надзейным і параўнальна недарагім спосабам перадачы энергіі. У адпаведнасці з законам Джоўля — Ленца страты на награванне правадоў (за адзінку часу)
складаюць:

(1)

дзе I₀ — амплітуднае значэнне сілы току ў лініі электраперадачы, R — супраціўленне правадоў.
Гэтых страт нельга пазбегнуць, але іх можна паменшыць. З формулы (1) вынікае, што для гэтага трэба, па магчымасці, паменшыць як супраціўленне лініі электраперадачы, так і значэнне сілы току ў ёй.
Аднак памяншэнне электрычнага супраціўлення () правадоў магчыма толькі за кошт павелічэння іх папярочнага сячэння, што прыводзіць да значнага павелічэння масы правадоў, г. зн. матэрыяльных выдаткаў. Паколькі памяншэнне сілы току ў п разоў у адпаведнасці з (1) зніжае цеплавыя страты ў правадах у n² разоў, то найбольш эфектыўна перадаваць электраэнергію пры мінімальным значэнні сілы току.

Адну і тую ж магутнасць электрычнага току ў адпаведнасці з суадносінай P = IU можна атрымліваць рознымі спалучэннямі напружання і сілы току, г. зн., павялічваючы напружанне і памяншаючы сілу току, можна пакідаць перадаваемую магутнасць нязменнай. Пры гэтым страты на награванне правадоў будуць памяншацца. Трэба адзначыць, што спалучэнне высокага напружання і малой сілы току непрыдатна для прымянення ў бытавых электрычных прыборах — у іх напружанне павінна быць нізкім як для бяспекі, так і для спрашчэння іх канструкцыі. Такім чынам, для перадачы электрычнай энергіі да спажыўца неабходна выкарыстоўваць высокае напружанне, а пры выкарыстанні ў быце — нізкае.

Для захавання велічыні магутнасці, якая перадаецца па лініі перадач, значэнне напружання павышаюць у столькі разоў, у колькі памяншаюць значэнне сілы току () Таму на практыцы выкарыстоўваюць высакавольтныя (сотні тысяч вольт) лініі перадач (мал. 68). Велічыня напружання ў лініі перадачы абмяжоўваецца магчымасцю надзейнай ізаляцыі і сцякання зараду з правадоў у атмасферу пры каронным разрадзе. Гэта велічыня складае  З аднаго боку, генератары пераменнага току на электрастанцыях даюць напружанні, не большыя за 16—20 кВ, з другога боку, такія напружанні не могуць прапаноўвацца спажыўцу.

Для бяспечнага абслугоўвання спажыўцоў энергіі (станкоў, бытавых прыбораў і іншых спажыўцоў) напружанне на іх павінна быць нізкім, што лёгка дасягаецца пры выка­рыс­танні паніжаючых трансфарматараў. Пані­жэнне напружання звычайна адбываецца ў некалькі этапаў.

Разгледзім блок-схему перадачы і размеркавання электраэнергіі (мал. 69): генератар пераменнага току (10—20 кВ)  павышаючы трансфарматар (да 110 кВ, 330 кВ, 500 кВ, 750 кВ, 1150 кВ)  высакавольтныя лініі электраперадачы  каскаднае паніжэнне напружання (да 35 кВ, 5 кВ)  паніжаючыя трансфарматары (да 220 В, 127 В, 380 В, 660 В)  спажывец.

У сучасным грамадстве выкарыстанне электраэнергіі размяркоўваецца прыкладна наступным чынам: прамысловасць — 70 %; транспарт — 15 %; сельская гаспадарка — 10 %; бытавое выкарыстанне — 5 %.