Получение электроэнергии

Электрический ток вырабатывается в основном на электростанциях. При этом в 1992 году в Германии было произведено электроэнергии:

Наиболее «экологически чистыми» являются гидро- и ветряные электростанции, однако их доля в выработке электроэнергии в ФРГ крайне незначительна вследствие географического положения страны.

На всех электростанциях электрический ток вырабатывается с помощью генераторов тока, в которых механическая энергия (вращательного движения) преобразуется в электрическую.

Генератор состоит из неподвижного статора и вращающегося вокруг него якоря (ротора) с катушками. Благодаря вращению якоря в статоре индуцируется напряжение, которое имеет форму синусоиды. Для выработки тока используются генераторы с тремя катушками, смещенными относительно друг друга на 120°. Благодаря этому в каждой катушке вырабатывается ток, поля напряжений которого постоянно пересекаются, такой ток называется трехфазным.

Как правило, электроэнергия от электростанции доставляется по линиям электропередачи. Так как для передачи вырабатываемой генераторами электроэнергии напряжением 10-20 кВ требуются очень толстые провода, характеризующиеся большими потерями в линии, то на электростанциях напряжение повышается при помощи трансформаторов до 60-380 кВ, и в такой форме электроэнергия передается на большие расстояния по линиям электропередачи. Для электроснабжения городов напряжение понижается на силовых трансформаторных подстанциях до среднего значения 10 кВ, после чего ток передается преимущественно по подземным кабельным линиям.

В такой форме электрический ток поступает на пивоваренные предприятия через один или несколько трансформаторов, которые запитываются напряжением 10 или 20 кВ, их пониженное выходное напряжение составляет 380 В. В других странах зачастую используется другое напряжение - например, используется трехфазный ток напряжением 660 В.

Это напряжение можно снимать в виде трехфазного тока или же только с одной фазы в форме переменного тока напряжением 220 В.

Энергосбытовые организации начисляют пивоваренному предприятию расход за активную энергию в кВт • ч, реактивная энергия должна быть оплачена, начиная с 50% активной мощности. Поэтому любое предприятие заинтересовано в компенсации неизбежно возникающих реактивных токов. Для понимания этого обстоятельства сначала необходимо рассмотреть коэффициент мощности cos φ.

10.4.2. Коэффициент мощности cos φ

Два переменных тока равны по фазе, если в один и тот же момент времени нулевые и предельные значения их синусоиды совпадают между собой. Если эти моменты наступают не одновременно, то токи «смещены по фазе».

Величина фазового сдвига указывается в угловых градусах, в действительности же угол сдвига фаз φ показывает время, на которое ток опережает напряжение.

Между силой и напряжением одного и того же переменного тока также может возникнуть фазовый сдвиг. Такая ситуация всегда имеет место при индуктивной нагрузке, то есть когда ток протекает через электромагнитную катушку, как это происходит в двигателях переменного тока (рис. 10.26).

Кривые на рисунке отображают одинаковый переменный ток при разной величине индуктивной нагрузки:

1. Первая кривая показывает ток без нагрузки, когда сила тока и напряжения совпадают по фазе. Штрих-пунктирная линия отражает кривую мощности данного тока, которая является произведением напряжения на силу тока, средняя активная мощность (n) является делящей пополам осью, проходящей через эту кривую.

2. Вторая кривая показывает ток при индуктивной нагрузке. В результате фазового сдвига мгновенная мощность в точках кривой, где сила тока и напряжение имеют различный знак, будет отрицательной. Кривая мощности, а следовательно, и средняя активная мощность падают и все больше приближаются к временной оси.

3. Третья кривая обозначает ток при чисто индуктивной нагрузке (φ = 90°). Сила тока и напряжение половину периода имеют разные знаки, и средняя активная мощность совпадает с осью времени, то есть среднее значение мощности равно нулю.

Положительные значения кривой мощности (то есть значения, расположенные над временной осью) представляют собой мощность, которая снимается потребителем с генератора. Отрицательные значения (то есть области, заштрихованные под временной осью) соответствуют нагрузке, которую потребитель возвращает на генератор. В случае чистой индуктивной нагрузки (φ = 90°) количество энергии колеблется между генератором и потребителем в ту или иную сторону, при этом полезная мощность не отдается.