Використання електричного струму в народному господарстві
Споживання енергії в світі особливо швидко зростало в другій половині XX ст. У цей період енергетика розвивалася випереджаючими темпами, енергомісткість виробництва (тобто затрати палива та електроенергії на одиницю продукції) на пер¬ших етапах НТР була високою. На межі 80-90-х років темпи приросту енергоспо¬живання знизилися - світ ступив на шлях впровадження енергозберігаючих техно¬логій, тобто технологій, які забезпечують зниження енерговитрат.
Протягом XX ст. істотно змінилася структура паливно-енергетичного балан¬су світового господарства.
Якщо в першій половині XX ст. в енергобалансі світового господарства перважало вугілля і мали важливе значення дрова, то в останні десятиліть; провідну роль відіграють нафта і газ. Кілька десятиліть на їх частку припадали 3/5 обсягу енергоспоживання. Вважають, що на початку XXI ст. їх частка зни¬зиться, водночас збереже значення споживання вугілля і дещо збільшиться ролі ядерної енергетики і нетрадиційних (альтернативних) джерел енергії.
Рівень розвитку електроенергетики - один з найваж¬ливіших показників науково-технічного прогресу. Обсяги виробництва електро¬енергії та її виробництво на душу населення опосередковано визначають еко¬номічний потенціал та економічний рівень розвитку тієї чи іншої країни.
3. Особливості подання електричного струму до об’єктів народного господарства
Споживачі електроенергії існують всюди. Виробляється ж вона в порівняно деяких місцях, близьких до джерел паливних і гідроресурсів. Тому виникає необхідність передачі електроенергії на відстані, що досягають іноді сотень кілометрів.Але передача електроенергії на великі відстані зв'язана з помітними втратами. Справа в тому, що, проходячи по лініях електропередачі, струм нагріває їх. Відповідно до закону Джоуля — Ленца, енергія, що витрачається на нагрівання проводів лінії, визначається формулою
Q=I2Rt
де R — опір лінії.
При великій довжині лінії передача енергії може стати взагалі економічно невигідною.
Для зменшення втрат можна, звичайно, йти по шляху зменшення опору R лінії за допомогою збільшення площі поперечного перерізу проводів. Але для зменшення R, приміром, у 100 разів потрібно збільшити масу проводу також у 100 разів. Зрозуміло, що не можна допустити такої великої витрати дорогого кольорового металу, не говорячи вже про труднощів закріплення важких проводів на високих щоглах і т.п.
Тому втрати енергії в лінії знижують іншим шляхом: зменшенням струму в лінії. Наприклад, зменшення струму в 10 разів зменшує кількість тепла, що виділився в провідниках, у 100 разів, тобто досягається той же ефект, що і від сторазового обваження проводу.
Тому що потужність струму пропорційна добутку сили струму на напругу, то для збереження переданої потужності потрібно підвищити напруга в лінії передачі. Причому, чим довша лінія передачі, тим вигідніше використовувати більш високу напругу. Так, наприклад, у високовольтній лінії передачі Волзька ГЕС — Москва використовують напругу в 500 кв. Тим часом генератори перемінного струму будують на напруги, що не перевищують 16—20 кв., тому що більш висока напруга зажадала би прийняття більш складних спеціальних мір для ізоляції обмоток і інших частин генераторів.
Тому на великих електростанціях ставлять підвищувальні трансформатори. Трансформатор збільшує напругу в лінії в стільки ж раз, у скільки зменшує силу струму. Втрати потужності при цьому невеликі.
Для безпосереднього використання електроенергії в двигунах електропривода верстатів, в освітлювальній мережі і для інших цілей напруга на кінцях лінії потрібно понизити. Це досягається за допомогою понижуючих трансформаторів. Причому звичайне зниження напруги і відповідно збільшення сили струму відбувається в кілька етапів. На кожнім етапі напруга стає усе менше, а територія, охоплювана електричною мережею, - усе ширше. Схема передачі і розподілу електроенергії приведена на малюнку.