Подавляющая часть получаемой в СССР электрической энергии, являющейся энергетической базой всей промышленности, производится на электростанциях, мощность которых измеряется сотнями тысяч и миллионами киловатт. Станции эти располагаются либо там, где имеются большие запасы водной энергии (на Днепре, Волге, Ангаре и других полноводных реках), либо там, где есть большие запасы дешевого топлива. Дешевая энергия этих станций распределяется по проводным сетям на огромные расстояния и потребляется часто в местах, отстоящих от станции на сотни и тысячи километров. При этом большое число мощных станций объединяются в одну энергетическую систему, например Мосэнерго, Ленинградэнерго, Укрэнерго и т. д., и совместно снабжают энергией потребителей огромного района. Завершаются работы по объединению в единую систему всех крупных электростанций СССР.
402
При таких условиях совершенно исключительное значение приобретает задача возможного уменьшения потерь в проводах (§ 52). Важнейшим шагом в решении этой фундаментальной электротехнической задачи явилось выяснение вопроса о возможности значительного уменьшения потерь путем повышения напряжения, под которым передается ток. К этому выводу впервые пришел русский электротехник Д. А. Лачинов, опубликовавший соответствующее исследование в 1880 г. С таким же заключением выступил французский исследователь Ж. Депре', который в 1882 г. осуществил первую передачу электроэнергии значительной мощности по телеграфным проводам на расстояние 57 км.
Для лучшего уяснения идеи Лачинова и Депре' рассмотрим числовой пример.
Положим, что мы имеем в одном месте генератор с мощностью 1000 кВт и передаем его энергию в другое место. Сравним потери, связанные с ее передачей в двух случаях: когда напряжение, даваемое генератором, равно 5 и 50 кВ. В первом случае ток, даваемый генератором, должен равняться 200 А (так как 5 кВ•200 А=1000 кВт), во втором — 20 А (так как 50 кВ•20 А=1000 кВт).
Пусть для передачи служит линия проводов, сопротивление которой равно 20 Ом. Какая энергия будет истрачена в этих проводах на нагревание? Потери мощности на нагревание равны I2R[Вт]. Следовательно, в первом случае эти потери составляют 2002•20 Вт=800 кВт, а во втором 202х20 Вт=8 кВт. Итак, бесполезные потери энергии составляют в первом случае 800 из 1000 кВт, т. е. достигают 80 %, а во втором — только 0,8 %. Увеличив напряжение в 10 раз, мы уменьшим бесполезные потери в 100 раз. В этом и заключается причина того, что в современной электротехнике энергию, получаемую на электростанциях, стремятся передавать в отдаленные места под возможно более высоким напряжением.
Конечно, снизить бесполезные потери можно было бы, уменьшая R, т. е. сопротивление проводов. Но для этого пришлось бы их делать более толстыми, ибо длина проводов задана расстоянием до места потребления. Понятно, что значительное увеличение сечения проводов связано с их удорожанием и, следовательно, нежелательно. Наоборот, применение высоких напряжений позволяет пользоваться тонкими проводами, т. е. проводами с большим сопротивлением, но зато гораздо более дешевыми.
Однако строить генераторы с напряжением сотни тысяч вольт крайне затруднительно хотя бы потому, что изоляция далее