Окружающий мир сложно представить без электричества, которое проникло во все сферы современной жизни. Этот вид энергии используется для освещения, вращения электродвигателей, от него питаются различные электронные приборы и т.д. Само электрохозяйство образует сложную техническую систему, которая в обязательном порядке должна обеспечить выработку электрического тока как энергии на электростанциях, ее доставку непосредственно к точке подключения потребителя и последующее преобразование в нужный вид работы.
Постоянный и переменный ток
Для выработки электрического тока необходим внешний источник энергии, функции которого могут выполнять:
- тепло, получаемое в результате сгорания угля, нефти и газа;
- поток воды из водохранилища или создаваемый приливами;
- ветер;
- солнечное излучение;
- химические процессы в аккумуляторе.
Далее тем или иным способом эта энергия преобразуется в ток, который передается по проводам к точке подключения приемника и используется там для выполнения полезной работы.
Сам ток может быть как постоянным, так и переменным. Переменный ток обычно имеет синусоидальный характер, что обусловлено характером его получения в результате вращательного движения вала генератора, рисунок 1.
Достоинства и недостатки сетей постоянного и переменного тока
Сети постоянного тока на ранних этапах развития электротехники выгодно отличались простотой создания работающих от них электродвигателей. Это преимущество было утеряно сразу же после изобретения в 1882 году многофазного электродвигателя.
С точки зрения электрического освещения на лампах накаливания переменное и постоянное напряжение эквивалентны.
Под углом зрения передачи электроэнергии от места ее выработки до потребления сети переменного тока оказались вне конкуренции сразу же после изобретения и отработки конструкции силового трансформатора.
Последнее было связано с потерями электроэнергии. Потребитель из соображений безопасности требует относительно невысокого напряжения, тогда как потери в процессе транспортировки снижаются при переходе на высокое напряжение. Изменение напряжения в сильноточных сетях постоянного тока до сих пор не решается простыми средствами, тогда как в сетях переменного тока для этого достаточно установить по концам линии два трансформатора соответствующей мощности, рисунок 2.
История развития сетей постоянного и переменного тока
Впервые массовое коммерческое применение в конце 70-х гг. 19 века получили трехпроводные сети постоянного тока (+/- 110 В и 0 В), которые были созданы на оборудовании компании «Эдисон электрик Edison Electric Light» (в настоящее время входит в состав "General Electric"). Именно ими питались первые образцы ламп накаливания, рисунок 3.
Промышленное производство пригодного для массового применения электротехнического оборудования переменного тока, созданного Николой Тесла, было освоено компанией Вестингауз десятью годами позднее. Несмотря на столь большое отставание во времени из-за заметно лучших эксплуатационных параметров электросети на его основе быстро вытеснило своего конкурента. Уже в конце 20-х гг. XX века в США сети постоянного тока более не применялись на вновь создаваемых объектах. Тем не менее, последняя из них была выведена из эксплуатации только в 2007 году.