Тема эта довольно избитая, но всё же я предложу на суд читателей и свой вариант статьи. Зачем? Обычно люди хорошо понимают объяснения, написанные людьми с созвучным им способом мышления. Поэтому легко понятное для одного человека описание может ввести в ступор другого при абсолютно равном интеллекте и опыте обоих. Поэтому, чем больше будет разных вариантов изложений, тем лучше.
Как обычно, я не буду упоминать лишних деталей, не относящихся к сути, и мешающих восприятию основного материала. Допущу некоторые упрощения. Статья не для профессионалов, конечно.
На примере розетки
Итак, генераторы на электростанциях вырабатывают электрическую энергию. Её передают по линиям электропередачи в наши дома, где мы её потребляем. Мы привыкли, что потребляемая нами электроэнергия базируется на напряжении 230 вольт и токе, обычно не превышающим 16 ампер на розетку (в зависимости от потребляемой мощности прибора, который мы воткнём в неё). Если мы воткнём в розетку нагреватель, вызывающий в сети ток 16 ампер, то это будет означать, что мы потребляем из сети мощность 230 В * 16 А = 3680 ватт. Запомним — мы потребляем не напряжение и не ток, а мощность. То есть, не вольты и не амперы, а ватты. Собственно, их нам и считает счётчик электроэнергии.
Ток 16 ампер, проходя от ввода в дом до розетки по проводам сечением, скажем, 2,5 мм², нагревает их. Чем больше ток или меньше сечение провода, тем больше нагрев, потому что несущим ток электронам приходится протискиваться через атомы проводника и постоянно соударяться с ними, что вызывает их (атомов) тепловые колебания (тепловые колебания кристаллической решётки, в которую выстроены эти атомы). Большему току (т.е. большему количеству электронов) нужно большее сечение провода, чтобы соударения распределялись в большем объёме и не вызывали перегрев.
Провод (особенно малого сечения) сам по себе является сопротивлением, и работает, как тот же нагреватель. То есть, при нагреве провода мы теряем на нём часть мощности, которую мы хотели бы довести до нагревателя.
Что можно сделать, чтобы передать ту же мощность от ввода в дом до розетки через то же сечение с меньшими потерями? Поскольку нагрев провода даёт именно проходящий по проводу ток, а не толкающее его напряжение, то, очевидно, нам и надо снизить ток, скомпенсировав это снижение поднятием напряжения.
Предположим, мы подняли на вводе в дом трансформатором напряжение с 230 вольт до 1000 вольт. Для передачи той же мощности нам достаточно будет тока 3680 Вт / 1000 В = 3,68 ампер вместо 16! Проверяем: 1000 В * 3,68 А = 3680 ватт. Но мы не можем просто так воткнуть наш нагреватель в 1000 вольт, поскольку его сопротивление таково, что сразу же вызовет огромный ток в сети, куда больше 16 А. Нам надо снова понизить напряжение перед розеткой до 230 вольт. То есть, поставить понижающий трансформатор. После этого мы сможем запитать нагреватель, и при этом экономить на снижении потерь в проводах внутри дома.
В магистральных линиях
Рассмотренная в предыдущей главе ситуация с поднятием напряжения на вводе в дом и опусканием его у каждой розетки, естественно, экономически нецелесообразна. Понадобится несколько трансформаторов, да и потери в самих трансформаторах превысят выигрыш от уменьшения потерь в проводах. Проще уж, наверное, положить провод толще или плюнуть на эти копеечные потери.
Однако, когда речь идёт о линиях длиной в километры, а то и в сотни километров — вот тогда потери на таких длинах настолько велики, что окупается и установка трансформаторов, и более высокие опоры с более эффективными изоляторами, да и все остальные издержки тоже. Чем длиннее линия, тем меньше ток для неё желателен, и тем выше напряжение для неё нужно.
Для непосредственного питания домов в посёлках и городах используются трансформаторные подстанции на 10/0,4 кВ. К ним подходит напряжение 10 кВ (10 000 В), а выходит на дома 0,4 кВ (400 В). При этом речь идёт о межфазном напряжении. Раньше те же посёлки запитывались через трансформаторы 6/0,38 кВ, но сейчас линии 6 кВ считаются устаревшими. Переход с 6 на 10 кВ позволил по тем же старым кабелям передавать к посёлкам бо́льшую мощность в связи с возрастанием энергонасыщенности домов.
К трансформаторам, питающим конечных потребителей, также подводятся линии с напряжениями 20 и 35 кВ.
Существуют линии на 110, 220, 330, 500 и 750 кВ для связи вышестоящих энергообъектов. Линия на 1150 кВ у нас тоже была, но в настоящий момент работает только на 500 кВ. Потери на коронные разряды при 1150 вольтах оказались слишком большими.
В 1970-х годах разрабатывался проект линии напряжением 2200 кВ, но до его реализации дело не дошло. Одна из причин — те же самые коронные разряды, потери через которые увеличиваются с ростом напряжения.
На этом всё. Я очень старался написать понятно. Если у меня более-менее получилось получилось — ставьте лайки! :-)
Пишите комментарии и подписывайтесь на канал! Удачи!