Фізіка
Выдавец: Народная асвета
Памер: 286с.
Мінск 1991
U2 ~ ~
Велічыня К называецца каэфіцыентам трансфармацыі. Пры К > 1 трансфарматар з’яўляецца паніжаючым, а пры A < 1 — павышаючым.
Работа нагружанага трансфарматара. Калі да канцоў другаснай абмоткі далучыць ланцуг, які спажывае электраэнергію, або, як кажуць, нагрузіць трансфарматар, то сіла току ў другаснай абмотцы ўжо не будзе роўна нулю. Ток, які з’явіўся, утварае ў стрыжні свой пераменны магнітны паток, які па правілу Ленца павінен паменшыць змяненні магнітнага патоку ў стрыжні.
67
Але памяншэнне амплітуды ваганняў рэзульціруючага магнітнага патоку павінна, у сваю чаргу, паменшыць ЭРС індукцыі ў першаснай абмотцы. Аднак гэта немагчыма, таму што згодна з (3.5) |«і|«|ві|. Таму пры замыканні ланцуга другаснай абмоткі аўтаматычна павялічваецца сіла току ў першаснай абмотцы. Яго амплітуда ўзрастае такім чынам, каб аднавіць ранейшае значэнне амплітуды ваганняў рэзульціруючага магнітнага патоку.
Павелічэнне сілы току ў ланцугу першаснай абмоткі адбываецца ў адпаведнасці з законам захавання энергіі: аддача электраэнергіі ў ланцуг, далучаны да другаснай абмоткі трансфарматара, суправаджаецца спажываннем ад сеткі такой жа энергіі першаснай абмоткай. Магутнасць у першасным ланцугу пры нагрузцы трансфарматара, блізкай да намінальнай, прыблізна роўная магутнасці ў другасным ланцугу:
UJ} « U2I2. (3.8) Адсюль
Гэта азначае, што, павышаючы з дапамогай трансфарматара напружанне ў некалькі разоў, мы ў столькі ж разоў памяншаем сілу току (і наадварот).
У сучасных магутных трансфарматарах сумарныя страты энергіі не перавышаюць 2—3 %.
Трансфарматар пераўтварае пераменны электрычны ток такім чынам, што здабытак сілы току на напружанне прыблізна аднолькавы ў першаснай і другаснай абмотках.
: 1. Што такое каэфіцыент трансфармацыі? 2. Чаму ненагружаны трансфарматар спажывае вельмі мала энергіі?
§ 25. ВЫТВОРЧАСЦЬ I ВЫКАРЫСТАННЕ
ЭЛЕКТРЫЧНАЙ ЭНЕРГІІ
У наш час узровень вытворчасці і спажывання энергіі1 — адзін з найважнейшых паказчыкаў развіцця прадукцыйных сіл грамадства. Вядучую ролю пры гэтым адыгрывае электраэнергія — самая універсальная і зручная для выкарыстання форма энергіі. Калі падваенне спажывання энергіі ў свеце адбываецца прыкладна за 25 гадоў, то падваенне спажывання электраэнергіі адбываецца ў сярэднім за 10 гадоў. Гэта азначае, што ўсё
' Зразумела, пры гэтым сама энергія не знікае. Задача энергетыкі заключаецца толькі ў атрыманні энергіі ў форме, найбольш зручнай для спажывання. У працэсе спажывання энергія ў канечным выніку пераходзіць галоўным чынам ва ўнутраную энергію (у цеплыню).
68
больш і больш працэсаў, звязаных з расходаваннем энергарэсурсаў, пераводзіцца на электраэнергію.
Вытворчасць электраэнергіі. Вырабляецца электраэнергія на вялікіх і малых электрычных станцыях у асноўным пры дапамозе электрамеханічных індукцыйных генератараў. Існуе два асноўныя тыпы электрастанцый: цеплавыя і гідраэлектрычныя. Адрозніваюцца гэтыя электрастанцыі характарам рухавікоў, якія верцяць ротары генератараў.
На цеплавых электрастанцыях крыніцай энергіі служыць паліва: вугаль, газ, нафта, мазут, гаручыя сланцы. Ротары электрычных генератараў прыводзяцца ў вярчэнне паравымі і газавымі турбінамі або рухаві
кяміvнvтnянягяягяпяння Няй Энергаблок магутнасцю 1 млн 200 кВт камі унутранага згарання. пан кастрамской дрэс. больш эканамічнымі з яўляюцца буйныя цеплавыя паратурбінныя электрастанцыі (скарочана ЦЭС). Большасць ЦЭС нашай краіны выкарыстоўваюць у якасці паліва вугальны пыл. Для выпрацоўкі 1 кВт • г электраэнергіі затрачваецца некалькі соцень грамаў вугалю. У паравым катле звыш 90 % энергіі, якая вылучаецца паліва.м, перадаецца пары. У турбіне кінетычная энергія струменяў пары перадаецца ротару. Вал турбіны жорстка злучаны з валам генератара. Паравыя турбагенератары вельмі быстраходныя: лік абаротаў складае некалькі тысяч у мінуту.
3 курса фізікі X класа вядома, што ККДз цеплавых рухавікоў павялічваецца з ростам пачатковай тэмпературы рабочага цела. Таму пару, што паступае ў турбіну, даводзяць да высокіх параметраў: тэмпературу — амаль да 550 °C і ціск — да 25 МПа. Каэфіцыент карыснага дзеяння ЦЭС дасягае 40 %. Большая частка энергіі страчваецца разам з гарачай адпрацаванай парай. Ператварэнні энергіі паказаны на схеме, якая прыведзена на рысунку 56.
Спецыяльныя цеплавыя электрастанцыі, так званыя цеплаэлектрацэнтралі (ЦЭЦ), дазваляюць значную частку энергіі адпрацаванай пары выкарыстаць на прамысловых прадпрыемствах і для бытавых патрэб (награванне вады для ацяплення і гарачага водазабеспячэння). У выніку ККДз ЦЭЦ дасягае 60—70 %. Цяпер ЦЭС у нашай краіне даюць каля 40 % усёй электраэнергіі, забяспечваюць электраэнергіяй і цеплынёй больш чым 800 гарадоў.
ЦЭ С Спажыбец
Рыс. 56
На гідраэлектрастанцыях (ГЭС) выкарыстоўваецца для вярчэння ротараў генератараў патэнцыяльная энергія вады. Ротары электрычных генератараў прыводзяцца ў вярчэнне гідраўлічнымі турбінамі. Магутнасць станцыі залежыць ад рознасці ўзроўняў вады (напор), што ствараецца плацінай, і ад масы вады, якая праходзіць праз турбіну ў секунду (расход вады). Ператварэнні энергіі паказаны на схеме, якая прыведзена на рысунку 57.
Гідраэлектрастанцыі даюць каля 20 % усёй электраэнергп, якая выпрацоўваецца ў нашай краіне.
Усё большую ролю ў энергетыцы пачынаюць адыгрываць атамныя электрастанцыі (АЭС). У цяперашні час АЭС нашай краіны даюць каля 15,7 % электраэнергіі, якая выпрацоўваецца.
Выкарыстанне электраэнергіі. Галоўным спажыўцом электра
Г Э С СпажыЬец
Рыс. 57
энергіі з’яўляецца прамысловасць, на долю якой прыходзіцца каля 70 % электраэнергіі, што вырабляецца. Буйным спажыўцом з’яўляецца таксама транспарт. Усё большая колькасць чыгуначных ліній пераводзіцца на электрычную цягу. Амаль усе калгасы і саўгасы атрымліваюць электраэнергію ад дзяржаўных электрастанцый для прамысловых і бытавых патрэб. Аб прымяненні электраэнергіі для асвятлення жылля і ў бытавых электрапрыборах ведае кожны.
Большая частка электраэнергіі, што выкарыстоўваецца, цяпер ператвараеццд ў механічную энергію. Амаль усе механізмы ў прамысловасці прыводзяцца ў рух электрычнымі рухавікамі. Яны зручныя, кампактныя, дапускаюць магчымасць аўтаматызацыі вытворчасці.
Каля трэці электраэнергіі, якая спажываецца прамысловасцю, выкарыстоўваецца для тэхналагічных мэт (электразварка, электрычны нагрэў і плаўленне металаў, электроліз і да т. п.).
Сучасная цывілізацыя не ўяўляецца без шырокага выкарыстання электраэнергіі. Парушэнне забеспячэння электраэнергіяй вялікага горада пры аварыі паралізуе яго жыццё.
1. Ці можаце вы прывесці прыклады машын і механізмаў, у якіх зусім не выкарыстоўваўся б электрычны ток? 2. Ці знаходзіліся вы сёння каля генератара электрычнагатоку на адлегласці, якая не перавышае 100 м? 3. Чаго пазбавіліся б жыхары вялікага горада пры аварыі электрычнай сеткі?
§ 26. ПЕРАДАЧА ЭЛЕКТРАЭНЕРГІІ
Спажыўцы электраэнергіі ёсць усюды. Вырабляецца ж яна ў параўнальна нямногіх месцах, блізкіх да крыній паліўна і гідрарэсурсаў. Электраэнергію не ўдаецца кансерваваць у вялікіх маштабах. Яна павінна быць выкарыстана адразу пасля атрымання. Іаму ўзнікае неабходнасць у перадачы электраэнергіі на вялікія адлегласці.
Перадача энергіі звязана з прыметнымі стратамі. Справа ў тым, што электрычны ток награвае правады ліній электраперадачы. У адпаведнасці з законам Джоўля — Ленца энергія, якая расходуецца на нагрэў правадоў лініі, вызначаецца формулай
Q = I2Rt,
дзе R — супраціўленне лініі. Пры вельмі вялікай даўжыні лініі перадача энергіі можа зрабіцца эканамічна нявыгаднай. Значна панізіць супраціўленне лініі практычна вельмі цяжка. Таму прыходзіцца памяншаць сілу току.
Паколькі магутнасць току прапарцыянальная здабытку сілы току на напружанне, то для захавання перадаваемай магутнасці
71
трэба павысіць напружанне ў лініі перадачы. Чым даўжэйшая лінія перадачы, тым больш выгадна выкарыстоўваць больш высокае напружанне. Так, у высакавольтнай лініі перадачы Волжская ГЭС імя XXII з’езда КПСС — Масква выкарыстоўваюць напружанне ў 500 кВ. Між тым генератары пераменнага току будуюць на напружаннях, якія не перавышаюць 16—20 кВ. Больш высокае напружанне патрабавала б прыняцця складаных спецыяльных мер для ізаляцыі абмотак і іншых частак генератараў.
Таму на буйных электрастанцыях ставяць павышаючыя
Апора лініі перадачы электраэнергіі СаянаШушанскай ГЭС.
трансфарматары. Трансфарматар павялічвае напружанне ў лініі ў столькі ж разоў, у колькі памяншае сілу току.
Для непасрэднага выкарыстання электраэнергіі ў рухавіках электрапрывода станкоў, у асвятляльнай сетцы і для іншых мэт напружанне на канцах лініі трэба панізіць. Гэта дасягаецца пры дапамозе паніжаючых трансфарматараў.
Звычайна паніжэнне напружання і адпаведна павелічэнне сілы току адбываецца ў некалькі этапаў. На кожным этапе напружанне становіцца ўсё меншым, а тэрыторыя, якая ахопліваецца электрычнай сеткай,— усё шырэйшай. Схема перадачы і размеркавання электраэнергіі прыведзена на рысунку 58.
Пры вельмі высокім напру
72
жанні паміж правадамі пачынаецца каронны разрад, які прыводзіць да страт энергіі. Дапушчальная амплітуда пераменнага напружання павінна быць такой, каб пры зададзенай плошчы папярочнага сячэння проваду страты энергіі ў выніку кароннага разраду былі нязначнымі.
Электрычныя станцыі рада раёнаў краіны аб’яднаны высакавольтнымі лініямі перадач, утвараючы агульную электрычную сетку, да якой далучаны спажыўцы. Такое аб’яднанне, якое называецца энергасістэмай, дае магчымасць згладзіць «пікавыя» нагрузкі спажывання энергіі ў ранішнія і вячэрнія гадзіны. Энергасістэма забяспечвае бесперабойнасць падачы энергіі спажыўцам незалежна ад месца іх размяшчэння. Цяпер амаль уся тэрыторыя Савецкага Саюза забяспечваецца электраэнергіяй аб’яднанымі энергетычнымі сістэмамі. Ужо дзейнічае Адзіная энергетычная сістэма еўрапейскай часткі СССР.
Страта 1 % электраэнергіі ў суткі для нашай краіны прыносіць страту каля палавіны мільёна рублёў.
Перадача энергіі на вялікія адлегласці з малымі стратамі — складаная задача. Цяпер найбольш паспяхова гэта задача вырашаецца з дапамогай электрычнага току высокага напружання.
1. Як ажыццяўляецца перадача энергіі на вялікія адлегласці? 2. Якія перавагі мае перадача энергіі на вялікія адлегласці з дапамогай пастаяннага току?
КНІГІ ОНЛАЙН
