Sommaire : Production, transport et utilisation de l'électricité. Production, transport et consommation d'énergie électrique

Introduction
II Production et utilisation de l'électricité
1. Production d'énergie
1.1 Générateur
2. Consommation d'électricité
Transformateurs III
1. Rendez-vous
2. Classement
3. Appareil
4. Caractéristiques
5. Modes
5.1 Ralenti
5.2 Mode court-circuit
5.3 Mode de chargement
IV Transmission de puissance
V GOELRO
1. Histoire
2. Résultats
VI Liste des références

Introduction

L'électricité, l'un des plus espèces importantes l'énergie joue un rôle important dans monde moderne. Elle est au cœur des économies des États, déterminant leur position sur la scène internationale et leur niveau de développement. D'énormes sommes d'argent sont investies chaque année dans le développement des industries scientifiques liées à l'électricité.
L'électricité fait partie intégrante Vie courante Par conséquent, il est important d'avoir des informations sur les caractéristiques de sa production et de son utilisation.

II. Production et consommation d'électricité

1. Production d'énergie

La production d'électricité est la production d'électricité en la convertissant à partir d'autres types d'énergie à l'aide de dispositifs techniques spéciaux.
Pour générer de l'électricité, utilisez :
Un générateur électrique est une machine électrique dans laquelle travail mécanique convertie en énergie électrique.
Batterie solaire ou cellule photoélectrique - un appareil électronique qui convertit l'énergie un rayonnement électromagnétique, principalement dans le domaine de la lumière, en énergie électrique.
Sources de courant chimiques - la conversion d'une partie de l'énergie chimique en énergie électrique, par une réaction chimique.
Les sources d'électricité radio-isotopes sont des dispositifs qui utilisent l'énergie libérée lors de la désintégration radioactive pour chauffer le liquide de refroidissement ou le convertir en électricité.
L'électricité est produite dans des centrales électriques : thermiques, hydrauliques, nucléaires, solaires, géothermiques, éoliennes et autres.
Pratiquement dans toutes les centrales électriques d'importance industrielle, le schéma suivant est utilisé: l'énergie du vecteur d'énergie primaire à l'aide d'un dispositif spécial est d'abord convertie en énergie mécanique de mouvement de rotation, qui est transférée à une machine électrique spéciale - un générateur , où il est généré électricité.
Les trois principaux types de centrales : centrales thermiques, centrales hydroélectriques, centrales nucléaires
Le rôle principal dans l'industrie de l'énergie électrique de nombreux pays est joué par les centrales thermiques (TPP).
Les centrales thermiques nécessitent une énorme quantité de combustible fossile, alors que ses réserves diminuent et que le coût ne cesse d'augmenter en raison des conditions de plus en plus difficiles pour les distances d'extraction et de transport. Le facteur d'utilisation du carburant y est assez faible (pas plus de 40%), et le volume de déchets polluants environnement, sont geniaux.
Économique, technico-économique et facteurs environnementaux ne permettent pas de considérer les centrales thermiques comme une voie prometteuse pour produire de l'électricité.
Les centrales hydroélectriques (HPP) sont les plus économiques. Leur efficacité atteint 93% et le coût d'un kWh est 5 fois moins cher qu'avec d'autres méthodes de production d'électricité. Ils utilisent une source d'énergie inépuisable, sont desservis par un nombre minimum de travailleurs et sont bien réglementés. Notre pays occupe une position de leader dans le monde en termes de taille et de capacité des centrales et unités hydroélectriques individuelles.
Mais le rythme de développement est contraint par des coûts et des délais de construction importants, du fait de l'éloignement des chantiers de construction grandes villes, manque de routes, conditions de construction difficiles, affecté par la saisonnalité du régime fluvial, les réservoirs sont inondés grandes surfaces précieuses terres riveraines, de grands réservoirs nuisent situation écologique, des HPP puissants ne peuvent être construits que là où les ressources appropriées sont disponibles.
Les centrales nucléaires (CNP) fonctionnent sur le même principe que les centrales thermiques, c'est-à-dire que l'énergie thermique de la vapeur est convertie en énergie mécanique de rotation de l'arbre de la turbine, qui entraîne un alternateur, où l'énergie mécanique est convertie en énergie électrique.
Le principal avantage des centrales nucléaires est la faible quantité de combustible utilisée (1 kg d'uranium enrichi remplace 2,5 mille tonnes de charbon), grâce à quoi des centrales nucléaires peuvent être construites dans toutes les zones déficitaires en énergie. De plus, les réserves d'uranium sur Terre dépassent les réserves de combustible minéral traditionnel et, avec le fonctionnement sans problème des centrales nucléaires, elles ont peu d'impact sur l'environnement.
Le principal inconvénient des centrales nucléaires est la possibilité d'accidents aux conséquences catastrophiques, dont la prévention nécessite de sérieuses mesures de sécurité. De plus, les centrales nucléaires sont mal réglementées (il faut plusieurs semaines pour les arrêter complètement ou les rallumer) et les technologies de traitement des déchets radioactifs ne sont pas développées.
L'énergie nucléaire est devenue l'une des principales industries économie nationale et continue de se développer rapidement, garantissant la sécurité et le respect de l'environnement.

1.1 Générateur

Un générateur électrique est un appareil dans lequel des formes d'énergie non électriques (mécanique, chimique, thermique) sont converties en énergie électrique.
Le principe de fonctionnement du générateur est basé sur le phénomène induction électromagnétique lorsqu'il se trouve dans un conducteur se déplaçant dans un champ magnétique et traversant son champ magnétique lignes de force, une force électromagnétique est induite. Par conséquent, un tel conducteur peut être considéré par nous comme une source énergie électrique.
La méthode d'obtention d'une fem induite, dans laquelle le conducteur se déplace dans un champ magnétique, se déplaçant vers le haut ou vers le bas, est très gênante dans son utilisation pratique. Par conséquent, les générateurs n'utilisent pas un mouvement rectiligne, mais un mouvement de rotation du conducteur.
Les parties principales de tout générateur sont : un système d'aimants ou, le plus souvent, d'électroaimants qui créent un champ magnétique, et un système de conducteurs qui traversent ce champ magnétique.
Générateur courant alternatif- une machine électrique qui convertit l'énergie mécanique en énergie électrique de courant alternatif. La plupart des alternateurs utilisent un champ magnétique tournant.

Lorsque vous faites pivoter le cadre, il change Flux magnétiqueà travers elle, de sorte qu'un champ électromagnétique y est induit. Le châssis étant connecté à un circuit électrique externe à l'aide d'un collecteur de courant (anneaux et balais), un courant électrique apparaît dans le châssis et le circuit externe.
Avec une rotation uniforme du cadre, l'angle de rotation change selon la loi:

Le flux magnétique à travers le cadre change également dans le temps, sa dépendance est déterminée par la fonction :

où S− zone de cadre.
Selon la loi de Faraday sur l'induction électromagnétique, la FEM d'induction qui se produit dans le cadre est :

où est l'amplitude de la FEM d'induction.
Une autre valeur qui caractérise le générateur est l'intensité du courant, exprimée par la formule :

où je est la force actuelle à un moment donné, Je suis- l'amplitude de l'intensité du courant (la valeur maximale de l'intensité du courant en valeur absolue), φc- déphasage entre les fluctuations de courant et de tension.
La tension électrique aux bornes du générateur varie selon une loi sinusoïdale ou cosinusoïdale :

Presque tous les générateurs installés dans nos centrales électriques sont des générateurs de courant triphasé. Essentiellement, chacun de ces générateurs est une connexion dans une machine électrique de trois générateurs de courant alternatif, conçus de manière à ce que les champs électromagnétiques induits en eux soient décalés les uns par rapport aux autres d'un tiers de la période :

2. Consommation d'électricité

Source de courant entreprises industrielles. Les entreprises industrielles consomment 30 à 70 % de l'électricité produite dans le cadre du système d'alimentation électrique. Une répartition importante de la consommation industrielle est déterminée par le développement industriel et conditions climatiques divers pays.
Alimentation électrique des transports électrifiés. Sous-stations redresseuses pour le transport électrique CC(urbain, industriel, interurbain) et les postes abaisseurs de transport électrique interurbain en courant alternatif sont alimentés en électricité à partir de réseaux électriques SEE.
Alimentation électrique des consommateurs domestiques. Ce groupe de PE comprend une large gamme de bâtiments situés dans les zones résidentielles des villes et villages. Ce - bâtiments résidentiels, des bâtiments à des fins administratives et de gestion, des établissements d'enseignement et scientifiques, des magasins, des bâtiments à des fins sanitaires, culturelles et de masse, Restauration etc.

III. transformateurs

Transformateur - statique appareil électromagnétique, qui a deux ou Suite enroulements à couplage inductif et conçus pour convertir un système de courant alternatif (primaire) en un autre système de courant alternatif (secondaire) au moyen d'une induction électromagnétique.

Schéma de l'appareil du transformateur

1 - enroulement primaire du transformateur
2 - circuit magnétique
3 - enroulement secondaire du transformateur
F- sens du flux magnétique
U 1- tension sur l'enroulement primaire
U 2- tension sur l'enroulement secondaire

Les premiers transformateurs à circuit magnétique ouvert ont été proposés en 1876 par P.N. Yablochkov, qui les a utilisés pour alimenter une "bougie" électrique. En 1885, les scientifiques hongrois M. Deri, O. Blaty, K. Zipernovsky ont développé des transformateurs industriels monophasés à circuit magnétique fermé. En 1889-1891. MO Dolivo-Dobrovolsky a proposé un transformateur triphasé.

1. Rendez-vous

Les transformateurs sont largement utilisés dans divers domaines :
Pour le transport et la distribution d'énergie électrique
En règle générale, dans les centrales électriques, les générateurs de courant alternatif génèrent de l'énergie électrique à une tension de 6 à 24 kV, et il est rentable de transmettre de l'électricité sur de longues distances à des tensions beaucoup plus élevées (110, 220, 330, 400, 500 et 750 kV) . Par conséquent, dans chaque centrale électrique, des transformateurs sont installés pour augmenter la tension.
Distribution d'énergie électrique entre entreprises industrielles, colonies, dans les villes et zones rurales, ainsi qu'à l'intérieur des entreprises industrielles, il est produit via des lignes aériennes et câblées, à une tension de 220, 110, 35, 20, 10 et 6 kV. Par conséquent, des transformateurs doivent être installés dans tous les nœuds de distribution qui réduisent la tension à 220, 380 et 660 V.
Fournir le circuit souhaité pour activer les vannes dans les dispositifs convertisseurs et faire correspondre la tension à la sortie et à l'entrée du convertisseur (transformateurs convertisseurs).
A des fins technologiques diverses : soudage ( transformateurs de soudage), alimentation d'installations électrothermiques (transformateurs de fours électriques), etc.
Pour alimenter divers circuits d'équipements radio, d'équipements électroniques, d'appareils de communication et d'automatisation, d'appareils électroménagers, pour séparer les circuits électriques de divers éléments de ces appareils, pour adapter la tension, etc.
Intégrer les instruments de mesure électrique et certains appareils (relais, etc.) dans les circuits électriques à haute tension ou dans les circuits parcourus par des courants importants, afin d'élargir les limites de mesure et d'assurer la sécurité électrique. (transformateurs de mesure)

2. Classement

Classement des transformateurs :

• Sur rendez-vous : alimentation générale (utilisée dans les lignes de transport et de distribution d'électricité) et application spéciale(four, redresseur, soudure, transformateurs radio).
• Par type de refroidissement : avec refroidissement par air (transformateurs secs) et huile (transformateurs à huile).
• Selon le nombre de phases côté primaire : monophasé et triphasé.
• Selon la forme du circuit magnétique : tige, blindé, toroïdal.
• Par le nombre d'enroulements par phase: deux enroulements, trois enroulements, plusieurs enroulements (plus de trois enroulements).
• Selon la conception des enroulements: avec enroulements concentriques et alternatifs (disques).

3. Appareil

Le transformateur le plus simple (transformateur monophasé) est un appareil composé d'un noyau en acier et de deux enroulements.

Le principe du dispositif d'un transformateur monophasé à deux enroulements
Le noyau magnétique est le système magnétique du transformateur, à travers lequel se ferme le flux magnétique principal.
Lorsqu'une tension alternative est appliquée à l'enroulement primaire, une FEM de même fréquence est induite dans l'enroulement secondaire. Si un récepteur électrique est connecté à l'enroulement secondaire, un courant électrique y apparaît et une tension est définie aux bornes secondaires du transformateur, qui est légèrement inférieure à la FEM et dépend dans une mesure relativement faible de la charge.

Symbole du transformateur :
a) - un transformateur avec un noyau en acier, b) - un transformateur avec un noyau en ferrite

4. Caractéristiques du transformateur

• La puissance nominale d'un transformateur est la puissance pour laquelle il est conçu.
• Tension primaire nominale - la tension pour laquelle l'enroulement primaire du transformateur est conçu.
• Tension secondaire nominale - la tension aux bornes de l'enroulement secondaire, obtenue lorsque le transformateur est au ralenti et la tension nominale aux bornes de l'enroulement primaire.
• Courants nominaux, déterminés par les valeurs nominales puissance et tension.
• La tension nominale la plus élevée du transformateur est la plus élevée des tensions nominales des enroulements du transformateur.
• La tension nominale la plus basse est la plus petite des tensions nominales des enroulements du transformateur.
• Tension nominale moyenne - tension nominale, intermédiaire entre la tension nominale la plus élevée et la plus basse des enroulements du transformateur.

5. Modes

5.1 Ralenti

Mode ralenti - le mode de fonctionnement du transformateur, dans lequel l'enroulement secondaire du transformateur est ouvert et une tension alternative est appliquée aux bornes de l'enroulement primaire.

Un courant circule dans l'enroulement primaire d'un transformateur connecté à une source de courant alternatif, à la suite de quoi un flux magnétique alternatif apparaît dans le noyau Φ pénétrant dans les deux enroulements. Puisque Φ est le même dans les deux enroulements du transformateur, le changement Φ conduit à l'apparition de la même FEM d'induction dans chaque tour des enroulements primaire et secondaire. Valeur instantanée de l'induction emf e dans n'importe quel tour des enroulements est le même et est déterminé par la formule:

où est l'amplitude de la FEM dans un tour.
L'amplitude de l'induction EMF dans les enroulements primaire et secondaire sera proportionnelle au nombre de tours dans l'enroulement correspondant :

où N 1 et N 2- le nombre de tours en eux.
La chute de tension aux bornes de l'enroulement primaire, comme aux bornes d'une résistance, est très faible par rapport à ε 1, et donc pour valeurs efficaces tension au primaire U 1 et secondaire U 2 enroulements, l'expression suivante sera vraie :

K- rapport de transformation. À K>1 transformateur abaisseur, et quand K<1 - повышающий.

5.2 Mode court-circuit

Mode court-circuit - un mode lorsque les sorties de l'enroulement secondaire sont fermées par un conducteur de courant avec une résistance égale à zéro ( Z=0).

Un court-circuit du transformateur dans les conditions de fonctionnement crée un mode d'urgence, car le courant secondaire, et donc le primaire, augmente plusieurs dizaines de fois par rapport au courant nominal. Par conséquent, dans les circuits avec transformateurs, une protection est prévue qui, en cas de court-circuit, éteint automatiquement le transformateur.

Deux modes de court-circuit doivent être distingués :

Mode d'urgence - lorsque l'enroulement secondaire est fermé à la tension primaire nominale. Avec un tel circuit, les courants augmentent d'un facteur 15-20. L'enroulement est déformé et l'isolant est carbonisé. Le fer brûle aussi. C'est le mode difficile. La protection maximale et gaz déconnecte le transformateur du réseau en cas de court-circuit d'urgence.

Un mode de court-circuit expérimental est un mode lorsque l'enroulement secondaire est court-circuité et qu'une telle tension réduite est fournie à l'enroulement primaire, lorsque le courant nominal traverse les enroulements - c'est ROYAUME-UNI- tension de court-circuit.

Dans des conditions de laboratoire, un test de court-circuit du transformateur peut être effectué. Dans ce cas, exprimée en pourcentage, la tension ROYAUME-UNI, à je 1 \u003d je 1nom désigner Royaume-Uni et s'appelle la tension de court-circuit du transformateur :

où U 1nom- tension primaire assignée.

C'est la caractéristique du transformateur, indiquée dans le passeport.

5.3 Mode de chargement

Le mode de charge du transformateur est le mode de fonctionnement du transformateur en présence de courants dans au moins deux de ses enroulements principaux, dont chacun est fermé à un circuit externe, tandis que les courants circulant dans deux ou plusieurs enroulements en mode de repos sont pas pris en compte :

Si une tension est connectée à l'enroulement primaire du transformateur U 1, et connectez l'enroulement secondaire à la charge, des courants apparaîtront dans les enroulements je 1 et je 2. Ces courants vont créer des flux magnétiques Φ 1 et Φ2 dirigés l'un vers l'autre. Le flux magnétique total dans le circuit magnétique diminue. En conséquence, la FEM induite par le débit total ε 1 et ε 2 diminuer. Tension efficace U 1 reste inchangé. Diminuer ε 1 provoque une augmentation du courant je 1:

Avec courant croissant je 1 couler Φ 1 augmente juste assez pour compenser l'effet démagnétisant du flux Φ2. L'équilibre se rétablit pratiquement à la même valeur du débit total.

IV. Transport d'électricité

La transmission de l'électricité de la centrale électrique aux consommateurs est l'une des tâches les plus importantes de l'industrie de l'énergie.
L'électricité est principalement transportée via des lignes de transmission aériennes (TL) CA, bien qu'il y ait une tendance à l'utilisation croissante de lignes câblées et de lignes CC.

La nécessité de transporter l'électricité à distance est due au fait que l'électricité est produite par de grandes centrales électriques dotées d'unités puissantes et qu'elle est consommée par des consommateurs d'énergie relativement faibles répartis sur une grande surface. La tendance à la concentration des capacités de production s'explique par le fait qu'avec leur croissance, les coûts relatifs de construction des centrales diminuent et le coût de l'électricité produite diminue.
Le placement de centrales électriques puissantes est effectué en tenant compte d'un certain nombre de facteurs, tels que la disponibilité des ressources énergétiques, leur type, les réserves et les possibilités de transport, les conditions naturelles, la capacité de travailler dans le cadre d'un système énergétique unique, etc. Souvent, ces centrales s'avèrent très éloignées des principaux centres de consommation d'électricité. Le fonctionnement de systèmes électriques unifiés couvrant de vastes territoires dépend de l'efficacité de la transmission de l'énergie électrique sur une distance.
Il est nécessaire de transférer l'électricité des lieux de sa production aux consommateurs avec un minimum de pertes. La raison principale de ces pertes est la conversion d'une partie de l'électricité en énergie interne des fils, leur échauffement.

Selon la loi de Joule-Lenz, la quantité de chaleur Q, libérée pendant le temps t dans le conducteur par la résistance R lors du passage du courant je, équivaut à:

Il découle de la formule que pour réduire l'échauffement des fils, il est nécessaire de réduire l'intensité du courant dans ceux-ci et leur résistance. Pour réduire la résistance des fils, augmentez leur diamètre, cependant, des fils très épais suspendus entre les supports de lignes électriques peuvent casser sous l'action de la gravité, notamment lors de chutes de neige. De plus, avec une augmentation de l'épaisseur des fils, leur coût augmente et ils sont constitués d'un métal relativement coûteux - le cuivre. Par conséquent, un moyen plus efficace de minimiser les pertes d'énergie lors de la transmission de l'électricité consiste à réduire l'intensité du courant dans les fils.
Ainsi, afin de réduire l'échauffement des fils lors de la transmission d'électricité sur de longues distances, il est nécessaire de rendre le courant aussi faible que possible.
La puissance actuelle est égale au produit de l'intensité du courant et de la tension :

Par conséquent, afin d'économiser la puissance transmise sur de longues distances, il est nécessaire d'augmenter la tension d'autant que l'intensité du courant dans les fils a été réduite :

De la formule, il résulte qu'à des valeurs constantes de la puissance transmise du courant et de la résistance des fils, les pertes de chauffage dans les fils sont inversement proportionnelles au carré de la tension dans le réseau. Ainsi, pour transporter l'électricité sur des distances de plusieurs centaines de kilomètres, on utilise des lignes électriques à haute tension (TL) dont la tension entre les fils est de plusieurs dizaines, voire centaines de milliers de volts.
À l'aide de lignes électriques, les centrales électriques voisines sont regroupées en un seul réseau, appelé système électrique. Le système énergétique unifié de la Russie comprend un grand nombre de centrales électriques contrôlées à partir d'un seul centre et fournit une alimentation électrique ininterrompue aux consommateurs.

V.GOELRO

1. Histoire

GOELRO (Commission d'État pour l'électrification de la Russie) est un organisme créé le 21 février 1920 pour développer un projet d'électrification de la Russie après la révolution d'octobre 1917.

Plus de 200 scientifiques et techniciens ont participé aux travaux de la commission. G.M. dirigeait la commission. Krzhizhanovsky. Le Comité central du Parti communiste et personnellement V. I. Lénine ont dirigé quotidiennement les travaux de la commission GOELRO, déterminé les principales dispositions fondamentales du plan d'électrification du pays.

À la fin de 1920, la commission avait accompli un énorme travail et préparé le Plan d'électrification de la RSFSR, un volume de 650 pages de texte avec des cartes et des schémas d'électrification des régions.
Le plan GOELRO, conçu pour 10 à 15 ans, a mis en œuvre les idées de Lénine d'électrifier tout le pays et de créer une grande industrie.
Dans le domaine de l'économie de l'énergie électrique, le plan consistait en un programme conçu pour la restauration et la reconstruction de l'industrie de l'énergie électrique d'avant-guerre, la construction de 30 centrales électriques régionales et la construction de puissantes centrales thermiques régionales. Il était prévu d'équiper les centrales de grosses chaudières et turbines pour l'époque.
L'une des idées principales du plan était l'utilisation généralisée des vastes ressources hydroélectriques du pays. Des dispositions ont été prises pour une reconstruction radicale sur la base de l'électrification de toutes les branches de l'économie nationale du pays, et principalement pour la croissance de l'industrie lourde et la répartition rationnelle de l'industrie dans tout le pays.
La mise en œuvre du plan GOELRO a commencé dans les conditions difficiles de la guerre civile et de la dévastation économique.

Depuis 1947, l'URSS est classée première en Europe et deuxième dans le monde en termes de production d'électricité.

Le plan GOELRO a joué un rôle énorme dans la vie de notre pays: sans lui, il n'aurait pas été possible de faire entrer l'URSS dans les rangs des pays les plus développés industriellement du monde en si peu de temps. La mise en œuvre de ce plan a façonné toute l'économie nationale et la détermine encore largement.

L'élaboration et la mise en œuvre du plan GOELRO ont été rendues possibles et uniquement grâce à la conjonction de nombreux facteurs objectifs et subjectifs : le potentiel industriel et économique considérable de la Russie pré-révolutionnaire, le haut niveau de l'école scientifique et technique russe, la concentration de tous le pouvoir économique et politique, sa force et sa volonté, ainsi que la mentalité traditionnelle conciliaire-communautaire du peuple et son attitude d'obéissance et de confiance envers les dirigeants suprêmes.
Le plan GOELRO et sa mise en œuvre ont prouvé la grande efficacité du système de planification de l'État dans des conditions de pouvoir strictement centralisé et ont prédéterminé le développement de ce système pour de nombreuses décennies à venir.

2. Résultats

À la fin de 1935, le programme de construction électrique avait été dépassé à plusieurs reprises.

Au lieu de 30, 40 centrales électriques régionales ont été construites, dans lesquelles, avec d'autres grandes centrales industrielles, 6 914 000 kW de capacité ont été mis en service (dont 4 540 000 kW étaient régionaux, près de trois fois plus que selon le plan GOELRO).
En 1935, il y avait 13 centrales de 100 000 kW parmi les centrales régionales.

Avant la révolution, la capacité de la plus grande centrale électrique de Russie (1er Moscou) n'était que de 75 000 kW; il n'y avait pas une seule grande centrale hydroélectrique. Au début de 1935, la capacité totale installée des centrales hydroélectriques avait atteint près de 700 000 kW.
La plus grande à l'époque au monde, la centrale hydroélectrique du Dniepr, Svirskaya 3e, Volkhovskaya, etc.. Au plus haut point de son développement, le système énergétique unifié de l'URSS dépassait à bien des égards les systèmes énergétiques des pays développés pays d'Europe et d'Amérique.

L'électricité était pratiquement inconnue dans les villages avant la révolution. Les grands propriétaires terriens ont installé de petites centrales électriques, mais leur nombre était peu élevé.

L'électricité a commencé à être utilisée dans l'agriculture : dans les moulins, les coupe-fourrage, les nettoyeurs de grains et les scieries ; dans l'industrie, et plus tard - dans la vie quotidienne.

Liste de la littérature utilisée

Venikov V. A., Transmission de puissance à longue distance, M.-L., 1960 ;
Sovalov S.A., Modes de transmission de puissance 400-500 kv. EES, M., 1967;
Bessonov, L.A. Fondements théoriques de l'électrotechnique. Circuits électriques : manuel / L.A. Bessonov. - 10e éd. — M. : Gardariki, 2002.
Génie électrique : Complexe pédagogique et méthodique. /ET. M. Kogol, G. P. Dubovitsky, V. N. Borodianko, V. S. Gun, N. V. Klinachev, V. V. Krymsky, A. Ya. Ergard, V. A. Yakovlev; Edité par NV Klinacheva. - Tcheliabinsk, 2006-2008.
Systèmes électriques, v. 3 - Transmission d'énergie par courant alternatif et continu de haute tension, M., 1972.

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Types de centrales Thermique (TPP) - 50% Thermique (TPP) - 50% Centrales hydroélectriques (HPP) % Centrales hydroélectriques (HPP) % Nucléaire (NPP) - 15% Nucléaire (NPP) - 15% Sources alternatives Énergies alternatives sources - 2 - 5 % (énergie solaire, énergie de fusion, énergie marémotrice, énergie éolienne) énergie - 2 - 5 % (énergie solaire, énergie de fusion, énergie marémotrice, énergie éolienne)

Générateur de courant électrique Le générateur convertit l'énergie mécanique en énergie électrique Le générateur convertit l'énergie mécanique en énergie électrique L'action du générateur est basée sur le phénomène d'induction électromagnétique L'action du générateur est basée sur le phénomène d'induction électromagnétique

Le châssis avec courant est l'élément principal du générateur.La partie tournante est appelée ROTOR (aimant). La partie rotative s'appelle le ROTOR (aimant). La partie fixe s'appelle le STATOR (châssis) La partie fixe s'appelle le STATOR (châssis) Lorsque le châssis, pénétrant dans le châssis, tourne, le flux magnétique change avec le temps, à la suite de quoi un courant d'induction apparaît dans le châssis

Transport d'électricité Les lignes de transport d'électricité (TL) sont utilisées pour transporter l'électricité aux consommateurs. Lors de la transmission d'électricité à distance, celle-ci est perdue en raison de l'échauffement des fils (loi Joule-Lenz). Moyens de réduire les pertes de chaleur : 1) Réduire la résistance des fils, mais augmenter leur diamètre (lourd - difficile à accrocher et coûteux - cuivre). 2) Réduire l'intensité du courant en augmentant la tension.

L'impact des centrales thermiques sur l'environnement Les centrales thermiques - entraînent une pollution thermique de l'air par les produits de la combustion du carburant. Les centrales hydroélectriques - conduisent à l'inondation de vastes territoires qui sont soustraits à l'utilisation des terres. Centrale nucléaire - peut entraîner la libération de substances radioactives.

Les principales étapes de la production, du transport et de la consommation d'électricité 1. L'énergie mécanique est convertie en énergie électrique à l'aide de générateurs dans les centrales électriques. 1. L'énergie mécanique est convertie en énergie électrique à l'aide de générateurs dans les centrales électriques. 2. La tension électrique est augmentée pour transmettre l'électricité sur de longues distances. 2. La tension électrique est augmentée pour transmettre l'électricité sur de longues distances. 3. L'électricité est transmise à haute tension par des lignes électriques à haute tension. 3. L'électricité est transmise à haute tension par des lignes électriques à haute tension. 4. Lors de la distribution d'électricité aux consommateurs, la tension est réduite. 4. Lors de la distribution d'électricité aux consommateurs, la tension est réduite. 5. Lorsque l'électricité est consommée, elle est convertie en d'autres types d'énergie - mécanique, lumineuse ou interne. 5. Lorsque l'électricité est consommée, elle est convertie en d'autres types d'énergie - mécanique, lumineuse ou interne.

Leçon vidéo 2 : Tâches pour le courant alternatif

Conférence: Courant alternatif. Production, transport et consommation d'énergie électrique

Courant alternatif

Courant alternatif- ce sont des oscillations qui peuvent se produire dans le circuit suite à sa connexion à une source de tension alternative.

C'est le courant alternatif qui nous entoure tous - il est présent dans tous les circuits des appartements, c'est le courant alternatif qui est transmis à travers les fils. Cependant, presque tous les appareils électriques fonctionnent à l'électricité permanente. C'est pourquoi à la sortie de la prise, le courant est redressé et sous la forme d'une constante va aux appareils électroménagers.

C'est le courant alternatif qui est le plus facile à recevoir et à transmettre sur n'importe quelle distance.

Dans l'étude du courant alternatif, nous utiliserons un circuit dans lequel nous connecterons une résistance, une bobine et un condensateur. Dans ce circuit, la tension est déterminée en loi:

Comme nous le savons, le sinus peut être négatif et positif. C'est pourquoi la valeur de la tension peut prendre une direction différente. Avec un sens positif du flux de courant (sens antihoraire), la tension est supérieure à zéro, avec un sens négatif, elle est inférieure à zéro.

Résistance dans le circuit

Considérons donc le cas où seule une résistance est connectée au circuit alternatif. La résistance de la résistance est dite active. Nous considérerons le courant qui circule dans le sens antihoraire dans le circuit. Dans ce cas, le courant et la tension seront positifs.

Pour déterminer l'intensité du courant dans le circuit, utilisez la formule suivante de la loi d'Ohm:

Dans ces formules je 0 et tu 0 - valeurs maximales de courant et de tension. De cela, nous pouvons conclure que la valeur maximale du courant est égale au rapport de la tension maximale à la résistance active :

Ces deux grandeurs changent dans la même phase, donc les graphiques des grandeurs ont la même forme, mais des amplitudes différentes.

Condensateur dans le circuit

Rappelles toi! Il est impossible d'obtenir du courant continu dans le circuit où il y a un condensateur. C'est un endroit pour briser le flux de courant et changer son amplitude. Dans ce cas, le courant alternatif circule parfaitement dans un tel circuit, modifiant la polarité du condensateur.

Lors de l'examen d'un tel circuit, nous supposerons qu'il ne contient qu'un condensateur. Le courant circule dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, c'est-à-dire qu'il est positif.

Comme nous le savons déjà, la tension aux bornes d'un condensateur est liée à sa capacité à stocker la charge, c'est-à-dire sa taille et sa capacité.

Puisque le courant est la première dérivée de la charge, il est possible de déterminer par quelle formule il peut être calculé en trouvant la dérivée de la dernière formule :

Comme vous pouvez le voir, dans ce cas, l'intensité du courant est décrite par la loi du cosinus, tandis que la valeur de la tension et de la charge peut être décrite par la loi des sinus. Cela signifie que les fonctions sont dans la phase opposée et ont une apparence similaire sur le graphique.

Nous savons tous que les fonctions cosinus et sinus d'un même argument diffèrent de 90 degrés l'une de l'autre, nous pouvons donc obtenir les expressions suivantes :

À partir de là, la valeur maximale de l'intensité du courant peut être déterminée par la formule :

La valeur au dénominateur est la résistance aux bornes du condensateur. Cette résistance est appelée capacitive. Il est localisé et balisé comme suit :

Avec une augmentation de capacité, la valeur d'amplitude du courant chute.

Veuillez noter que dans ce circuit, l'utilisation de la loi d'Ohm n'est appropriée que lorsqu'il est nécessaire de déterminer la valeur maximale du courant ; il est impossible de déterminer le courant à tout moment selon cette loi en raison de la différence de phase entre la tension et la force actuelle.

Bobine dans une chaîne

Considérons un circuit dans lequel il y a une bobine. Imaginez qu'il n'a pas de résistance active. Dans ce cas, il semblerait que rien ne doive entraver le mouvement du courant. Cependant, ce n'est pas le cas. Le fait est que lorsque le courant traverse la bobine, un champ de vortex commence à apparaître, ce qui empêche le passage du courant à la suite de la formation d'un courant d'auto-induction.

La force actuelle prend la valeur suivante :

Encore une fois, vous pouvez voir que le courant change selon la loi du cosinus, donc le déphasage est valable pour ce circuit, ce que l'on peut également voir sur le graphique :

D'où la valeur maximale du courant :

Au dénominateur, nous pouvons voir la formule par laquelle la réactance inductive du circuit est déterminée.

Plus la réactance inductive est grande, moins l'amplitude du courant est importante.

Bobine, résistance et condensateur dans un circuit.

Si tous les types de résistance sont simultanément présents dans le circuit, alors la valeur du courant peut être déterminée comme suit, en convertissant Loi d'Ohm:

Le dénominateur est appelé impédance. Il se compose de la somme des carrés de l'actif (R) et de la réactance, composée de capacitif et inductif. La résistance totale est appelée "Impédance".

Électricité

Il est impossible d'imaginer la vie moderne sans l'utilisation d'appareils électriques fonctionnant à l'énergie générée par un courant électrique. Tout progrès technologique est basé sur l'électricité.

Obtenir de l'énergie à partir du courant électrique présente un grand nombre d'avantages:

1. L'électricité est relativement facile à produire, car il existe des milliards de centrales électriques, de générateurs et d'autres dispositifs de production d'électricité dans le monde.

2. Il est possible de transporter de l'électricité sur de longues distances en peu de temps et sans pertes importantes.

3. Il est possible de convertir l'énergie électrique en formes mécaniques, lumineuses, internes et autres.

Le transport d'électricité est un processus qui consiste à fournir de l'électricité aux consommateurs. L'électricité est produite à des sources de production éloignées (centrales électriques) par d'énormes générateurs utilisant du charbon, du gaz naturel, de l'eau, de la fission nucléaire ou du vent.

Le courant est transmis à travers des transformateurs, qui augmentent sa tension. C'est la haute tension qui est économiquement avantageuse lors de la transmission d'énergie sur de longues distances. Des lignes électriques à haute tension s'étendent dans tout le pays. À travers eux, le courant électrique atteint les sous-stations à proximité des grandes villes, où sa tension est abaissée et envoyée aux petites lignes électriques (de distribution). Le courant électrique circule dans les lignes de distribution de tous les quartiers de la ville et pénètre dans les boîtes de transformateurs. Les transformateurs réduisent la tension à une certaine valeur standard, qui est sûre et nécessaire au fonctionnement des appareils électroménagers. Le courant entre dans la maison par des fils et passe par un compteur qui indique la quantité d'énergie consommée.

Un transformateur est un dispositif statique qui convertit le courant alternatif d'une tension en courant alternatif d'une autre tension sans changer sa fréquence. Il ne peut fonctionner que sur AC.

Les principales parties structurelles du transformateur

L'appareil se compose de trois parties principales :

1. enroulement primaire du transformateur. Le nombre de tours N 1.
2. Le noyau de la forme fermée à partir d'un matériau magnétiquement doux (par exemple, l'acier).
3. enroulement secondaire. Nombre de tours N 2 .

Dans les schémas, le transformateur est représenté comme suit :

Principe d'opération

Le fonctionnement d'un transformateur de puissance est basé sur la loi de Faraday de l'induction électromagnétique.

Entre deux enroulements séparés (primaire et secondaire), qui sont reliés par un flux magnétique commun, une induction mutuelle apparaît. L'induction mutuelle est le processus par lequel un enroulement primaire induit une tension dans un enroulement secondaire situé à proximité immédiate.

L'enroulement primaire reçoit un courant alternatif, qui produit un flux magnétique lorsqu'il est connecté à une source d'alimentation. Le flux magnétique traverse le noyau et, puisqu'il change avec le temps, il excite l'induction EMF dans l'enroulement secondaire. La tension sur le deuxième enroulement peut être inférieure à celle sur le premier, alors le transformateur est appelé abaisseur. Le transformateur élévateur a une tension plus élevée sur l'enroulement secondaire. La fréquence actuelle reste inchangée. Une réduction ou une augmentation efficace de la tension ne peut pas augmenter la puissance électrique, de sorte que la sortie de courant du transformateur augmente ou diminue proportionnellement en conséquence.

Pour les valeurs d'amplitude de la tension sur les enroulements, l'expression suivante peut s'écrire :

k - rapport de transformation.

Pour transformateur élévateur k>1, et pour abaisseur - k<1.

Lors du fonctionnement d'un appareil réel, il y a toujours des pertes d'énergie :

• les enroulements sont chauffés.
• on travaille sur l'aimantation du noyau ;
• Les courants de Foucault apparaissent dans le noyau (ils ont un effet thermique sur le noyau massif).

Pour réduire les pertes lors du chauffage, les noyaux des transformateurs ne sont pas constitués d'une seule pièce de métal, mais de plaques minces, entre lesquelles se trouve un diélectrique.

L'énergie électrique est produite à différentes échelles de centrales électriques, principalement à l'aide de générateurs électromécaniques à induction.

La production d'énergie

Il existe deux principaux types de centrales électriques :

1. Thermique.

2. Hydraulique.

Cette division est causée par le type de moteur qui fait tourner le rotor du générateur. À thermique les centrales électriques utilisent le combustible comme source d'énergie : charbon, gaz, pétrole, schiste bitumineux, fioul. Le rotor est entraîné par des turbines à gaz à vapeur.

Les plus économiques sont les centrales thermiques à turbine à vapeur (TPP). Leur efficacité maximale atteint 70%. Ceci tient compte du fait que la vapeur d'échappement est utilisée dans les entreprises industrielles.

Sur le centrales hydroélectriques l'énergie potentielle de l'eau est utilisée pour faire tourner le rotor. Le rotor est entraîné par des turbines hydrauliques. La puissance de la centrale dépendra de la pression et de la masse d'eau traversant la turbine.

Consommation d'électricité

L'énergie électrique est utilisée presque partout. Bien sûr, la majeure partie de l'électricité produite provient de l'industrie. De plus, le transport sera un gros consommateur.

De nombreuses lignes ferroviaires sont depuis longtemps passées à la traction électrique. Éclairage des habitations, des rues de la ville, besoins industriels et domestiques des villages et des villages - tout cela est également un gros consommateur d'électricité.

Une grande partie de l'électricité reçue est convertie en énergie mécanique. Tous les mécanismes utilisés dans l'industrie sont entraînés par des moteurs électriques. Il y a assez de consommateurs d'électricité, et ils sont partout.

Et l'électricité n'est produite qu'à quelques endroits. La question se pose du transport de l'électricité, et sur de longues distances. Lors de la transmission sur de longues distances, il y a beaucoup de perte de puissance. Il s'agit principalement de pertes dues à l'échauffement des fils électriques.

Selon la loi de Joule-Lenz, l'énergie dépensée pour le chauffage est calculée par la formule :

Puisqu'il est presque impossible de réduire la résistance à un niveau acceptable, il est nécessaire de réduire l'intensité du courant. Pour ce faire, augmentez la tension. Habituellement, il y a des générateurs élévateurs aux stations et des transformateurs abaisseurs à la fin des lignes de transmission. Et déjà d'eux l'énergie se disperse vers les consommateurs.

Le besoin en énergie électrique ne cesse d'augmenter. Il existe deux façons de répondre à la demande de consommation accrue :

1. Construction de nouvelles centrales électriques

2. Utilisation de technologies de pointe.

Utilisation efficace de l'électricité

La première méthode nécessite la dépense d'un grand nombre de ressources de construction et financières. Il faut plusieurs années pour construire une centrale électrique. De plus, par exemple, les centrales thermiques consomment beaucoup de ressources naturelles non renouvelables et nuisent à l'environnement naturel.