В ПОМОЩЬ ПИШУЩЕМУ НА ТЕМУ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ. ЧАСТЬ-2
МВАр (Мегавольт Ампер-реактивный)
Не буду вдаваться в теорию, расскажу упрощенно и для сведения. На самом деле все генераторы на электростанциях вырабатывают два вида мощности. Во-первых, Активную мощность (это те самые Мегаватты - МВт, про которые я рассказал выше). Активная мощность совершает всю полезную работу - по нагреву проводников, по вращению двигателей. Но есть еще и реактивная мощность. Без нее не смогут крутиться двигатели (только активной мощности для приведения во вращение двигателя недостаточно) и работать некоторые потребители. Просто знайте, что она есть. Отсюда вытекает понятие полной мощности - измеряется в Мегавольт Амперах (МВА) - это корень квадратный из суммы квадратов активной и реактивной мощностей. Кстати, косинус фи (может слышали такое понятие, относящиеся к энергетике, показывает соотношение активной и реактивной мощностей, которые берет из сети потребитель). Все, идем дальше.
кВ (киловольт)
В Вольтах измеряется электрическое напряжение, обозначается «U». Если подумать - мы постоянно сталкиваемся с этой физической величиной. Электрическое напряжение между «+»-ом и «-»-ом пальчиковой батарейки от пульта телевизора всего 1,5 В, «в розетке на стене», то есть между ее контактами 220 В. Чаще всего напряжение используется журналистами при упоминании в материале линий электропередачи и электрических подстанций. Хочу открыть маленький секрет - если речь идет об отключении линии, зная ее напряжение можно оценить примерный масштаб отключений. Итак, в нашей стране используются следующие классы напряжений (про специфические, которые используются на некотором оборудовании промышленных предприятий писать не буду):
220 Вольт (220 В) - на такое напряжение рассчитаны бытовые приборы в СССР и соответственно проводка в жилых и административных зданиях.
0,4 кВ (0,4 киловольта или 400 Вольт, на самом деле 380 Вольт, для удобства округленные до целого значения) - линии такого напряжения прокладывают на очень маленькие расстояния, обычно от «трансформаторной будки» во дворе дома, до подъезда или по сельской улице, в любом случае максимальная длина такой линии - десятки метров. Соответственно если такая линия отключится, об этом узнают не более сотни потребителей электроэнергии.
6 кВ (6 киловольт или 6 тысяч Вольт, 6 000 В), 10 кВ, 35 кВ - это класс напряжения распределительной внутригородской сети, отключение сразу нескольких таких линий может «погасить» максимум небольшой городской квартал, как правило, длина таких линий несколько километров.
110 кВ, 220 кВ - системообразующая региональная сеть, длина от десятков до сотен километров. Отключение такой линии может оставить без света от 100 000 до 200 000 человек. Правда, обычно такие линии работают по несколько в параллели, так, что для того, чтобы пропал свет должно отключиться сразу нескольких линий или вся подстанция целиком.
500 кВ - сеть, образующая Единую Электроэнергетическую Систему Казахстана, также линии такого класса напряжения образуют межгосударственные электрические связи. Отключение такой линии может привести к обесточиванию до полумиллиона потребителей (а если отключение получит развитие, без света останется намного больше людей). Однако, как правило, ничего страшного не происходит, поскольку в параллели несколько таких линий. Длина несколько сотен километров. Самая длинная линия 500 кВ в Казахстане - от Актюбинска до Костаная - 500 км. Первые линии напряжением 500 кВ появились в СССР после 1960 года. В Казахстане первая 500-ка это линия между г. Аксу (Ермак) и Экибастузом, построенная в 1972 году.
1150 кВ (1 миллион 150 тысяч Вольт) - линия (вернее транзит длиной 2500 км, из которых 1500 км проходит по нашей территории) уникальна для Земли. Ни в одной стране мира нет линий такого класса напряжения. Только в Казахстане и России. Линия была построена для обмена мощностью между Сибирью, Казахстаном и Европейской частью СССР. Транзит берет начало в сибирском Итате, затем идет через Барнаул, Экибастуз, Кокшетау, Костанай в Челябинск. Для чего такие «дикие» напряжения, спросите вы? Просто это дает возможность передавать по транзиту 5 500 МВт - это самая мощная ВЛ в мире. Правда, на своем «родном» напряжении линии удалось поработать недолго. Распался Советский Союз, произошел резкий спад потребления - передавать стало нечего. Вот и перевели ее на напряжение 500 кВ. Но кто знает, может все вернется обратно?
Был один случай. Приехал к нам в Казахстан один иностранец, по линии какой-то международной организации, то ли ООН, то ли USAID, не помню. Приехал обучать аборигенов, так сказать. Достижениям западной цивилизации. Долго парил мозги про «их» успехи (которые, по правде говоря, для нас стали пройденным этапом году эдак в 1970), и по концовке видимо решил нас окончательно добить своим превосходством. У нас, говорит (многозначительно так), системообразующая сеть работает на напряжении… целых 400 тысяч Вольт! Последовавший за этим наш дружный смех он интерпретировал неправильно, подумал, что по причине сильной отсталости, туземцы не верят в существование такой «огромной» цифры, и уже было начал обдумывать продолжение спича. Однако был нами остановлен, и под белы ручки подведен к карте с трассировкой линий по стране. Док долго отказывался верить в то, что у нас буквально весь Казахстан в линиях на 500 кВ, а что построена линия напряжением 1150 кВ он поверил только у себя на родине, когда ознакомился с разведданными ЦРУ:) Больше к нам спецов не присылали.
Я перечислил все классы напряжения, которые используются в Казахстане и странах бывшего СССР (правда в России, Белоруссии, Прибалтике и на Украине используются еще классы 330 кВ и 750 кВ). В странах дальнего зарубежья классы напряжения отличаются от вышеприведенной шкалы. И это не от большого ума. Например, в США напряжение, используемое бытовыми приборами не 220 В, как у нас, а 127 В. На что это влияет? Если кто помнит, электрические «шнуры» (кабели питания) советской бытовой техники были довольно тонкими. Не то, что сейчас - телевизор, мощностью с лампочку в подъезде, получает питание от сети по кабелю, толщиной чуть ли не с мизинец, а про стиральную машинку я вообще молчу. Кстати, мой советский телевизор «Радуга» потреблял 750 Вт - в 3 раза больше, чем телек 51-ой диагонали LG сегодня. Далекие от школьных уроков физики люди думают, что такая разница в толщине проводов из-за желания иностранных производителей сделать более надежную и безопасную технику. А вот и нет. Просто кабели выпускаются под западные 110 -127В, а при таком напряжении меди в проводе должно быть в 4 (!) раза больше, чем при «советском» напряжении 220 В (для питания бытового прибора той же мощности). Чтобы оценить весь ужас перерасхода цветных металлов в США, помимо неэффективных «шнуров» к бытовой технике нужно учесть такую же проводку в стенах зданий, рассчитанную на 110-127 В. Скажете, что это они, дураки, что ли? Взяли бы да поменяли на 220 В. Не все так просто. Они бы сейчас может и поменяли, да денег это стоит переделывать все по новой стольких, что они запарятся доллары печатать.
Напряжение - локальный фактор. Если у вас слишком низкое напряжение в квартире, значит, проблема скорее всего существует в совсем небольшом районе. Скорее всего, на местной подстанции неправильно отрегулированы трансформаторы, либо в вашем районе дефицит реактивной мощности, про которую я написал ниже. Локальный - это означает, что если есть проблемы с напряжением в одном из Алматинских дворов, в соседнем может быть все в порядке, тем более все в порядке с напряжением в другом городе.
Постоянный и переменный электрический ток
Несмотря на то, что журналисты почти не сталкиваются с понятием электрического тока, для общего развития вкратце напишу и про него. Электрический ток это направленное движение электрически заряженных частиц под воздействием электрического поля. Уфф…:) Заряженными частицами могут быть, например электроны в металлических проводниках (поэтому провода ЛЭП делают из металла). Ионы в электролитах (поэтому «человека может ударить током»). Проще всего объяснить, что такое ток на устройстве простейшей электрической цепи. Есть источник тока - батарейка. Есть лампочка, подключенная к «+» и «-» батарейки при помощи проводника, например медной проволоки. Это простейшая электрическая цепь.
Батарейка является химическим источником тока. Из-за химических реакций, протекающих в батарейке, на стороне «-» батарейки, накапливаются электроны. Далее. Медная проволока, состоит из атомов, образующих кристаллическую решетку. Сквозь эту решетку могут свободно проходить электроны. Как только цепь замыкается (лампочка через проводки соединяется с обоими концами батарейки), электроны от «-» батарейки начинают перетекать к «+» по проволоке и нити накаливания лампочки (благодаря электродвижущей силе, которую создает батарейка) - это и есть электрический ток. Нить лампочки накаливания тоже металлическая, но кристаллическая решетка металла, из которого она изготовлена (обычно Вольфрам) намного «меньше» чем кристаллическая решетка меди, из которой сделаны проводки. Электронам труднее «протиснуться» через нее, в результате «трения» нить накаливания разогревается до высокой температуры и начинает светиться. Здесь мы коснулись еще одного понятия - электрического сопротивления. У меди оно меньше, чем у Вольфрама. Итак, здесь все понятно. Электроны циркулируют по цепи - это электрический ток, причем постоянный, поскольку они циркулируют в одном и том же направлении.
На постоянном токе «работает» практически вся бытовая электроника (компьютеры, телевизоры, пульты дистанционного управления). Исторически электрификация (централизованное обеспечение электроэнергией) начиналась с постоянного тока. Вообще, электрификация была голубой мечтой дедушки Томаса Эдисона, которую он, кстати, воплотил в жизнь. «Никогда не изобретай то, чего не сможешь продать!» - любил повторять предприимчивый изобретатель. Действительно, в те времена организация искусственного освещения сулила огромные барыши (в наше время это тоже отличный бизнес). Интересно, что до распространения искусственного освещения люди спали в среднем 10 часов в сутки. Основатель «General Electric», Эдисон стал одним из отцов современной энергетики, он спроектировал и выполнил в натуре первую в мире законченную энергетическую инфраструктуру - и производство электроэнергии на генераторах постоянного тока и ее доставку по линиям электропередачи к потребителям и всякие «мелочи» вроде выключателей, патронов к лампочкам, счетчиков электроэнергии и т.д. Кстати, размер цоколя лампочки до сих пор принято обозначать с большой латинской «E». Например, Е27 или Е14, где «Е» - означает Edison, а цифра это диаметр цоколя в миллиметрах. Сама лампочка накаливания - коллективное творение. Во всяком случае, Эдисон в 1906 году купил у Лодыгина патент на вариант лампочки с вольфрамовой нитью накаливания. Первым электрифицированным районом Земли стал Манхеттен в Нью-Йорке.
Все у Эдисона было нормально, пока не обнаружилась одна проблемка. Рабочее напряжение Эдисоновской сети постоянного тока было 127 Вольт - такое напряжение давали генераторы. Но чем дальше от генераторов пытались передать электроэнергию, тем меньше ее передавалось - сильно снижалось напряжение (это происходило из-за наличия сопротивления в электрических кабелях). Выход из положения состоял либо в том, чтобы повысить напряжение, но это создавало угрозу поражения электрическим током для конечных потребителей, а самое главное (самое - потому, что не до людей, когда такие деньги) нужно было менять генераторы, но это дорого, либо второй вариант - «понатыкать» электростанций по всему Нью-Йорку (через каждые 1,5-2 км), что, вообще говоря, снижало экономическую эффективность всей системы, про экологию я вообще молчу. Поскольку компания Эдисона была монополистом, он склонялся ко второму варианту.
Но тут Никола Тесла, который работал у Эдисона, подбросил идею перехода на переменный ток. В чем суть идеи. В 1831 году Майкл Фарадей обнаружил, что если поместить в магнитное поле проводник и перемещать его так, чтобы он при своем движении пересекал силовые линии магнитного поля, то в проводнике возникнет электрический ток. Блин, если так и дальше пойдет скоро и сам начну понимать, о чем пишу:) Проще говоря, что сделал Фарадей, - взял катушку, намотал на нее провод, концы провода подсоединил к вольтметру и как Ослик Иа из мультика про Винни Пуха стал опускать в полую сердцевину катушки магнит на ниточке, а потом поднимать. «Замечательно входит, замечательно выходит», - думал Фарадей. Тут смотрит, а стрелка вольтметра с каждым таким движением и дергается. Так и открыл электромагнитную индукцию.
Так вот, мо мере опускания магнита, по проводу, намотанному на катушку, начинает течь и возрастать ток, затем он уменьшается, затем становится равным нулю, а потом все повторяется в обратном направлении, а затем снова и снова. Это и есть переменный ток. Только до Теслы, куда его присобачить, этот переменный ток, никто не знал. Ну, есть, мол, такой и все тут.
Да, и еще изобрели трансформатор.
На Фарадейевскую катушку надели еще одну, большего диаметра (электрическая матрешка получилась), и тут заметили, что во второй катушке (если число витков отлично от первой катушки), напряжение другим становится. Так вот, Тесла прикинул 2+2 и предложил использовать переменный ток следующим образом. Делаем генератор переменного тока. Затем пропускаем переменный ток через трансформатор и многократно увеличиваем напряжение (это позволит передавать электроэнергию на большие расстояния). Затем доставляем электроэнергию до потребителя по линии электропередачи и снова пропускаем ток через трансформатор, только уже для понижения напряжения. Надо сказать, что такой фокус с постоянным током не проходит. Постоянный ток не трансформируется. Короче, вот проблема и решена, тем более что лампочке, если честно, вообще до лампочки - постоянный или переменный ток через нее проходит, светит почти одинаково. «Так, так, так, - захлопнув крышку карманных часов, сказал Эдисон, не дав Тесле договорить до конца. - А где генератор переменного тока взять, ты, что ли его изобретать будешь?». «Да я и не такое изобрести смогу, самодовольный ты осел», - ответил Никола. «Послушай, чем заниматься ерундой, приложи-ка лучше усилия к решению проблем электрических машин постоянного тока, если получится, дам тебе … $50 000, - прищурив глаза, Эдисон протянул Тесле исписанный листок бумаги. - И ступай уже, работать мешаешь». В подтверждение окончания разговора Эдисон отвернулся к верстаку, с какими-то железками, которым вскоре предстояло стать первым в мире видеовоспроизводящим устройством - кинетоскопом. Тесла довольно быстро решил проблемы с машинами Эдисона, и так же быстро придумал принцип работы генератора переменного тока. Помните Ослика Иа Фарадея с катушкой? Теперь немного изменим опыт. Не будем привязывать магнит за ниточку. Вместо этого, насадим магнит на палочку (тфу ты, детский сад какой-то) и будем палочку крутить, вдоль свой оси. Пишу, а самого почему-то смех разбирает:)) Катушка начнет вырабатывать переменный ток. В промышленном образце, конечно, никакого магнитика с палочкой нет, там есть ротор с мощным электромагнитом, который приводится во вращение паровой турбиной, вместо катушки с проволокой - статор. Итак, Тесла решил все задачи по машинам постоянного тока, которые Эдисон не смог решить сам. А Эдисон денег не дал. «Ну, ты парень даешь, совсем наших американских шуток не понимаешь, какие такие 50 штук баксов, я ж тебе зарплату плачу!» - ехидно улыбаясь, Эдисон похлопал Теслу по плечу и, приложив некоторое усилие, вырвал из рук своего сотрудника папку с чертежами и расчетами. «Нет, все-таки я великий изобретатель», - подумал Эдисон, наблюдая как сутуловатая фигура худощавого Теслы удаляется по коридору. Вот как Тесла и Эдисон рассорились. Да так, что через много лет, когда Тесле присудили Нобелевскую, он от нее отказался, поскольку ее на двоих с Эдисоном давали.
Почему Эдисон пробросил Теслу - понятно. Чтобы на переменный ток переходить, надо, во-первых, признать, и рассказать инвесторам, что я, Томас Алва Эдисон, в свое время недошурупил, что перспектив у постоянного тока как у снежка в микроволновке, а во-вторых, надо растрясти этих инвесторов на новые вложения. Не так-то это и просто. А что Тесла? А Тесла взял и пошел к Джорджу Вестингаузу, конкуренту Эдисона. Рассказал ему все как есть и сделали они первую в мире ГЭС с генераторами переменного тока на Ниагарском водопаде. Кстати, наш «КaзАтoмПрoм» владеет 10% акций компании «Westinghouse Electric», скажи в те годы Джорджу Вестингаузу, что казахи будут совладельцами его компании, думаю он бы сильно удивился, вот что глобализация делает.
Надо сказать, что Эдисон тоже не сдавался, какое то время. Что он только не делал, чтобы насолить развеселой компании Коли и Жоры. Статьи заказные писал с кричащими заголовками вроде «Еще одна жертва переменного тока» или «Все, что вы хотели узнать о переменном токе - убийце, но боялись спросить». И стул изобрел «электрический» (конечно же, на переменном токе), дескать, видите, мы этим переменным током преступников на тот свет отправляем, а вы хотите, чтобы он у вас из розетки дома торчал. И через «своих» сенаторов закон провел об ограничении уровня напряжения на линиях электропередачи, что делало бессмысленным использование переменного тока (потом закон конечно отменили). При этом опасность поражения постоянным током при напряжении 127 В ничуть не меньше, чем переменным. Это противостояние назвали «войной токов». Но. Развитие не остановишь, переменный ток взял свое. Других вариантов нет и сегодня. Правда, надо сказать, американцы странные люди - на одной полке с прогрессом у них и технологическая отсталость может лежать. При всех преимуществах переменного тока, последние эдисоновские сети постоянного тока в Нью-Йорке были демонтированы только в 2007 году. Как говорится, дедушка умер, а дело живет, лучше бы было наоборот.
Не буду вдаваться в теорию, расскажу упрощенно и для сведения. На самом деле все генераторы на электростанциях вырабатывают два вида мощности. Во-первых, Активную мощность (это те самые Мегаватты - МВт, про которые я рассказал выше). Активная мощность совершает всю полезную работу - по нагреву проводников, по вращению двигателей. Но есть еще и реактивная мощность. Без нее не смогут крутиться двигатели (только активной мощности для приведения во вращение двигателя недостаточно) и работать некоторые потребители. Просто знайте, что она есть. Отсюда вытекает понятие полной мощности - измеряется в Мегавольт Амперах (МВА) - это корень квадратный из суммы квадратов активной и реактивной мощностей. Кстати, косинус фи (может слышали такое понятие, относящиеся к энергетике, показывает соотношение активной и реактивной мощностей, которые берет из сети потребитель). Все, идем дальше.
кВ (киловольт)
В Вольтах измеряется электрическое напряжение, обозначается «U». Если подумать - мы постоянно сталкиваемся с этой физической величиной. Электрическое напряжение между «+»-ом и «-»-ом пальчиковой батарейки от пульта телевизора всего 1,5 В, «в розетке на стене», то есть между ее контактами 220 В. Чаще всего напряжение используется журналистами при упоминании в материале линий электропередачи и электрических подстанций. Хочу открыть маленький секрет - если речь идет об отключении линии, зная ее напряжение можно оценить примерный масштаб отключений. Итак, в нашей стране используются следующие классы напряжений (про специфические, которые используются на некотором оборудовании промышленных предприятий писать не буду):
220 Вольт (220 В) - на такое напряжение рассчитаны бытовые приборы в СССР и соответственно проводка в жилых и административных зданиях.
0,4 кВ (0,4 киловольта или 400 Вольт, на самом деле 380 Вольт, для удобства округленные до целого значения) - линии такого напряжения прокладывают на очень маленькие расстояния, обычно от «трансформаторной будки» во дворе дома, до подъезда или по сельской улице, в любом случае максимальная длина такой линии - десятки метров. Соответственно если такая линия отключится, об этом узнают не более сотни потребителей электроэнергии.
6 кВ (6 киловольт или 6 тысяч Вольт, 6 000 В), 10 кВ, 35 кВ - это класс напряжения распределительной внутригородской сети, отключение сразу нескольких таких линий может «погасить» максимум небольшой городской квартал, как правило, длина таких линий несколько километров.
110 кВ, 220 кВ - системообразующая региональная сеть, длина от десятков до сотен километров. Отключение такой линии может оставить без света от 100 000 до 200 000 человек. Правда, обычно такие линии работают по несколько в параллели, так, что для того, чтобы пропал свет должно отключиться сразу нескольких линий или вся подстанция целиком.
500 кВ - сеть, образующая Единую Электроэнергетическую Систему Казахстана, также линии такого класса напряжения образуют межгосударственные электрические связи. Отключение такой линии может привести к обесточиванию до полумиллиона потребителей (а если отключение получит развитие, без света останется намного больше людей). Однако, как правило, ничего страшного не происходит, поскольку в параллели несколько таких линий. Длина несколько сотен километров. Самая длинная линия 500 кВ в Казахстане - от Актюбинска до Костаная - 500 км. Первые линии напряжением 500 кВ появились в СССР после 1960 года. В Казахстане первая 500-ка это линия между г. Аксу (Ермак) и Экибастузом, построенная в 1972 году.
1150 кВ (1 миллион 150 тысяч Вольт) - линия (вернее транзит длиной 2500 км, из которых 1500 км проходит по нашей территории) уникальна для Земли. Ни в одной стране мира нет линий такого класса напряжения. Только в Казахстане и России. Линия была построена для обмена мощностью между Сибирью, Казахстаном и Европейской частью СССР. Транзит берет начало в сибирском Итате, затем идет через Барнаул, Экибастуз, Кокшетау, Костанай в Челябинск. Для чего такие «дикие» напряжения, спросите вы? Просто это дает возможность передавать по транзиту 5 500 МВт - это самая мощная ВЛ в мире. Правда, на своем «родном» напряжении линии удалось поработать недолго. Распался Советский Союз, произошел резкий спад потребления - передавать стало нечего. Вот и перевели ее на напряжение 500 кВ. Но кто знает, может все вернется обратно?
Был один случай. Приехал к нам в Казахстан один иностранец, по линии какой-то международной организации, то ли ООН, то ли USAID, не помню. Приехал обучать аборигенов, так сказать. Достижениям западной цивилизации. Долго парил мозги про «их» успехи (которые, по правде говоря, для нас стали пройденным этапом году эдак в 1970), и по концовке видимо решил нас окончательно добить своим превосходством. У нас, говорит (многозначительно так), системообразующая сеть работает на напряжении… целых 400 тысяч Вольт! Последовавший за этим наш дружный смех он интерпретировал неправильно, подумал, что по причине сильной отсталости, туземцы не верят в существование такой «огромной» цифры, и уже было начал обдумывать продолжение спича. Однако был нами остановлен, и под белы ручки подведен к карте с трассировкой линий по стране. Док долго отказывался верить в то, что у нас буквально весь Казахстан в линиях на 500 кВ, а что построена линия напряжением 1150 кВ он поверил только у себя на родине, когда ознакомился с разведданными ЦРУ:) Больше к нам спецов не присылали.
Я перечислил все классы напряжения, которые используются в Казахстане и странах бывшего СССР (правда в России, Белоруссии, Прибалтике и на Украине используются еще классы 330 кВ и 750 кВ). В странах дальнего зарубежья классы напряжения отличаются от вышеприведенной шкалы. И это не от большого ума. Например, в США напряжение, используемое бытовыми приборами не 220 В, как у нас, а 127 В. На что это влияет? Если кто помнит, электрические «шнуры» (кабели питания) советской бытовой техники были довольно тонкими. Не то, что сейчас - телевизор, мощностью с лампочку в подъезде, получает питание от сети по кабелю, толщиной чуть ли не с мизинец, а про стиральную машинку я вообще молчу. Кстати, мой советский телевизор «Радуга» потреблял 750 Вт - в 3 раза больше, чем телек 51-ой диагонали LG сегодня. Далекие от школьных уроков физики люди думают, что такая разница в толщине проводов из-за желания иностранных производителей сделать более надежную и безопасную технику. А вот и нет. Просто кабели выпускаются под западные 110 -127В, а при таком напряжении меди в проводе должно быть в 4 (!) раза больше, чем при «советском» напряжении 220 В (для питания бытового прибора той же мощности). Чтобы оценить весь ужас перерасхода цветных металлов в США, помимо неэффективных «шнуров» к бытовой технике нужно учесть такую же проводку в стенах зданий, рассчитанную на 110-127 В. Скажете, что это они, дураки, что ли? Взяли бы да поменяли на 220 В. Не все так просто. Они бы сейчас может и поменяли, да денег это стоит переделывать все по новой стольких, что они запарятся доллары печатать.
Напряжение - локальный фактор. Если у вас слишком низкое напряжение в квартире, значит, проблема скорее всего существует в совсем небольшом районе. Скорее всего, на местной подстанции неправильно отрегулированы трансформаторы, либо в вашем районе дефицит реактивной мощности, про которую я написал ниже. Локальный - это означает, что если есть проблемы с напряжением в одном из Алматинских дворов, в соседнем может быть все в порядке, тем более все в порядке с напряжением в другом городе.
Постоянный и переменный электрический ток
Несмотря на то, что журналисты почти не сталкиваются с понятием электрического тока, для общего развития вкратце напишу и про него. Электрический ток это направленное движение электрически заряженных частиц под воздействием электрического поля. Уфф…:) Заряженными частицами могут быть, например электроны в металлических проводниках (поэтому провода ЛЭП делают из металла). Ионы в электролитах (поэтому «человека может ударить током»). Проще всего объяснить, что такое ток на устройстве простейшей электрической цепи. Есть источник тока - батарейка. Есть лампочка, подключенная к «+» и «-» батарейки при помощи проводника, например медной проволоки. Это простейшая электрическая цепь.
Батарейка является химическим источником тока. Из-за химических реакций, протекающих в батарейке, на стороне «-» батарейки, накапливаются электроны. Далее. Медная проволока, состоит из атомов, образующих кристаллическую решетку. Сквозь эту решетку могут свободно проходить электроны. Как только цепь замыкается (лампочка через проводки соединяется с обоими концами батарейки), электроны от «-» батарейки начинают перетекать к «+» по проволоке и нити накаливания лампочки (благодаря электродвижущей силе, которую создает батарейка) - это и есть электрический ток. Нить лампочки накаливания тоже металлическая, но кристаллическая решетка металла, из которого она изготовлена (обычно Вольфрам) намного «меньше» чем кристаллическая решетка меди, из которой сделаны проводки. Электронам труднее «протиснуться» через нее, в результате «трения» нить накаливания разогревается до высокой температуры и начинает светиться. Здесь мы коснулись еще одного понятия - электрического сопротивления. У меди оно меньше, чем у Вольфрама. Итак, здесь все понятно. Электроны циркулируют по цепи - это электрический ток, причем постоянный, поскольку они циркулируют в одном и том же направлении.
На постоянном токе «работает» практически вся бытовая электроника (компьютеры, телевизоры, пульты дистанционного управления). Исторически электрификация (централизованное обеспечение электроэнергией) начиналась с постоянного тока. Вообще, электрификация была голубой мечтой дедушки Томаса Эдисона, которую он, кстати, воплотил в жизнь. «Никогда не изобретай то, чего не сможешь продать!» - любил повторять предприимчивый изобретатель. Действительно, в те времена организация искусственного освещения сулила огромные барыши (в наше время это тоже отличный бизнес). Интересно, что до распространения искусственного освещения люди спали в среднем 10 часов в сутки. Основатель «General Electric», Эдисон стал одним из отцов современной энергетики, он спроектировал и выполнил в натуре первую в мире законченную энергетическую инфраструктуру - и производство электроэнергии на генераторах постоянного тока и ее доставку по линиям электропередачи к потребителям и всякие «мелочи» вроде выключателей, патронов к лампочкам, счетчиков электроэнергии и т.д. Кстати, размер цоколя лампочки до сих пор принято обозначать с большой латинской «E». Например, Е27 или Е14, где «Е» - означает Edison, а цифра это диаметр цоколя в миллиметрах. Сама лампочка накаливания - коллективное творение. Во всяком случае, Эдисон в 1906 году купил у Лодыгина патент на вариант лампочки с вольфрамовой нитью накаливания. Первым электрифицированным районом Земли стал Манхеттен в Нью-Йорке.
Все у Эдисона было нормально, пока не обнаружилась одна проблемка. Рабочее напряжение Эдисоновской сети постоянного тока было 127 Вольт - такое напряжение давали генераторы. Но чем дальше от генераторов пытались передать электроэнергию, тем меньше ее передавалось - сильно снижалось напряжение (это происходило из-за наличия сопротивления в электрических кабелях). Выход из положения состоял либо в том, чтобы повысить напряжение, но это создавало угрозу поражения электрическим током для конечных потребителей, а самое главное (самое - потому, что не до людей, когда такие деньги) нужно было менять генераторы, но это дорого, либо второй вариант - «понатыкать» электростанций по всему Нью-Йорку (через каждые 1,5-2 км), что, вообще говоря, снижало экономическую эффективность всей системы, про экологию я вообще молчу. Поскольку компания Эдисона была монополистом, он склонялся ко второму варианту.
Но тут Никола Тесла, который работал у Эдисона, подбросил идею перехода на переменный ток. В чем суть идеи. В 1831 году Майкл Фарадей обнаружил, что если поместить в магнитное поле проводник и перемещать его так, чтобы он при своем движении пересекал силовые линии магнитного поля, то в проводнике возникнет электрический ток. Блин, если так и дальше пойдет скоро и сам начну понимать, о чем пишу:) Проще говоря, что сделал Фарадей, - взял катушку, намотал на нее провод, концы провода подсоединил к вольтметру и как Ослик Иа из мультика про Винни Пуха стал опускать в полую сердцевину катушки магнит на ниточке, а потом поднимать. «Замечательно входит, замечательно выходит», - думал Фарадей. Тут смотрит, а стрелка вольтметра с каждым таким движением и дергается. Так и открыл электромагнитную индукцию.
Так вот, мо мере опускания магнита, по проводу, намотанному на катушку, начинает течь и возрастать ток, затем он уменьшается, затем становится равным нулю, а потом все повторяется в обратном направлении, а затем снова и снова. Это и есть переменный ток. Только до Теслы, куда его присобачить, этот переменный ток, никто не знал. Ну, есть, мол, такой и все тут.
Да, и еще изобрели трансформатор.
На Фарадейевскую катушку надели еще одну, большего диаметра (электрическая матрешка получилась), и тут заметили, что во второй катушке (если число витков отлично от первой катушки), напряжение другим становится. Так вот, Тесла прикинул 2+2 и предложил использовать переменный ток следующим образом. Делаем генератор переменного тока. Затем пропускаем переменный ток через трансформатор и многократно увеличиваем напряжение (это позволит передавать электроэнергию на большие расстояния). Затем доставляем электроэнергию до потребителя по линии электропередачи и снова пропускаем ток через трансформатор, только уже для понижения напряжения. Надо сказать, что такой фокус с постоянным током не проходит. Постоянный ток не трансформируется. Короче, вот проблема и решена, тем более что лампочке, если честно, вообще до лампочки - постоянный или переменный ток через нее проходит, светит почти одинаково. «Так, так, так, - захлопнув крышку карманных часов, сказал Эдисон, не дав Тесле договорить до конца. - А где генератор переменного тока взять, ты, что ли его изобретать будешь?». «Да я и не такое изобрести смогу, самодовольный ты осел», - ответил Никола. «Послушай, чем заниматься ерундой, приложи-ка лучше усилия к решению проблем электрических машин постоянного тока, если получится, дам тебе … $50 000, - прищурив глаза, Эдисон протянул Тесле исписанный листок бумаги. - И ступай уже, работать мешаешь». В подтверждение окончания разговора Эдисон отвернулся к верстаку, с какими-то железками, которым вскоре предстояло стать первым в мире видеовоспроизводящим устройством - кинетоскопом. Тесла довольно быстро решил проблемы с машинами Эдисона, и так же быстро придумал принцип работы генератора переменного тока. Помните Ослика Иа Фарадея с катушкой? Теперь немного изменим опыт. Не будем привязывать магнит за ниточку. Вместо этого, насадим магнит на палочку (тфу ты, детский сад какой-то) и будем палочку крутить, вдоль свой оси. Пишу, а самого почему-то смех разбирает:)) Катушка начнет вырабатывать переменный ток. В промышленном образце, конечно, никакого магнитика с палочкой нет, там есть ротор с мощным электромагнитом, который приводится во вращение паровой турбиной, вместо катушки с проволокой - статор. Итак, Тесла решил все задачи по машинам постоянного тока, которые Эдисон не смог решить сам. А Эдисон денег не дал. «Ну, ты парень даешь, совсем наших американских шуток не понимаешь, какие такие 50 штук баксов, я ж тебе зарплату плачу!» - ехидно улыбаясь, Эдисон похлопал Теслу по плечу и, приложив некоторое усилие, вырвал из рук своего сотрудника папку с чертежами и расчетами. «Нет, все-таки я великий изобретатель», - подумал Эдисон, наблюдая как сутуловатая фигура худощавого Теслы удаляется по коридору. Вот как Тесла и Эдисон рассорились. Да так, что через много лет, когда Тесле присудили Нобелевскую, он от нее отказался, поскольку ее на двоих с Эдисоном давали.
Почему Эдисон пробросил Теслу - понятно. Чтобы на переменный ток переходить, надо, во-первых, признать, и рассказать инвесторам, что я, Томас Алва Эдисон, в свое время недошурупил, что перспектив у постоянного тока как у снежка в микроволновке, а во-вторых, надо растрясти этих инвесторов на новые вложения. Не так-то это и просто. А что Тесла? А Тесла взял и пошел к Джорджу Вестингаузу, конкуренту Эдисона. Рассказал ему все как есть и сделали они первую в мире ГЭС с генераторами переменного тока на Ниагарском водопаде. Кстати, наш «КaзАтoмПрoм» владеет 10% акций компании «Westinghouse Electric», скажи в те годы Джорджу Вестингаузу, что казахи будут совладельцами его компании, думаю он бы сильно удивился, вот что глобализация делает.
Надо сказать, что Эдисон тоже не сдавался, какое то время. Что он только не делал, чтобы насолить развеселой компании Коли и Жоры. Статьи заказные писал с кричащими заголовками вроде «Еще одна жертва переменного тока» или «Все, что вы хотели узнать о переменном токе - убийце, но боялись спросить». И стул изобрел «электрический» (конечно же, на переменном токе), дескать, видите, мы этим переменным током преступников на тот свет отправляем, а вы хотите, чтобы он у вас из розетки дома торчал. И через «своих» сенаторов закон провел об ограничении уровня напряжения на линиях электропередачи, что делало бессмысленным использование переменного тока (потом закон конечно отменили). При этом опасность поражения постоянным током при напряжении 127 В ничуть не меньше, чем переменным. Это противостояние назвали «войной токов». Но. Развитие не остановишь, переменный ток взял свое. Других вариантов нет и сегодня. Правда, надо сказать, американцы странные люди - на одной полке с прогрессом у них и технологическая отсталость может лежать. При всех преимуществах переменного тока, последние эдисоновские сети постоянного тока в Нью-Йорке были демонтированы только в 2007 году. Как говорится, дедушка умер, а дело живет, лучше бы было наоборот.