«Передача электроэнергии на расстояние»

  Известно, что крупные теплоэлектростанции строят вблизи угольных месторождений или крупных газопроводов, гидроэлектростанции возводят на крупных реках, а атомные электростанции – не ближе 30–50 км от больших городов, где расположены основные потребители электроэнергии. Другими словами, электроэнергия производится вдали от мест её потребления. Следовательно, она должна быть передана к местам её потребления, для чего служат линии электропередачи (ЛЭП) ( рис.1).

        При типичной мощности генератора электростанции 500 МВт и напряжении 10 кВ сила тока в проводах составляет 50 тысяч ампер? Такой ток, при напряжении 220 В согласно закону Джоуля-Ленца  при сопротивлении линии электропередачи всего

1 Ом ежесекундно будет выделять столько же теплоты, сколько миллион электрочайников, включённых одновременно!
      По закону Джоуля-Ленца Q = I²Rt существуют две возможности для снижения потерь электроэнергии: уменьшить сопротивление линии электропередачи (R) или уменьшить в ней силу тока (I).  

·        Для уменьшения сопротивления нужно либо уменьшить длину проводов (и энергия не дойдёт до потребителя), либо увеличить их толщину (и тогда они станут тяжёлыми и могут обломить опоры). Как видите, первая возможность невыполнима на практике.

 

·         При изучении трансформатора  мы выяснили, что трансформатор повышает напряжение, одновременно понижая силу тока в такое же число раз. Поэтому, прежде чем ток от генератора попадает в линию электропередачи, он трансформируется (преобразовывается) в ток высокого напряжения. Повысив напряжение с 10 кВ до 1000 кВ, то есть в 100 раз, мы в такое же число раз понизим силу тока. Согласно закону Джоуля-Ленца, количество теплоты, бесполезно выделяющейся в проводах, уменьшится в 100·100 раз, то есть сразу в 10 000 раз.
На другом конце линии электропередач ставится понижающий трансформатор.

 Рис.1.

Опыт 1. Для демонстрации передачи электроэнергии на большие расстояния соберем установку, состоящую  из двух одинаковых школьных трансформаторов, лампочки накаливания на 3,5 В, линии электропередач из нихромовой проволоки и РНШ. Трансформатор (а) используем в качестве понижающего трансформатора, а трансформатор    ( б) в качестве повышающего  трансформатора ( рис.2).

  На правую обмотку трансформатора (б) подадим напряжение от РНШ ( Регулятор Напряжения Школьный) в 4 В. Так как этот трансформатор в данной установке будет повышающим, то с левой катушки этого трансформатора снимем 220 В и подадим на линию электропередач (справа).

Так как на линии электропередач напряжение большое          ( 220 В), то сила тока в ней будет небольшая и потерь электроэнергии практически не будет. Поэтому напряжение, снимаемое с лини электропередач,  будет практически равно 220 В.                        

Это напряжение подается на правую обмотку трансформатора (а), трансформируется в 3,5 В и подается на лампочку. Лампа горит нормальным накалом.

Проблема. Почему лампа горит нормальным накалом. Ведь в лини электропередач есть потери.

Ответ. Да потери энергии есть, но они незначительные, так как при передаче энергии было повышено напряжение, поэтому сила тока снизилась и по закону Джоуля-Ленца Q = I²Rt  потери энергии на выделении тепла в подводящих проводах снизились во много раз.

На демонстрируемой установке теряется напряжение в 0,5 В. Если бы мы передавали переменный ток при напряжении 4 В, то мы бы потеряли 3 В, и лампочка на другом конце линии не загорелась бы.

Рис.2.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------