Произошла авария и город погрузился во тьму! Только фары редких, проезжающих машин косыми лучами освещали ослепшие окна домов... Но вот, поздно ночью аварию устранили и?.. И ровно в 00 часов, нуль-нуль минут, включили рубильник и?.. А теперь вопрос!? Через какое время у Вас в доме опять вспыхнет свет и жизнь наладится? Через какое время электроны вышедшие из чрева электростанции доползут до Вашего дома, если?.. Если электростанция находится в двухстах километров от Вашего дома, а скорость электронов под воздействием электрического поля равна 0,1 мм/сек.!? Если Вы сразу же глубоко задумались... Если Вы взяли в руки калькулятор и?.. Значит всё, что здесь написано и далее, именно для Вас уважаемые «домохозяйки»!
Почему «домохозяйки», в смысле слово взято в скобочки? Да потому, что «домохозяйки» это не только женщины всю жизнь стоящие у «Вечного огня», но отчасти и мужики, ни черта не делающие и в своих казалось бы сугубо мужских делах, разбираются хуже любых домохозяек! У меня на работе есть такие инфантильные особи муженского пола. Они и думают не головой и как оказалось и руки у них растут оттуда же!
Пришли мы как-то в гости к своим не очень знакомым. Хозяина дома не оказалось, только его жена. И вот как обычно женщины удалились на кухню, — посплетничать естественно. Мне ничего не оставалось, как ходить по квартире и как бы с любопытством всё вокруг разглядывать... Всё было как у всех, но одна вещь меня очень заинтересовала! На стене висела узорчатая, большая, мельхиоровая ложка. Кто помнит семидесятые-восьмидесятые, тот понял о чём речь. Ложка, как ложка вот только тыльная сторона вся в каких-то царапинах, выбоинах.
«Это, что с ней?» — показывая ложку, спросил я хозяйку.
— У нас же молотка в доме нет! Вот мы ей гвозди и забиваем!..
Вот мы и подошли к самому главному, к нашему дому к нашей квартире! Хотя вроде бы и не подошли? Что мы узнали из предыдущего материала? Правильно! У нас трёхфазная система и от неё никуда не деться. Вы можете что-то изменить? Я тоже нет. Значит всё будем воспринимать так как есть. На верхнем рисунке показан весь путь электроэнергии от источника до нашего дома. На цифры иллюстрирующие процесс особо не обращайте внимание, — главное сам принцип. Итак тепловая электростанция вырабатывает переменный, трёхфазный ток. Далее на специальных трансформаторных подстанциях напряжение повышают, максимум до 1150 кВ (1150000 В) (по нашим стандартам). На рисунке, для примера, всего 400 кВ (400000 В). Линии передач ЛЭП по лесам и полям приходят к Вам, к нам в город, район где с помощью городских, районных трансформаторных подстанций понижают (возможно ступенчато, последовательно) с сумасшедших напряжений до не очень и уже в деревне, селе, посёлке или микрорайоне города снижают до 380 В. Кто живёт в городе могли видеть где-нибудь во дворах одноэтажное невзрачное здание рис1. Это и есть последняя в цепи трансформаторная подстанция. На селе или в коттеджных посёлках нередко применяют упрощённые трансформаторные подстанции рис2. либо вообще открытого типа. Это мачтовые или столбовые рис3. Судя по изоляторам к трансформаторным подстанциям подходит где-то 6-10 кВ (6000-10000 В). И вообще на будущее, чем больше изоляторов в так называемой гирлянде поддерживающей провода, тем больше в линии напряжение! После трансформаторной подстанции трёхфазное напряжение прямёхонько направляется к Вам! Но у нас, скажете Вы, 220 вольт и причём здесь 380 вольт!? Если Вы так скажете, значит предыдущие материалы Вы в глаза не видели! В статье посвящённой трёхфазному току на рис5. показана вся трёхфазная четырёхпроводная система. Где линейное напряжение равно 380 вольт, а фазное 220 вольт.
А, зачем же вся эта возня с какими-то высокими напряжениями? Зачем весь этот сыр-бор? Что нельзя просто так протянуть проволоку и всё?! Если Вы задались этим вопросом, значит плохо в школе учились. В смысле физику прошли мимо... Давайте разберёмся с этим. Посмотрите на рис5. Это блок иллюстраций на нашу тему. В самом верху схема обычного бытового карманного фонарика: батарейка (Бт); лампочка (Лм) и выключатель (Вык.). На красного цвета сопротивление и этот ужасный крест не обращайте внимание. Если всё находится в соответствии: напряжение батарейки и рабочее лампочки, то режим нормальный и через лампочку течёт рабочий ток. Но вот досада, лампочка перегорела, а в наличии только есть на напряжение меньше положенного! Думаю, что какая-то часть читателей в жизни сталкивалась с таким?.. И, что теперь? Как быть? Ведь лампочка в лучшем случае перегорит сразу, а в худшем в самое неподходящее время!!! Нужно в разрыв цепи (о чём и говорит красный крест) включить сопротивление Rг. Так ещё последовательно с лампочкой. И подбирая номинал Rг до достижения рабочего напряжения лампочки (рабочего тока), мы введём систему в нормальное состояние. Ну и что? А, то! По закону Ома I=U:R на сопротивлении будет присутствовать напряжение. Его, как и само сопротивление называют гасящим, так ещё гасящим избыток напряжения батарейки. По другому такое явление ещё называют падением напряжения. Протекающий ток по проводнику обладающим каким-то сопротивлением создаёт на своём протяжении падение напряжения! И чем больше сопротивление, тем больше падение! В общем виде это так называемый делитель, делящий напряжение батарейки между лампочкой и сопротивлением Rг.
Ну, а нам-то что с этого? Ну в фонарике это на пользу дела, а в нашем случае при передаче электроэнергию на расстояние одна головная боль! Рассмотрим небольшой пример. Возьмём одну линию и две лампочки мощностью 100 Вт. Одна рассчитана на работу с напряжением 220 В., а другая на 12 В. Такие применяют в сырых помещениях, подвалах и прочих... А теперь посчитаем. Для первой лампочки (при напряжении в сети равном 220 В) ток будет равен 0,45 А. Для другой (при напряжении в сети равном 12 В) 8,3 А. Ведь электрическая мощность в общем виде будет P=IU. То есть чтобы лампочки были (по световой отдачи) одной мощности, вторая лампочка должна потреблять больший ток! Чем больше величина проходящего тока в линии, тем тем больше будет падение напряжения. Тем больше будет выделяться мощность (превратившаяся в тепло) на линии. Тем более будет нагреваться эта самая линия! А, это значит, что мы будем больше терять энергии на пустой для нас обогрев атмосферы. А, это нефть, газ, уголь... Экономика короче!
Вот и получается, чтобы уменьшить потери, нужно уменьшить ток. А, чтобы при передачи одной и той же мощности уменьшить ток, нужно, что? Правильно, увеличить напряжение! Что и делается! Вот для чего вся эта заваруха, такое вот хитрое решение. Внизу, на рисунке показан ряд напряжений по нашим стандартам. А какие напряжения применять при передаче электроэнергии решается в каждом конкретном случае. А, почему не сразу один вариант на все случаи? Здесь много противоречий сталкиваются при решении этой задачи. Какие там уж электрически-экономические проблемы мне не известны, но если Вы посмотрите вокруг, то можете заметить, что линии в городе, селе (те самые 220/380) сильно отличаются от линий передач в 100000 В. А, что там говорить о линиях где напряжение 1150000 В. Если для обычных напряжений на всё про всё имеем линию (три провода) с одними опорами, то 1150000 вольтовой на каждую фазу нужна своя опора! Для чего? Вопрос не ко мне... А, чтобы к Вам приходили не сумасшедшие напряжения в миллионы вольт и существуют повышающе-понижающие станции!
На рис4. показано как с трансформаторной подстанции в многоквартирный дом приходит четырёхпроводный кабель и как распределяется напряжение по этажам и квартирам. Как раньше, так и сейчас в каждую квартиру или частный дом приходят одна фаза и нулевой провод (N нейтраль), система-то трёхфазная! Судя по рисунку у Вас и Ваших соседей могут быть разные фазы и пр. У соседей напряжение есть, а у Вас может не быть! В сельской местности в дом скорее всего приходит два провода с напряжением 220 В. Хотя по желанию может быть подано и все 380 по четырёхпроводной линии. То что показано на рис4. это во-первых упрощено, а во-вторых здание старой постройки. Ну, вот два провода Вы впустили в свой дом и, что дальше? Давным-давно на каждый из проводов ставилась защита в виде единственных и неповторимых пробок! Это плавкие предохранители (на рис5 они слева) рассчитанные на определённый ток. В смысле при завышении которого (в том числе и короткого замыкания) тонкий проводник внутри пробки расплавлялся (перегорал).
Но вот придумали электрические счётчики, в смысле для учёта расхода электроэнергии и в итоге мы видим весь входной набор рис6. То есть если раньше платили за электроэнергию по среднему, независимо пользуешься круглые сутки или вообще дома не бываешь! Счётчик нарушил всё это равенство/неравенство. Такие счётчики по своему устройству были электро-механическими и со временем старели... Теперь везде и всюду пытаются втюхивать нам чисто электронные. Хорошо это или плохо, поживём-увидим?!
Наконец-то настал момент когда мы сможем ответить на вопрос заданный мною в начале каждой лекции. Иногда электрический ток сравнивают (хотя это не совсем точно) с движением воды в водопроводе. Где-то работают насосы создающие давление. В час Х открывается кран и давление со скоростью звука (в воде) достигает Вашей квартиры (дома). Сразу же вода начинает поступать к Вам. Молекулы воды же от самого насоса поступят очень даже не скоро! Так и в нашем случае с током. Электрическое поле мгновенно (со скоростью света около 300000 км/сек.) появится в Вашей квартире (доме) и долгожданный свет польётся... Электроны же будут долго-долго ползти к Вам! Вот пример из популярного журнала «Техника — Молодёжи» за 06. 1953 г.
Вышедший из генератора электрон по линии электропередачи длиной в оба конца 5 км и напряжении генератора 100 вольт, двигаясь со средней скоростью 0,002 см в секунду, вернётся на станцию (к генератору) примерно через 8 лет! Улитка так же легко перегонит электрон, как самолёт перегоняет пешехода.
Этот пример относится только к постоянному току, когда заряды движутся всё время в одном направлении. При переменном же токе заряды колеблются около своего среднего положения, их поступательная скорость равна нулю! Другими словами электрическое поле меняет своё направление 50 раз в секунду. Электроны практически «топчутся» на месте и естественно генератор не покидают никогда! И к Вам не попадут и даже Ваш калькулятор не поможет. Кроме того, если вдруг представить, что электроны всё-таки начнут двигаться в Вашу сторону, то пройдя через повышающий трансформатор на подстанции, они возвратятся обратно в генератор. Обмотки трансформатора общаются друг с другом посредством магнитного поля. Другими словами гальваническая связь между обмотками напрочь отсутствует! Электроны к Вам не попадут никогда! Стало быть Вы всю жизнь пользуетесь своими, родными электронами! :-))