ЗО. Передача і використання електричної

Енергії

Споживачі електричної енергії є всюди. Виробляється вона, як правило, поблизу паливних і водних ресурсів. Виникає запитання: що вигідніше — передавати виробле­ну на потужній електростанції електроенергію на великі

відстані чи будувати маленькі електростанції біля кожного споживача? Очевидно, однозначної відповіді на всі випад­ки дати не можна. Нині вигідніше будувати потужні елек­тростанції і передавати енергію на великі відстані з міні­мальними втратами. Ви вже знаєте, що для цього енергію треба передавати при високій напрузі. Сучасні лінії електропередач працюють при напрузі до і навіть

8 • 10 ^:і В, проектуються лінії на і В. Природно,

що в них застосовується кілька каскадів підвищення і зни­ження напруги.

Спрощена схема централізованого вироблення електро­енергії, її передачі на великі відстані і розподілу між спо­живачами показана на малюнку 73. Генератори потужних теплових, атомних або гідроелектростанцій виробляють змінний струм частотою 50 Гц і напругою 6—20 тис. вольт. Цей струм за допомогою підвищувальних трансформато­рів у кілька прийомів перетворюється в струм з напругою в 110, 220, 400, 500 чи 800 тис. вольт і подається в лінії передач.

Цими лініями струм надходить до місць споживання електроенергії, де за допомогою трансформаторів напруга знижується. Тут будується спеціальна трансформаторна підстанція, на якій напруга звичайно знижується до

35 тис. вольт. Від неї електроенергія розподіляється по окремих районах споживання, в кожному з яких є своя трансформаторна підстанція, яка знижує напругу до 3000—6000 В або 10 000 В. Від цих районних підстанцій енергія розподіляється між пунктами споживання (заводи, ферми, житлові будинки тощо). В кожному такому пункті є свій трансформатор, який знижує напругу до потрібної споживачам величини. Для забезпечення житлових будин­ків, на багатьох підприємствах напруга знижується до 220 В і по внутрішній мережі подається в квартири, цехи заводів і фабрик.

Лінії електропередач змінного струму мають значні переваги: в будь-якому місці лінії знижувальний транс­форматор, увімкнутий в лінію, передає енергію спожива­чам. Однак лінії передач змінного струму мають і серйозні недоліки. Так, проводи лінії необхідно розраховувати на максимальне значення сили струму, а практично використовується діюче значення, тобто трохи більше 2/3 максимального. Явище електромагнітної індукції приводить до того, що змінний струм в проводах розпо­діляється не рівномірно по всьому перерізу, а головним чином поблизу поверхні (скін-ефект). Оскільки використо­вується не весь переріз проводів, їх опір реально зростає. Крім того, завдяки електромагнітній індукції лінія пере­дачі змінного струму має індуктивний опір, який значно погіршує передачу електроенергії в лінії, тому що при­водить до зниження напруги на шляху від джерела до споживача. Індуктивність лінії викликає зсув за фазою між коливаннями напруги і сили струму.

Для зменшення індуктивного опору ліній передач змін­ного струму застосовують різноманітні методи. Насам­перед вмикають в лінію батареї конденсаторів. При цьому, знаючи загальну індуктивність лінії, прагнуть дібрати таку ємність батарей, щоб реактивний опір лінії

наближався до нуля, тобто майже звести до нуля зсув за фазою між силою струму і напругою. Другим поширеним способом є розщеплення одного провода на кілька, що приводить до зменшення індуктивного опору лінії.

Викладені вище недоліки ліній передач змінного стру­му змушують думати над тим, чи не можна для передачі електричної енергії скористатися постійним струмом, зви­чайно, теж високої напруги? Це зробити нелегко. Спочатку треба змінну напругу, після її підвищення, перетворити в постійну (для цього служать випрямлячі), а потім на

другому кінці лінії електропередачі — перетворити по­стійну напругу в змінну (це можна зробити за допомогою пристроїв, які називають інверторами), щоб напругу мож­на було знизити до потрібної споживачеві величини.

Хоча переважна частина електроенергії передається зараз лініями змінного струму, майбутнє — за постійним струмом. Відмітимо переваги ліній постійного струму: менша металоємкість проводів (використовується два про­води замість трьох в лініях трифазного струму); менше втрат на коронний розряд, звідси й менші радіоперешкоди. Нарешті, головне — використання постійного струму в лі­ніях електропередач дає можливість істотно підвищити стійкість енергосистеми, яка у випадку змінного струму вимагає строгої синхронності, постійної частоти всіх генераторів електростанцій, які входять до системи. Для постійного струму такої проблеми немає.

Велику економію при розподілі електроенергії в про­мисловості дає об'єднання всіх електростанцій того чи іншого району країни в одну систему, оскільки це дає мож­ливість оперативно перекидати електроенергію в ту зону, де споживання енергії в даний момент максимальне. При­родно, це збільшує можливості маневрування енергією.

Головним споживачем електроенергії є промисловість, яка щорічно споживає близько 70 % всієї вироблюваної електроенергії.

Дуже багато електроенергії в промисловості затрачає­ться на електронагрівання, широке використання якого почалося насамперед в сталеплавильній промисловості. Плавлення сталі в індукційних електронагрівальних печах вигідно відрізняється від інших способів високою швидкістю плавлення і можливістю досить точно регулю­вати технологічний режим. Сталь, виплавлена електро­термічним способом, відзначається, як правило, високою якістю. Одночасно із зростанням виробництва електроста-лей швидкими темпами розвивається виплавлення елект-роферосплавів (ферохрому, феровольфраму тощо). Значно зростає металоємкість сталеплавильних печей, нині вона становить кілька сотень тонн в одному агрегаті.

Широко застосовується електроенергія в сільському господарстві. Вона є надійною основою комплексної меха­нізації і автоматизації трудомістких процесів, зростання ефективності сільськогосподарського виробництва, поліп­шення культурно-побутових умов сільського населення.

Найбільш ефективна електрифікація виробничих про­цесів тваринництва, оскільки більшість машин, встанов-

лених на тваринницьких фермах, стаціонарні. Перспек­тивним споживачем електроенергії на селі є тепличні господарства.

Електрифікація сільського господарства характеризує­ться не лише чисто кількісним зростанням використання електроенергії, а й якісними змінами. Головні з них полягають у тому, що відбувається підключення сільсько­господарських виробництв до державних енергосистем, а також об'єднання сільських електростанцій в енергоси­стеми. Цим досягається економія засобів, оскільки значно зменшується вартість споживаної електроенергії.

Широкого застосування набула електрифікація заліз­ничного транспорту на постійному струмові. Усе більше залізничних ліній переводиться на електротягу на змін­ному струмові. Інтенсивно розвивається електрифікація приміського і міського транспорту (трамвай, тролейбус, метро). На транспорті, як правило, використовуються електродвигуни постійного струму, які мають такі, пере­ваги: можливість плавного регулювання швидкості обер­тання двигуна і добрі пускові характеристики.

Все повніше задовольняються побутові потреби людей в електроенергії. Десятки мільярдів кіловат-годин енергії щорічно споживають побутові прилади.