Номер 4, страница 42 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

4. Каково назначение ЛЭП?

Решение

ЛЭП — это аббревиатура, которая расшифровывается как линия электропередачи. Это комплекс инженерных сооружений и оборудования, предназначенный для передачи электрической энергии на большие расстояния от мест её производства (электростанций) до распределительных подстанций и, в конечном итоге, до потребителей.

Основное назначение ЛЭП — эффективная и надежная транспортировка больших объемов электроэнергии. Необходимость в ЛЭП обусловлена тем, что мощные электростанции (например, ГЭС, АЭС, крупные ТЭС) часто строятся вдали от густонаселенных районов и промышленных зон по экономическим, экологическим или геологическим соображениям. ЛЭП выполняют роль связующего звена, формируя единую энергетическую систему страны.

Ключевым принципом, обеспечивающим эффективность ЛЭП, является использование очень высокого напряжения (сотни тысяч вольт). Это позволяет минимизировать потери энергии при передаче. Потери мощности в проводах при прохождении тока описываются законом Джоуля-Ленца:

$ P_{потерь} = I^2 \cdot R $

где $ P_{потерь} $ — мощность потерь (превращается в тепло), $\text{I}$ — сила тока в линии, $\text{R}$ — электрическое сопротивление проводов.

Передаваемая же потребителю мощность $ P_{полезная} $ равна произведению напряжения $\text{U}$ на силу тока $\text{I}$:

$ P_{полезная} = U \cdot I $

Из этой формулы следует, что для передачи одной и той же мощности можно либо использовать большой ток при низком напряжении, либо малый ток при высоком напряжении ($ I = P_{полезная} / U $). Подставив это выражение для тока в формулу потерь, получим:

$ P_{потерь} = (\frac{P_{полезная}}{U})^2 \cdot R $

Эта зависимость показывает, что потери мощности обратно пропорциональны квадрату напряжения. Таким образом, повысив напряжение в линии в 10 раз, мы уменьшаем потери энергии в $ 10^2 = 100 $ раз. Поэтому на электростанциях напряжение с помощью повышающих трансформаторов увеличивают до очень высоких значений (например, 110 кВ, 220 кВ, 500 кВ, 750 кВ) для передачи по ЛЭП. Вблизи мест потребления на понижающих подстанциях напряжение поэтапно снижают до безопасных и стандартных для бытовых и промышленных приборов значений (например, 6-10 кВ для городских сетей и 380/220 В для конечных потребителей).

Таким образом, ЛЭП выполняют следующие важнейшие функции:
1. Связывают производителей электроэнергии с потребителями, обеспечивая доставку энергии на сотни и тысячи километров.
2. Объединяют отдельные электростанции и регионы в единую энергосистему, что повышает её надежность и позволяет оперативно перераспределять потоки мощности, покрывая пиковые нагрузки и компенсируя аварийные выходы из строя отдельных элементов.
3. Обеспечивают экономически целесообразную передачу энергии за счет минимизации потерь.

Ответ:

Назначение ЛЭП (линии электропередачи) — передача электрической энергии на большие расстояния от электростанций к потребителям с минимально возможными потерями. Это достигается путем повышения напряжения до очень высоких значений (сотни киловольт), что позволяет значительно снизить силу тока в проводах и, следовательно, квадратично уменьшить потери мощности на их нагрев.