Prijenos proizvodnje i potrošnja električne energije. Proizvodnja, prijenos i potrošnja električne energije

UPOTREBA ELEKTRIČNE ENERGIJE U RAZLIČITIM PODRUČJIMA ZNANOSTI
I UTJECAJ ZNANOSTI NA UPOTREBU ELEKTRIČNE ENERGIJE U ŽIVOTU

20. stoljeće je postalo stoljeće kada znanost zadire u sve sfere društva: gospodarstvo, politiku, kulturu, obrazovanje itd. Naravno, znanost izravno utječe na razvoj energije i opseg električne energije. S jedne strane, znanost doprinosi širenju opsega električne energije i time povećava njenu potrošnju, ali s druge strane, u doba kada neograničeno korištenje neobnovljivih izvora energije predstavlja opasnost za buduće generacije, razvoj tehnologija štednje energije i njihova primjena u životu postaju aktualni zadaci znanosti.

Pogledajmo ova pitanja u konkretnim primjerima. Oko 80% rasta BDP-a (bruto domaćeg proizvoda) u razvijenim zemljama ostvaruje se tehničkim inovacijama, od kojih se većina odnosi na korištenje električne energije. Sve novo u industriji, poljoprivredi i svakodnevnom životu dolazi nam zahvaljujući novim razvojima u razne industrije znanost.

Većina znanstvenog razvoja počinje teorijskim izračunima. No, ako su se u 19. stoljeću ti proračuni radili pomoću olovke i papira, onda su u doba znanstvene i tehničke revolucije (znanstveno-tehnološke revolucije) svi teorijski proračuni, odabir i analiza znanstvenih podataka, pa čak i jezična analiza književnih djela. obavlja se pomoću računala (elektronička računala), koja rade na električnoj energiji, najprikladnijoj za njezin prijenos na daljinu i korištenje. Ali ako su se u početku računala koristila za znanstvene izračune, sada su računala zaživjela iz znanosti.

Sada se koriste u svim sferama ljudske djelatnosti: za snimanje i pohranjivanje informacija, stvaranje arhiva, pripremu i uređivanje tekstova, crtanje i grafički radovi, automatizacija proizvodnje i poljoprivrede. Elektronizacija i automatizacija proizvodnje najvažnije su posljedice "druge industrijske" ili "mikroelektroničke" revolucije u gospodarstvima razvijenih zemalja. Razvoj integrirane automatizacije kvalitativno je izravno povezan s mikroelektronikom nova pozornica koji je započeo nakon izuma mikroprocesora 1971. - mikroelektroničkog logičkog uređaja ugrađenog u razni uređaji da upravljaju svojim radom.

Mikroprocesori su ubrzali rast robotike. Većina robota koji se danas koriste pripadaju takozvanoj prvoj generaciji i koriste se u zavarivanju, rezanju, prešanju, premazivanju itd. Roboti druge generacije koji ih zamjenjuju opremljeni su uređajima za prepoznavanje okoline. A "intelektualni" roboti treće generacije će "vidjeti", "osjetiti", "čuti". Znanstvenici i inženjeri među najprioritetnijim područjima primjene robota nazivaju nuklearnu energiju, razvoj svemir, transport, trgovina, skladištenje, medicinska služba, recikliranje, razvoj bogatstva oceanskog dna. Većina robota radi na struju, ali povećanje potrošnje električne energije koje roboti nadoknađuju smanjenjem troškova energije u mnogim energetski intenzivnim proizvodnih procesa kroz uvođenje pametnijih praksi i novih procesa uštede energije.

No, vratimo se znanosti. Sva nova teorijska dostignuća provjeravaju se eksperimentalno nakon računalnih proračuna. I, u pravilu, u ovoj fazi istraživanja se provode pomoću fizička mjerenja, kemijske analize itd. Ovdje su alati znanstveno istraživanje su raznoliki - brojni mjerni instrumenti, akceleratori, elektronski mikroskopi, magnetski rezonancijski tomografi itd. Većina ovih instrumenata eksperimentalne znanosti radi na električnoj energiji.

Ali znanost ne koristi samo električnu energiju u svojim teorijskim i eksperimentalnim poljima, znanstvene ideje se stalno pojavljuju u tradicionalnom polju fizike povezanom s proizvodnjom i prijenosom električne energije. Znanstvenici, na primjer, pokušavaju stvoriti električne generatore bez rotirajućih dijelova. U konvencionalnim elektromotorima, istosmjerna struja se mora primijeniti na rotor kako bi se stvorila "magnetska sila". Elektromagnetu, koji “radi kao rotor” (brzina mu vrtnje doseže tri tisuće okretaja u minuti), električna struja se mora dovoditi preko vodljivih ugljenih četkica i prstenova koji se trljaju jedni o druge i lako se troše. Fizičari su došli na ideju zamijeniti rotor mlazom vrućih plinova, mlazom plazme, u kojem se nalazi mnogo slobodnih elektrona i iona. Ako se takav mlaz prođe između polova jakog magneta, tada će se, prema zakonu elektromagnetske indukcije, u njemu pojaviti električna struja - uostalom, mlaz se kreće. Elektrode kojima se struja izvlači iz užarenog mlaza mogu biti nepokretne, za razliku od ugljenih četkica konvencionalnih električnih instalacija. Novi tip električnog stroja nazvan je magnetohidrodinamički generator.

Sredinom 20. stoljeća znanstvenici su stvorili originalni elektrokemijski generator, nazvan gorivna ćelija. Dva plina, vodik i kisik, dovode se do elektrodnih ploča gorivne ćelije. Na platinskim elektrodama plinovi doniraju elektrone vanjskom električnom krugu, postaju ioni i, kada se spoje, pretvaraju se u vodu. Od plinskog goriva odmah se dobiva i struja i voda. Zgodan, tih i čist izvor napajanja za putovanja na velike udaljenosti, na primjer, u svemir, gdje su oba proizvoda gorivnih ćelija posebno potrebna.

Još originalan način proizvodnja električne energije, koja je postala raširena u posljednje vrijeme, sastoji se u pretvaranju sunčeve energije u električnu energiju "izravno" - pomoću fotonaponskih instalacija (solarnih baterija). S njima se povezuje nastanak „solarnih kuća“, „solarnih staklenika“, „solarnih farmi“. Takav solarni paneli koristi se u svemiru za osiguravanje električne energije svemirski brodovi i stanice.

Znanost u području komunikacija i komunikacija razvija se vrlo brzo. Satelitska komunikacija se koristi ne samo kao sredstvo međunarodne komunikacije, već i u svakodnevnom životu – satelitske antene nisu rijetkost u našem gradu. Nova sredstva komunikacije, poput tehnologije vlakana, mogu značajno smanjiti gubitak električne energije u procesu prijenosa signala na velike udaljenosti.

Znanost i sfera upravljanja nisu zaobišli. Kako se znanstveno-tehnološka revolucija razvija, proizvodna i neproizvodna sfera ljudske djelatnosti širi, menadžment počinje igrati sve važniju ulogu u poboljšanju njihove učinkovitosti. Od svojevrsne umjetnosti, donedavne temeljene na iskustvu i intuiciji, menadžment je danas postao znanost. Znanost o upravljanju, općim zakonitostima primanja, pohranjivanja, prijenosa i obrade informacija naziva se kibernetika. Ovaj izraz dolazi iz grčke riječi"kormilar", "kormilar". Nalazi se u djelima starogrčki filozofi. Međutim, njegovo novo rođenje zapravo se dogodilo 1948., nakon objave knjige Kibernetika američkog znanstvenika Norberta Wienera.

Prije početka "kibernetičke" revolucije postojala je samo papirnata informatika, čije je glavno sredstvo percepcije bio ljudski mozak, a koja nije koristila električnu energiju. "Kibernetička" revolucija iznjedrila je bitno drugačiju - strojnu informatiku, koja odgovara gigantski povećanim tokovima informacija, čiji je izvor energije električna energija. Stvorena su potpuno nova sredstva za dobivanje informacija, njihovo prikupljanje, obradu i prijenos, koji zajedno čine složenu informacijsku strukturu. Uključuje automatske upravljačke sustave (automatizirane upravljačke sustave), banke podataka, automatizirane informacijske baze, računalne centre, video terminale, fotokopirne i telegrafske strojeve, nacionalne informacijske sustave, satelitske i brze optičke komunikacijske sustave - sve se to neograničeno proširilo opseg korištenja električne energije.

Mnogi znanstvenici vjeruju da u ovom slučaju pričamo o novoj "informacijskoj" civilizaciji koja zamjenjuje tradicionalnu organizaciju industrijskog tipa društva. Ovu specijalizaciju karakteriziraju sljedeće važne karakteristike:

· raširena informacijska tehnologija u materijalnoj i nematerijalnoj proizvodnji, u području znanosti, obrazovanja, zdravstva i dr.;

prisutnost široke mreže različitih baza podataka, uključujući javnu upotrebu;

transformacija informacija u jednu od kritični čimbenici gospodarski, nacionalni i osobni razvoj;

slobodan protok informacija u društvu.

Takav prijelaz iz industrijskog društva u "informacijsku civilizaciju" postao je moguć najvećim dijelom zahvaljujući razvoju energije i pružanju pogodne vrste energije u prijenosu i korištenju - električne energije.

ELEKTRIČNA ENERGIJA U PROIZVODNJI

Moderno društvo ne može se zamisliti bez elektrifikacije proizvodne djelatnosti. Već krajem 1980-ih više od 1/3 ukupne potrošnje energije u svijetu provodilo se u obliku električne energije. Do početka sljedećeg stoljeća taj bi se udio mogao povećati na 1/2. Takav porast potrošnje električne energije prvenstveno je povezan s povećanjem njezine potrošnje u industriji. Glavni dio industrijska poduzeća radi na električnu energiju. Visoka potrošnja električne energije tipična je za energetski intenzivne industrije kao što su metalurgija, aluminij i inženjering.

To stvara problem učinkovito korištenje ovu energiju. Kada se električna energija prenosi na velike udaljenosti, od proizvođača do potrošača, gubici topline duž dalekovoda rastu proporcionalno kvadratu struje, t.j. ako se struja udvostruči, gubitak topline se povećava za faktor 4. Stoga je poželjno da struja u vodovima bude mala. Da biste to učinili, povećajte napon na dalekovodu. Električna energija se prenosi kroz vodove gdje napon doseže stotine tisuća volti. U blizini gradova koji primaju energiju iz dalekovoda, ovaj se napon pomoću opadajućeg transformatora dovodi do nekoliko tisuća volti. U samom gradu, na trafostanicama, napon pada na 220 volti.

Naša zemlja okupira veliko područje, gotovo 12 vremenskih zona. A to znači da ako je u nekim regijama potrošnja električne energije maksimalna, onda je u drugim radni dan već završio i potrošnja se smanjuje. Za racionalno korištenje električne energije proizvedene u elektranama, one se kombiniraju u elektroenergetske sustave pojedinih regija: europski dio, Sibir, Ural, Daleki istok itd. Takva kombinacija omogućuje učinkovitije korištenje električne energije koordinacijom rad pojedinih elektrana. Sada su različiti energetski sustavi ujedinjeni u jedinstveni energetski sustav Rusije.

Sljedeća prilika za učinkovito korištenje je smanjenje energetske potrošnje električne energije uz pomoć tehnologija za uštedu energije i moderna oprema konzumirajući minimalnu količinu. Kao primjer može poslužiti proizvodnja čelika. Ako je 60-ih godina glavna metoda taljenja čelika bila metoda otvorenog ognjišta (72% ukupnog taljenja), onda je 90-ih godina ova tehnologija taljenja zamijenjena više učinkovite metode: kisik-konverter i električno taljenje čelika.

KNJIŽEVNOST:

1. Koltun M. Svijet fizike: znanstvena i umjetnička literatura. - M.: Det. lit., 1984.- 271s.

2. Maksakovskiy V.P. Geografska slika svijeta. 1. dio. opće karakteristike mir. - Yaroslavl: Gornji-Volž. knjiga. naklada, 1995.- 320s.

3. Ellion L., Wilkons W. Fizika. - M.: Nauka, 1967.- 808s.

4. enciklopedijski rječnik mladi fizičar /Comp. V.A. Chuyanov. - M.: Pedagogija, 1984.- 352s.

u fizici

na temu "Proizvodnja, prijenos i korištenje električne energije"

Učenici 11. razreda A

MOU škola broj 85

Katarine.

Apstraktni plan.

Uvod.

1. Proizvodnja električne energije.

1. vrste elektrana.

2. alternativnih izvora energije.

2. Prijenos električne energije.

transformatori.

3. Korištenje električne energije.

Uvod.

Rođenje energije dogodilo se prije nekoliko milijuna godina, kada su ljudi naučili koristiti vatru. Vatra im je davala toplinu i svjetlost, bila je izvor inspiracije i optimizma, oružje protiv neprijatelja i divljih životinja, lijek, pomoćnik u poljoprivredi, konzervans hrane, tehnološki alat itd.

Pojavio se prekrasan mit o Prometeju, koji je ljudima dao vatru Drevna grčka mnogo kasnije od, u mnogim dijelovima svijeta, metoda prilično sofisticiranog rukovanja vatrom, njezine proizvodnje i gašenja, očuvanja vatre i racionalno korištenje gorivo.

Dugi niz godina vatra se održavala sagorijevanjem biljnih energenata (drvo, grmlje, trska, trava, suhe alge i dr.), a potom se otkrilo da je za održavanje vatre moguće koristiti fosilne tvari: ugljen, naftu. , škriljac, treset.

Danas je energija i dalje glavna komponenta ljudskog života. Omogućuje stvaranje razni materijali, jedan je od glavnih čimbenika razvoja novih tehnologija. Jednostavno rečeno, bez svladavanja razne vrste energije, osoba nije u stanju u potpunosti postojati.

Proizvodnja energije.

Vrste elektrana.

Termoelektrana (TPP), elektrana koja generira električnu energiju kao rezultat pretvorbe toplinske energije koja se oslobađa tijekom izgaranja fosilnih goriva. Prve termoelektrane pojavile su se krajem 19. stoljeća i postale su rasprostranjene. Sredinom 70-ih godina 20. stoljeća termoelektrane su bile glavni tip elektrana.

U termoelektranama se kemijska energija goriva prvo pretvara u mehaničku, a zatim u električnu energiju. Gorivo za takvu elektranu može biti ugljen, treset, plin, uljni škriljac, loživo ulje.

Termoelektrane se dijele na kondenzacija(IES), dizajniran za proizvodnju samo električne energije, i kombinirane toplinske i elektrane(CHP), uz proizvodnju električne energije Termalna energija kao Vruća voda i par. Velike IES-ove regionalnog značaja nazivaju se državne područne elektrane (GRES).

Protozoa kružni dijagram IES na ugljen prikazan je na slici. Ugljen se dovodi u bunker za gorivo 1, a iz njega - u postrojenje za drobljenje 2, gdje se pretvara u prašinu. Ugljena prašina ulazi u peć generatora pare (parni kotao) 3, koji ima sustav cijevi u kojima kruži kemijski pročišćena voda, nazvana napojna voda. U kotlu se voda zagrijava, isparava, a nastala zasićena para se dovede na temperaturu od 400-650 °C i pod pritiskom od 3-24 MPa kroz parni cjevovod ulazi u parnu turbinu 4. Para parametri ovise o snazi jedinica.

Termokondenzacijske elektrane imaju nisku učinkovitost (30-40%), jer se najveći dio energije gubi s dimnim plinovima i rashladnom vodom kondenzatora. Povoljno je graditi IES u neposrednoj blizini mjesta vađenja goriva. Istodobno, potrošači električne energije mogu se nalaziti na znatnoj udaljenosti od stanice.

kombinirana toplana i elektrana razlikuje se od kondenzacijske stanice posebnom toplinskom i energetskom turbinom s ugrađenom ekstrakcijom pare. U CHPP se jedan dio pare u potpunosti koristi u turbini za proizvodnju električne energije u generatoru 5 i zatim ulazi u kondenzator 6, dok se drugi dio, koji ima visoku temperaturu i tlak, uzima iz međufaza elektrane. turbina i služi za opskrbu toplinom. Kondenzatna pumpa 7 kroz deaerator 8, a zatim napojna pumpa 9 se dovodi u generator pare. Količina pare koja se ekstrahira ovisi o potrebama poduzeća za toplinskom energijom.

Učinkovitost CHP doseže 60-70%. Takve se stanice obično grade u blizini potrošača - industrijskih poduzeća ili stambenih područja. Najčešće rade na uvozno gorivo.

Znatno manje raširen termalne stanice iz plinska turbina(GTPS), parni plin(PGES) i dizel postrojenja.

U komori za izgaranje GTPP-a gori plin ili tekuće gorivo; proizvodi izgaranja s temperaturom od 750-900 ºS ulaze u plinsku turbinu koja rotira električni generator. Učinkovitost takvih termoelektrana je obično 26-28%, snaga je do nekoliko stotina MW . GTPP-ovi se obično koriste za pokrivanje vršnih električnih opterećenja. Učinkovitost SGPP može doseći 42 - 43%.

Najisplativije su velike termoelektrane s parnom turbinom (skraćeno TE). Većina termoelektrana u našoj zemlji kao gorivo koristi ugljenu prašinu. Za proizvodnju 1 kWh električne energije potrebno je nekoliko stotina grama ugljena. U parnom kotlu, preko 90% energije koju oslobađa gorivo prenosi se na paru. U turbini se kinetička energija mlaznica pare prenosi na rotor. Osovina turbine je čvrsto povezana s osovinom generatora.

Moderne parne turbine za termoelektrane su vrlo napredni, brzi, visoko ekonomični strojevi s dugim vijekom trajanja. Njihova snaga u verziji s jednom osovinom doseže 1 milijun 200 tisuća kW, a to nije granica. Takvi strojevi su uvijek višestupanjski, odnosno obično imaju nekoliko desetaka diskova s radnim lopaticama i isto toliko, ispred svakog diska, skupina mlaznica kroz koje struji mlaz pare. Tlak i temperatura pare postupno se smanjuju.

Iz kolegija fizike poznato je da učinkovitost toplinskih motora raste s povećanjem početne temperature radnog fluida. Stoga se para koja ulazi u turbinu dovodi do visokih parametara: temperatura je gotovo do 550 ° C, a tlak je do 25 MPa. Učinkovitost TPP doseže 40%. Većina energije se gubi zajedno s vrućom ispušnom parom.

Hidroelektrana (HE), kompleks građevina i opreme kroz koje se energija protoka vode pretvara u električnu energiju. HE se sastoji od serijskog kruga hidraulične konstrukcije, osigurava potrebnu koncentraciju protoka vode i stvaranje tlaka, te energetska oprema koja pretvara energiju vode koja se kreće pod pritiskom u mehaničku energiju rotacije, koja se, pak, pretvara u električnu energiju.

Glava hidroelektrane nastaje koncentracijom pada rijeke u korištenom dijelu uz branu, odn. izvođenje, ili brana i derivacija zajedno. Glavna energetska oprema HE nalazi se u zgradi HE: u strojarnici elektrane - hidraulične jedinice, pomoćna oprema, uređaji za automatsko upravljanje i nadzor; u središnjem upravljačkom mjestu - operatersko-dispečerskoj konzoli odn operater hidroelektrane. Pojačavanje transformatorska podstanica smještene unutar zgrade elektrane i u zasebnim zgradama ili na otvorenim prostorima. Uređaji za distribucijučesto se nalazi na otvorenom prostoru. Zgrada elektrane može se podijeliti na dijelove s jednom ili više jedinica i pomoćna oprema odvojen od susjednih dijelova zgrade. Na zgradi HE ili unutar nje stvara se montažno mjesto za montažu i popravak različite opreme te za poslove pomoćnog održavanja HE.

Prema instaliranom kapacitetu (in MW) razlikovati hidroelektrane snažan(Sv. 250), srednji(do 25) i mali(do 5). Snaga hidroelektrane ovisi o tlaku (razlici između razina uzvodno i nizvodno ), brzina protoka vode koja se koristi u hidrauličkim turbinama i učinkovitost hidrauličke jedinice. Iz niza razloga (zbog npr. sezonskih promjena vodostaja u akumulacijama, varijabilnosti opterećenja elektroenergetskog sustava, popravka hidroelektrana ili hidrauličkih građevina i sl.) tlak i protok vode su konstantno mijenja, a uz to se mijenja i protok pri regulaciji snage HE. Postoje godišnji, tjedni i dnevni ciklusi rada HE.

Prema maksimalno iskorištenom tlaku HE se dijele na visokotlačni(preko 60 m), srednji pritisak(od 25 do 60 m) I niski pritisak(od 3 do 25 m). Na ravnim rijekama tlak rijetko prelazi 100 m, u planinskim uvjetima, kroz branu, moguće je stvoriti pritiske do 300 m i više, a uz pomoć izvođenja - do 1500 m. Podjela hidroelektrane prema korištenom tlaku je okvirna, uvjetna.

Prema shemi korištenja vodnih resursa i koncentraciji tlaka, HE se obično dijele na kanal , blizu brane , preusmjeravanje s tlačnim i beztlačnim izvođenjem, mješovito, crpno skladište I plima .

U protočnim i uzbranskim HE tlak vode stvara brana koja blokira rijeku i podiže razinu vode u uzvodnom dijelu. Pritom je neizbježna i neka poplava riječne doline. Protočne i uzbranske hidroelektrane grade se kako na niskim rijekama s puno vode, tako i na planinskim rijekama, u uskim stisnutim dolinama. Protočne HE karakteriziraju padovi do 30-40 m.

Pri višim tlakovima pokazuje se nepraktičnim prenijeti hidrostatski tlak vode na zgradu elektrane. U ovom slučaju, vrsta brana Hidroelektrana, u kojoj je tlačni front cijelom dužinom blokiran branom, a zgrada hidroelektrane smještena iza brane, graniči nizvodno.

Druga vrsta rasporeda blizu brane Hidroelektrana odgovara planinskim uvjetima s relativno malim protokom rijeka.

U derivacijski Hidroelektrična koncentracija pada rijeke stvara se derivacijom; voda se na početku korištene dionice rijeke odvodi iz riječnog kanala vodnom cijevi, s nagibom znatno manjim od prosječnog nagiba rijeke na ovoj dionici i uz ravnanje zavoja i zavoja kanala. Završetak derivacije dovodi se na lokaciju zgrade HE. Otpadne vode se ili vraćaju u rijeku ili dovode u sljedeću preusmjernu HE. Derivacija je korisna kada je nagib rijeke visok.

Posebno mjesto među HE zauzimaju crpne akumulacijske elektrane(PSPP) i plimne elektrane(PES). Izgradnja crpne elektrane posljedica je sve veće potražnje za vršnom snagom u velikim energetskim sustavima, što određuje proizvodni kapacitet potreban za pokrivanje vršnih opterećenja. Sposobnost crpne elektrane da akumulira energiju temelji se na činjenici da slobodna energija u energetskom sustavu u određenom vremenskom razdoblju Električna energija koriste ga crpne akumulacijske elektrane koje, radeći u pumpnom režimu, pumpaju vodu iz akumulacije u gornji akumulacijski bazen. Tijekom vršnog opterećenja, akumulirana energija se vraća u elektroenergetski sustav (ulazi voda iz gornjeg bazena cevovod i rotira hidraulične jedinice koje rade u režimu strujnog generatora).

PES pretvaraju energiju morske plime u električnu energiju. Električna snaga plimnih hidroelektrana, zbog nekih značajki povezanih s periodičnom prirodom plime i oseke, može se koristiti u elektroenergetskim sustavima samo u sprezi s energijom regulacijskih elektrana, koje kompenziraju nestanke struje plimnih elektrana tijekom dan ili mjeseci.

Najvažnija značajka hidroenergetskih resursa u usporedbi s izvorima goriva i energije je njihova kontinuirana obnova. Nedostatak potrebe za gorivom za HE određuje nisku cijenu električne energije proizvedene u HE. Dakle, izgradnja hidroelektrana, unatoč značajnim, specifičnim kapitalnim ulaganjima po 1 kW instalirani kapacitet i dugo vrijeme izgradnje, bio je i jest od velike važnosti, posebice kada je povezan s smještajem elektro intenzivnih industrija.

Nuklearna elektrana (NPP), elektrana u kojoj se atomska (nuklearna) energija pretvara u električnu. Generator energije u nuklearnoj elektrani je nuklearni reaktor. Toplina koja se oslobađa u reaktoru kao rezultat lančana reakcija nuklearna fisija nekih teških elemenata, zatim se, kao iu konvencionalnim termoelektranama (TE), pretvara u električnu energiju. Za razliku od termoelektrana koje rade na fosilna goriva, nuklearne elektrane rade na nuklearno gorivo(na temelju 233 U, 235 U, 239 Pu). Utvrđeno je da svjetski energetski resursi nuklearnog goriva (uran, plutonij itd.) znatno premašuju energetske resurse prirodni resursi organsko gorivo (nafta, ugljen, prirodni gas i tako dalje.). To otvara široke izglede za zadovoljavanje brzo rastuće potražnje za gorivom. Osim toga, potrebno je voditi računa o sve većem obujmu potrošnje ugljena i nafte za tehnološke potrebe svjetskog gospodarstva. kemijska industrija, koja postaje ozbiljna konkurencija termoelektranama. Unatoč otkriću novih nalazišta organskog goriva i poboljšanju metoda za njegovo vađenje, svijet teži relativnom povećanju njegove cijene. To stvara najteže uvjete za zemlje s ograničenim rezervama fosilnih goriva. Očigledna je potreba za brzim razvojem nuklearne energije, koja već sada zauzima istaknuto mjesto u energetskoj bilanci niza industrijskih zemalja svijeta.

Shematski dijagram nuklearne elektrane s nuklearni reaktor, koji ima vodeno hlađenje, prikazan je na sl. 2. Toplina stvorena u jezgra reaktor rashladna tekućina, upija voda 1. kruga koja se cirkulacijskom pumpom pumpa kroz reaktor.Zagrijana voda iz reaktora ulazi u izmjenjivač topline (parogenerator) 3, gdje prenosi toplinu primljenu u reaktoru na vodu 2. kruga. Voda iz 2. kruga isparava u generatoru pare i nastaje para koja zatim ulazi u turbinu 4.

Najčešće se u nuklearnim elektranama koriste 4 vrste reaktora toplinskih neutrona:

1) voda-voda s običnom vodom kao moderatorom i rashladnom tekućinom;

2) grafit-voda s vodenim rashladnim sredstvom i grafitnim moderatorom;

3) teška voda s vodenim rashladnim sredstvom i teška voda kao moderator;

4) grafit - plin s plinskim rashladnim sredstvom i grafitnim moderatorom.

Izbor pretežno korištenog tipa reaktora određen je uglavnom akumuliranim iskustvom u reaktoru nosaču, kao i dostupnošću potrebne industrijske opreme, sirovina itd.

Reaktor i njegovi prateći sustavi uključuju: sam reaktor s biološkom zaštitom , izmjenjivači topline, pumpe ili instalacije za puhanje plina koje cirkuliraju rashladno sredstvo, cjevovodi i spojnice za cirkulaciju kruga, uređaji za ponovno punjenje nuklearnog goriva, sustavi posebne ventilacije, hitno hlađenje itd.

Radi zaštite osoblja NEK od izlaganja zračenju, reaktor je okružen biološkom zaštitom, čiji su glavni materijali beton, voda, serpentinski pijesak. Oprema reaktorskog kruga mora biti potpuno zatvorena. Predviđen je sustav praćenja mjesta mogućeg istjecanja rashladne tekućine, poduzimaju se mjere da pojava curenja i prekida u krugu ne dovede do radioaktivnih emisija i onečišćenja prostora NEK i okolnog prostora. Radioaktivni zrak i mala količina para rashladne tekućine, zbog prisutnosti curenja iz kruga, uklanjaju se iz nenadziranih prostorija NEK poseban sustav ventilacija, u kojoj su, kako bi se isključila mogućnost onečišćenja zraka, predviđeni filteri za čišćenje i držači plina. Služba dozimetrijskog nadzora prati poštivanje pravila radijacijske sigurnosti od strane osoblja NEK.

Dostupnost biološka zaštita, posebna ventilacija i sustavi hlađenja u nuždi te usluge dozimetrijskog nadzora omogućuju potpuno osiguranje uslužno osoblje NPP od štetnih učinaka radioaktivnog izlaganja.

NEK, kojih je najviše moderan izgled elektrane imaju niz značajnih prednosti u odnosu na druge vrste elektrana: u normalnim radnim uvjetima, one apsolutno ne zagađuju okoliš, ne zahtijevaju vezanje za izvor sirovina i, sukladno tome, mogu se postaviti gotovo bilo gdje. Novi pogonski agregati imaju kapacitet od gotovo jednaka snaga prosječna HE, međutim, faktor iskorištenosti instaliranih kapaciteta u nuklearnim elektranama (80%) znatno je veći od faktora iskorištenosti HE ili TE.

Praktički nema značajnih nedostataka nuklearnih elektrana u normalnim uvjetima rada. No, ne može se ne primijetiti opasnost od nuklearnih elektrana pod mogućim okolnostima više sile: potresi, uragani itd. - ovdje stari modeli energetskih jedinica predstavljaju potencijalnu opasnost od radijacijske kontaminacije teritorija zbog nekontroliranog pregrijavanja reaktora.

Alternativni izvori energije.

Energija sunca.

U posljednje vrijeme drastično se povećao interes za problem korištenja sunčeve energije, jer je potencijal za energiju temeljenu na korištenju izravnog sunčevog zračenja iznimno velik.

Najjednostavniji kolektor sunčevog zračenja je pocrnjeli metalni (obično aluminijski) lim, unutar kojeg se nalaze cijevi u kojima cirkulira tekućina. Zagrijana sunčevom energijom koju apsorbira kolektor, tekućina se isporučuje za izravnu upotrebu.

Sunčeva energija je jedna od materijalno najintenzivnijih vrsta proizvodnje energije. Velika upotreba sunčeve energije povlači gigantski porast potrebe za materijalima, a time i za radnim resursima za vađenje sirovina, njihovo obogaćivanje, proizvodnju materijala, proizvodnju heliostata, kolektora, druge opreme, i njihov transport.

Do sada je električna energija koju proizvode sunčeve zrake puno skuplja od one dobivene tradicionalnim metodama. Znanstvenici se nadaju da će pokusi koje će provoditi u eksperimentalnim objektima i postajama pomoći u rješavanju ne samo tehničkih već i ekonomskih problema.

energija vjetra.

Energija kretanja zračnih masa je ogromna. Rezerve energije vjetra više su od stotinu puta veće od rezervi hidroenergije svih rijeka planeta. Vjetrovi pušu stalno i posvuda na zemlji. Klimatski uvjeti omogućuju razvoj energije vjetra na velikom području.

No ovih dana motori na vjetar pokrivaju samo tisućiti dio svjetskih energetskih potreba. Zato dizajn vjetrobranskog kotača, srca svake vjetroelektrane, uključuje graditelje zrakoplova koji su u mogućnosti odabrati najprikladniji profil lopatice i proučavati ga u aerotunelu. Zalaganjem znanstvenika i inženjera stvorena je široka paleta dizajna modernih vjetroagregata.

Zemljina energija.

Od davnina ljudi su znali za elementarne manifestacije divovske energije koja vreba u dubinama globus. Sjećanje čovječanstva čuva legende o katastrofalnim vulkanskim erupcijama koje su odnijele milijune ljudski životi, neprepoznatljivo promijenio lice mnogih mjesta na Zemlji. Snaga erupcije čak i relativno malog vulkana je kolosalna, mnogo puta premašuje snagu najvećih elektrana stvorenih ljudskim rukama. Istina, ne treba govoriti o izravnom korištenju energije vulkanskih erupcija, zasad ljudi nemaju priliku obuzdati ovaj neposlušni element.

Energija Zemlje pogodna je ne samo za grijanje prostora, kao što je slučaj na Islandu, već i za proizvodnju električne energije. Elektrane na tople podzemne izvore rade već duže vrijeme. Prva takva elektrana, još uvijek prilično male snage, izgrađena je 1904. godine u malom talijanskom gradiću Larderello. Postupno je rastao kapacitet elektrane, puštalo se u pogon sve više novih jedinica, korišteni su novi izvori tople vode, a danas je snaga stanice već dosegla impresivnu vrijednost od 360 tisuća kilovata.

Prijenos električne energije.

Transformatori.

Kupili ste ZIL hladnjak. Prodavač vas je upozorio da je hladnjak predviđen za mrežni napon od 220 V. A u vašoj kući je mrežni napon 127 V. Zastoj? Nikako. Samo treba učiniti dodatni trošak i kupiti transformator.

Transformator- vrlo jednostavan uređaj koji vam omogućuje i povećanje i smanjenje napona. transformacija naizmjenična struja provodi se pomoću transformatora. Po prvi put, transformatore je 1878. upotrijebio ruski znanstvenik P. N. Yablochkov za napajanje "električnih svijeća" koje je izumio, novog izvora svjetlosti u to vrijeme. Ideju P. N. Yablochkova razvio je I. F. Usagin, zaposlenik Moskovskog sveučilišta, koji je dizajnirao poboljšane transformatore.

Transformator se sastoji od zatvorene željezne jezgre na koju su postavljene dvije (ponekad i više) zavojnice sa žičanim namotima (slika 1). Jedan od namota, nazvan primarni, spojen je na izvor izmjeničnog napona. Drugi namot, na koji je spojeno "opterećenje", tj. uređaji i uređaji koji troše električnu energiju, naziva se sekundarni.

Djelovanje transformatora temelji se na fenomenu elektromagnetske indukcije. Kada izmjenična struja prolazi kroz primarni namot, u željeznoj jezgri se pojavljuje izmjenični magnetski tok koji pobuđuje indukcijski EMF u svakom namotu. Štoviše, trenutna vrijednost indukcijske emf e u svaki zavoj primarnog ili sekundarnog namota prema Faradayjevu zakonu određuje se formulom:

e = - Δ Ž/ Δ t

Ako F= F 0 sosωt, dakle

e = ω F 0 grijeh ω t , ili

e = E 0 grijeh ω t ,

gdje E 0 \u003d ω F 0 - amplituda EMF-a u jednom okretu.

U primarnom namotu, koji ima p 1 zavoja, ukupna indukcijska emf e 1 jednako je n 1 e.

U sekundarnom namotu postoji ukupni EMF. e 2 jednako je n 2 e, gdje p 2 je broj zavoja ovog namota.

Otuda slijedi da

e 1 e 2 \u003d n 1 n 2 . (1)

Zbroj napona u 1 , primijenjen na primarni namot, i EMF e 1 treba biti jednak padu napona u primarnom namotu:

u 1 + e 1 = i 1 R 1 , gdje R 1 je aktivni otpor namota, i i 1 je struja u njemu. Ova jednadžba slijedi izravno iz opće jednadžbe. Obično je aktivni otpor namota mali i član i 1 R 1 može se zanemariti. Zato

u 1 ≈ -e 1 . (2)

Kada je sekundarni namot transformatora otvoren, struja u njemu ne teče, a odvija se relacija:

u 2 ≈ - e 2 . (3)

Budući da su trenutne vrijednosti emf e 1 I e 2 promjena faze, tada se njihov omjer u formuli (1) može zamijeniti omjerom efektivnih vrijednosti E 1 I E 2 ove EMF ili, uzimajući u obzir jednakosti (2) i (3), omjer efektivnih vrijednosti napona U 1 i U 2 .

U 1 /U 2 = E 1 / E 2 = n 1 / n 2 = k . (4)

Vrijednost k nazvan omjerom transformacije. Ako k>1, tada je transformator step-down, s k <1 - povećavajući.

Kada je krug sekundarnog namota zatvoren, struja teče u njemu. Zatim odnos u 2 ≈ - e 2 više nije točno zadovoljena, a prema tome i veza između U 1 i U 2 postaje složeniji nego u jednadžbi (4).

Prema zakonu održanja energije, snaga u primarnom krugu mora biti jednaka snazi u sekundarnom krugu:

U 1 ja 1 = U 2 ja 2, (5)

gdje ja 1 I ja 2 - efektivne vrijednosti sile u primarnom i sekundarnom namotu.

Otuda slijedi da

U 1 /U 2 = ja 1 / ja 2 . (6)

To znači da višestrukim povećanjem napona uz pomoć transformatora smanjujemo struju za isti iznos (i obrnuto).

Zbog neizbježnih gubitaka energije za stvaranje topline u namotima i željeznoj jezgri, jednadžbe (5) i (6) su približno ispunjene. Međutim, u modernim transformatorima velike snage, ukupni gubici ne prelaze 2-3%.

U svakodnevnoj praksi često se morate nositi s transformatorima. Uz one transformatore koje koristimo, htjeli-ne htjeli, s obzirom na to da su industrijski uređaji predviđeni za jedan napon, a drugi se koristi u gradskoj mreži, osim njih, moramo se baviti i auto motkama. Bobina je pojačani transformator. Za stvaranje iskre koja pali radnu smjesu potreban je visoki napon, koji dobivamo iz akumulatora automobila, nakon što prvo pretvorimo istosmjernu struju baterije u izmjeničnu struju pomoću prekidača. Lako je vidjeti da, sve do gubitka energije koja se koristi za zagrijavanje transformatora, kako se napon povećava, struja se smanjuje i obrnuto.

Strojevi za zavarivanje zahtijevaju transformatore za smanjenje snage. Zavarivanje zahtijeva vrlo velike struje, a transformator aparata za zavarivanje ima samo jedan izlazni zavoj.

Vjerojatno ste primijetili da je jezgra transformatora izrađena od tankih čeličnih limova. To se radi kako se ne bi gubila energija tijekom pretvorbe napona. U pločastim materijalima vrtložne struje će igrati manju ulogu nego u čvrstom materijalu.

Kod kuće imate posla s malim transformatorima. Što se tiče snažnih transformatora, to su ogromne strukture. U tim slučajevima se jezgra s namotima stavlja u spremnik napunjen rashladnim uljem.

Prijenos električne energije

Potrošači električne energije su posvuda. Proizvodi se na relativno malo mjesta u blizini izvora goriva i vode. Stoga postaje potrebno prenositi električnu energiju na udaljenosti koje ponekad dosežu stotine kilometara.

No prijenos električne energije na velike udaljenosti povezan je sa značajnim gubicima. Činjenica je da ih struja, prolazeći kroz vodove, zagrijava. U skladu s Joule-Lenzovim zakonom, energija utrošena na zagrijavanje žica linije određuje se formulom

gdje je R otpor linije. S dugom linijom prijenos energije može postati općenito neekonomičan. Da biste smanjili gubitke, možete, naravno, slijediti put smanjenja otpora R linije povećanjem površine poprečnog presjeka žica. Ali da bi se R, na primjer, smanjio za faktor 100, masa žice se također mora povećati za faktor 100. Jasno je da se ne može dopustiti tako veliki utrošak skupog obojenog metala, a da ne spominjemo poteškoće pričvršćivanja teških žica na visoke jarbole itd. Stoga se gubici energije u liniji smanjuju na drugi način: smanjenjem struje u liniji. Na primjer, smanjenje struje za faktor 10 smanjuje količinu topline koja se oslobađa u vodičima za 100 puta, tj. postiže se isti učinak kao kod stostrukog ponderiranja žice.

Budući da je strujna snaga proporcionalna umnošku jačine struje i napona, kako bi se održala odašena snaga, potrebno je povećati napon u dalekovodu. Štoviše, što je dalekovod duži, to je isplativije koristiti veći napon. Tako, na primjer, u visokonaponskom dalekovodu Volzhskaya HE - Moskva koristi se napon od 500 kV. U međuvremenu, generatori izmjenične struje grade se za napone koji ne prelaze 16-20 kV, jer bi veći napon zahtijevao donošenje složenijih posebnih mjera za izolaciju namota i drugih dijelova generatora.

Stoga se u velikim elektranama ugrađuju pojačani transformatori. Transformator povećava napon u liniji onoliko koliko smanjuje struju. Gubitak snage u ovom slučaju je mali.

Za izravnu uporabu električne energije u motorima elektromotornog pogona alatnih strojeva, u rasvjetnoj mreži i u druge svrhe potrebno je smanjiti napon na krajevima voda. To se postiže korištenjem step-down transformatora. Štoviše, obično se smanjenje napona i, sukladno tome, povećanje snage struje događa u nekoliko faza. U svakoj fazi napon je sve manji, a područje koje pokriva električna mreža sve je šire. Shema prijenosa i distribucije električne energije prikazana je na slici.

Elektrane u brojnim regijama zemlje povezane su visokonaponskim dalekovodima, tvoreći zajedničku elektroenergetsku mrežu na koju su priključeni potrošači. Takvo udruženje naziva se elektroenergetski sustav. Elektroenergetski sustav osigurava nesmetanu opskrbu potrošača energijom, bez obzira na njihovu lokaciju.

Korištenje električne energije.

Korištenje električne energije u raznim područjima znanosti.

Razmotrimo ova pitanja na konkretnim primjerima. Oko 80% rasta BDP-a (bruto domaćeg proizvoda) u razvijenim zemljama ostvaruje se tehničkim inovacijama, od kojih se većina odnosi na korištenje električne energije. Sve novo u industriji, poljoprivredi i svakodnevnom životu dolazi nam zahvaljujući novim dostignućima u raznim granama znanosti.

Sada se koriste u svim područjima ljudske djelatnosti: za bilježenje i pohranu informacija, stvaranje arhiva, pripremu i uređivanje tekstova, izvođenje crtačkih i grafičkih radova, automatizaciju proizvodnje i poljoprivrede. Elektronizacija i automatizacija proizvodnje najvažnije su posljedice "druge industrijske" ili "mikroelektroničke" revolucije u gospodarstvima razvijenih zemalja. Razvoj integrirane automatizacije izravno je vezan uz mikroelektroniku, čija je kvalitativno nova faza započela nakon izuma 1971. mikroprocesora - mikroelektroničkog logičkog uređaja ugrađenog u različite uređaje za upravljanje njihovim radom.

Mikroprocesori su ubrzali rast robotike. Većina robota koji se danas koriste pripadaju takozvanoj prvoj generaciji, a koriste se u zavarivanju, rezanju, prešanju, premazivanju itd. Roboti druge generacije koji ih zamjenjuju opremljeni su uređajima za prepoznavanje okoline. A roboti – “intelektualci” treće generacije će “vidjeti”, “osjetiti”, “čuti”. Znanstvenici i inženjeri nuklearnu energiju, istraživanje svemira, transport, trgovinu, skladištenje, medicinsku skrb, preradu otpada i razvoj bogatstva oceanskog dna nazivaju najprioritetnijim područjima za korištenje robota. Većina robota radi na električnu energiju, ali povećanje potrošnje električne energije robota nadoknađuje smanjenje troškova energije u mnogim energetski intenzivnim proizvodnim procesima kroz uvođenje pametnijih metoda i novih tehnoloških procesa koji štede energiju.

No, vratimo se znanosti. Sva nova teorijska dostignuća provjeravaju se eksperimentalno nakon računalnih proračuna. I, u pravilu, u ovoj fazi istraživanja se provode pomoću fizikalnih mjerenja, kemijskih analiza itd. Ovdje su znanstveno-istraživački alati raznoliki – brojni mjerni instrumenti, akceleratori, elektronski mikroskopi, magnetski rezonancijski tomografi itd. Većina ovih instrumenata eksperimentalne znanosti radi na električnoj energiji.

Znanost i sfera upravljanja nisu zaobišli. Kako se znanstveno-tehnološka revolucija razvija, proizvodna i neproizvodna sfera ljudske djelatnosti širi, menadžment počinje igrati sve važniju ulogu u poboljšanju njihove učinkovitosti. Od svojevrsne umjetnosti, donedavne temeljene na iskustvu i intuiciji, menadžment je danas postao znanost. Znanost o upravljanju, općim zakonitostima primanja, pohranjivanja, prijenosa i obrade informacija naziva se kibernetika. Ovaj izraz dolazi od grčkih riječi "kormilar", "kormilar". Nalazi se u spisima starogrčkih filozofa. Međutim, njegovo novo rođenje zapravo se dogodilo 1948. godine, nakon objave knjige američkog znanstvenika Norberta Wienera "Kibernetika".

Mnogi znanstvenici vjeruju da je u ovom slučaju riječ o novoj "informacijskoj" civilizaciji, koja zamjenjuje tradicionalnu organizaciju industrijskog tipa društva. Ovu specijalizaciju karakteriziraju sljedeće važne karakteristike:

· rašireno korištenje informacijske tehnologije u materijalnoj i nematerijalnoj proizvodnji, u području znanosti, obrazovanja, zdravstva i dr.;

prisutnost široke mreže različitih baza podataka, uključujući javnu upotrebu;

transformacija informacija u jedan od najvažnijih čimbenika gospodarskog, nacionalnog i osobnog razvoja;

slobodan protok informacija u društvu.

Električna energija u proizvodnji.

Suvremeno društvo ne može se zamisliti bez elektrifikacije proizvodnih djelatnosti. Već krajem 1980-ih više od 1/3 ukupne potrošnje energije u svijetu provodilo se u obliku električne energije. Do početka sljedećeg stoljeća taj bi se udio mogao povećati na 1/2. Takav porast potrošnje električne energije prvenstveno je povezan s povećanjem njezine potrošnje u industriji. Glavni dio industrijskih poduzeća radi na električnoj energiji. Visoka potrošnja električne energije tipična je za energetski intenzivne industrije kao što su metalurgija, aluminij i inženjering.

Struja u kući.

Struja je u svakodnevnom životu neophodan pomoćnik. Svaki dan se nosimo s tim i, vjerojatno, više ne možemo zamisliti svoj život bez toga. Sjetite se kad ste zadnji put ugasili svjetlo, tj. vaša kuća nije dobila struju, sjetite se kako ste se zaklinjali da nemate vremena za ništa i da vam treba svjetlo, trebao vam je TV, kuhalo za vodu i hrpa drugih električni uređaji. Uostalom, ako smo zauvijek bez energije, onda ćemo se jednostavno vratiti u ona davna vremena kada se hrana kuhala na vatri i živjela u hladnim wigwamima.

Važnost električne energije u našem životu može se obraditi cijelom pjesmom, toliko je važna u našem životu i tako smo navikli na to. Iako više ne primjećujemo da ona dolazi u naše domove, ali kad je ugase, postaje jako neugodno.

Cijenite struju!

Bibliografija.

1. Udžbenik S.V. Gromova "Fizika, 10. razred". Moskva: Prosvjeta.

2. Enciklopedijski rječnik mladog fizičara. Sastav. V.A. Čujanov, Moskva: Pedagogija.

3. Ellion L., Wilkons W.. Fizika. Moskva: Nauka.

4. Koltun M. Svijet fizike. Moskva.

5. Izvori energije. Činjenice, problemi, rješenja. Moskva: Znanost i tehnologija.

6. Netradicionalni izvori energije. Moskva: Znanje.

7. Yudasin L.S. Energija: problemi i nade. Moskva: Prosvjeta.

8. Podgorny A.N. Energija vodika. Moskva: Nauka.

Prijenos električne energije je proces koji se sastoji u opskrbi električnom energijom potrošača. Električna energija se proizvodi na udaljenim izvorima proizvodnje (elektrane) ogromnim generatorima koji koriste ugljen, prirodni plin, vodu, nuklearnu fisiju ili vjetar.

Struja se prenosi preko transformatora, koji povećavaju njen napon. Visoki napon je ekonomski koristan pri prijenosu energije na velike udaljenosti. Diljem zemlje protežu se visokonaponski dalekovodi. Preko njih električna struja dolazi do trafostanica u blizini velikih gradova, gdje se njezin napon smanjuje i šalje na male (distributivne) dalekovode. Električna struja putuje kroz distribucijske vodove u svakoj četvrti grada i ulazi u transformatorske kutije. Transformatori smanjuju napon na određenu standardnu vrijednost, što je sigurno i potrebno za rad kućanskih aparata. Struja ulazi u kuću kroz žice i prolazi kroz mjerač koji pokazuje količinu potrošene energije.

Transformator je statički uređaj koji pretvara izmjeničnu struju jednog napona u izmjeničnu struju drugog napona bez promjene njezine frekvencije. Može raditi samo na AC.

Glavni strukturni dijelovi transformatora

Uređaj se sastoji od tri glavna dijela:

primarni namot transformatora. Broj zavoja N 1.
Jezgra zatvorenog oblika od magnetski mekog materijala (na primjer, čelik).
sekundarnog namota. Broj zavoja N 2 .

Na dijagramima je transformator prikazan na sljedeći način:

Princip rada

Rad energetskog transformatora temelji se na Faradayjevom zakonu elektromagnetske indukcije.

Između dva odvojena namota (primarnog i sekundarnog), koji su povezani zajedničkim magnetskim tokom, pojavljuje se međusobna indukcija. Međusobna indukcija je proces kojim primarni namot inducira napon u sekundarnom namotu koji se nalazi u njegovoj neposrednoj blizini.

Primarni namot prima izmjeničnu struju, koja proizvodi magnetski tok kada je spojen na izvor napajanja. Magnetski tok prolazi kroz jezgru i, budući da se mijenja tijekom vremena, pobuđuje indukcijski EMF u sekundarnom namotu. Napon na drugom namotu može biti niži nego na prvom, tada se transformator naziva step-down. Pojačavajući transformator ima veći napon na sekundarnom namotu. Trenutna frekvencija ostaje nepromijenjena. Učinkovito smanjenje ili povećanje napona ne može povećati električnu snagu, tako da se strujni izlaz transformatora proporcionalno povećava ili smanjuje.

Za vrijednosti amplitude napona na namotima može se napisati sljedeći izraz:

k - omjer transformacije.

Za pojačani transformator k>1, a za step-down - k<1.

Tijekom rada pravog uređaja uvijek postoje gubici energije:

namoti se zagrijavaju.
rad se troši na magnetizaciju jezgre;
Foucaultove struje nastaju u jezgri (imaju toplinski učinak na masivnu jezgru).

Kako bi se smanjili gubici tijekom zagrijavanja, jezgre transformatora nisu izrađene od jednog komada metala, već od tankih ploča, između kojih se nalazi dielektrik.

Svi tehnološki procesi bilo koje proizvodnje povezani su s potrošnjom energije. Velika većina energetskih resursa troši se na njihovu provedbu.

Najvažniju ulogu u industrijskom poduzeću ima električna energija - najsvestranija vrsta energije, koja je glavni izvor mehaničke energije.

Pretvaranje različitih vrsta energije u električnu energiju odvija se dalje elektrane .

Elektrane su poduzeća ili postrojenja namijenjena proizvodnji električne energije. Gorivo za elektrane su prirodni resursi - ugljen, treset, voda, vjetar, sunce, nuklearna energija itd.

Ovisno o vrsti energije koja se pretvara, elektrane se mogu podijeliti na sljedeće glavne tipove: termoelektrane, nuklearne, hidroelektrane, crpne akumulacije, plinske turbine, kao i lokalne elektrane male snage - vjetroelektrane, solarne, geotermalne, morske plime i oseke. , dizel itd.

Najveći dio električne energije (do 80%) proizvodi se u termoelektranama (TE). Proces proizvodnje električne energije u termoelektrani sastoji se u sekvencijalnoj pretvorbi energije izgorjelog goriva u toplinsku energiju vodene pare koja pokreće turbinski agregat (parna turbina spojena na generator). Mehaničku energiju rotacije generator pretvara u električnu energiju. Gorivo za elektrane je ugljen, treset, uljni škriljac, prirodni plin, nafta, lož ulje, drveni otpad.

Uz ekonomičan rad TE, t.j. uz istodobnu opskrbu potrošača optimalnim količinama električne i toplinske energije, njihova učinkovitost doseže više od 70%. Tijekom razdoblja kada je potrošnja topline potpuno zaustavljena (na primjer, tijekom sezone bez grijanja), učinkovitost stanice se smanjuje.

Nuklearne elektrane (NPP) razlikuju se od konvencionalnih parnih turbina po tome što nuklearne elektrane kao izvor energije koriste proces nuklearne fisije urana, plutonija, torija itd. Kao rezultat cijepanja tih materijala u posebnim uređajima - reaktorima, oslobađa se ogromna količina toplinske energije.

U usporedbi s termoelektranama, nuklearne elektrane troše malu količinu goriva. Takve stanice mogu se graditi bilo gdje, jer. nisu vezani uz mjesto zaliha prirodnog goriva. Osim toga, okoliš nije zagađen dimom, pepelom, prašinom i sumpornim dioksidom.

U hidroelektranama (HE) energija vode se pretvara u električnu pomoću hidrauličnih turbina i na njih spojenih generatora.

Postoje hidroelektrane branog i diverzionog tipa. Hidroelektrane brane koriste se na ravnim rijekama s niskim tlakom, preusmjerne hidroelektrane (s obilaznim kanalima) koriste se na planinskim rijekama s velikim nagibima i s malim protokom vode. Treba napomenuti da rad HE ovisi o vodostaju određenoj prirodnim uvjetima.

Prednosti HE su njihova visoka učinkovitost i niska cijena proizvedene električne energije. Međutim, treba uzeti u obzir visoke troškove kapitalnih ulaganja u izgradnju hidroelektrana i značajne rokove njihove izgradnje, što određuje dugo razdoblje povrata.

Značajka rada elektrana je da moraju proizvesti onoliko energije koliko je trenutno potrebno za pokrivanje opterećenja potrošača, vlastitih potreba stanica i gubitaka u mrežama. Stoga oprema stanice mora uvijek biti spremna za periodične promjene opterećenja potrošača tijekom dana ili godine.

Većina elektrana je kombinirana u energetski sustavi , od kojih svaki ima sljedeće zahtjeve:

Usklađenost snage generatora i transformatora s maksimalnom snagom potrošača električne energije.
Dovoljan prijenosni kapacitet dalekovoda (TL).
Osiguravanje neprekidnog napajanja uz visoku kvalitetu energije.
Ekonomičnost, sigurnost i jednostavnost korištenja.

Kako bi zadovoljili ove zahtjeve, elektroenergetski sustavi su opremljeni posebnim kontrolnim sobama opremljenim nadzornim, kontrolnim, komunikacijskim objektima i posebnim rasporedom za elektrane, dalekovode i stupnjevne trafostanice. Kontrolna soba prima potrebne podatke i informacije o stanju tehnološkog procesa u elektranama (potrošnja vode i goriva, parametri pare, brzina vrtnje turbine i sl.); o radu sustava - koji su elementi sustava (vodovi, transformatori, generatori, opterećenja, kotlovi, parovodi) trenutno onemogućeni, koji su u pogonu, u rezervi i sl.; o električnim parametrima načina rada (naponi, struje, aktivna i jalova snaga, frekvencija itd.).

Rad elektrana u sustavu omogućuje, zbog velikog broja generatora koji rade paralelno, povećati pouzdanost napajanja potrošača, u potpunosti opteretiti najekonomičnije jedinice elektrana, te smanjiti troškove proizvodnja električne energije. Osim toga, smanjen je instalirani kapacitet rezervne opreme u elektroenergetskom sustavu; osigurava se veća kvaliteta električne energije koja se isporučuje potrošačima; povećava se jedinični kapacitet jedinica koje se mogu ugraditi u sustav.

U Rusiji, kao iu mnogim drugim zemljama, za proizvodnju i distribuciju električne energije koristi se trofazna izmjenična struja frekvencije 50 Hz (60 Hz u SAD-u i nizu drugih zemalja). Mreže i instalacije trofazne struje su ekonomičnije od jednofaznih instalacija izmjenične struje, a također omogućuju široku upotrebu najpouzdanijih, jednostavnih i jeftinih asinkronih elektromotora kao električni pogon.

Uz trofaznu struju neke grane industrije koriste istosmjernu struju koja se dobiva ispravljanjem izmjenične struje (elektroliza u kemijskoj industriji i obojenoj metalurgiji, elektrificirani transport i dr.).

Električna energija proizvedena u elektranama mora se prenijeti na mjesta njezine potrošnje, prvenstveno u velika industrijska središta zemlje, koja su stotinama, a ponekad i tisućama kilometara udaljena od moćnih elektrana. Ali nije dovoljno prenositi električnu energiju. Mora se distribuirati među mnogo različitih potrošača - industrijska poduzeća, transport, stambene zgrade itd. Prijenos električne energije na velike udaljenosti odvija se na visokom naponu (do 500 kW ili više), što osigurava minimalne električne gubitke u dalekovodima i rezultira većom uštedom materijala zbog smanjenja presjeka žice. Stoga je u procesu prijenosa i distribucije električne energije potrebno povećavati i smanjivati napon. Taj se proces provodi pomoću elektromagnetskih uređaja koji se nazivaju transformatori. Transformator nije električni stroj, jer njegov rad nije vezan za pretvorbu električne energije u mehaničku i obrnuto; pretvara samo napon električne energije. Povećanje napona vrši se uz pomoć pojačanih transformatora u elektranama, a smanjenje pomoću opadajućih transformatora u potrošačkim trafostanicama.

Međukarika za prijenos električne energije od transformatorskih trafostanica do prijamnika električne energije su Struja mreže .

Transformatorska podstanica je električna instalacija namijenjena pretvaranju i distribuciji električne energije.

Podstanice mogu biti zatvorene ili otvorene, ovisno o mjestu glavne opreme. Ako se oprema nalazi u zgradi, tada se trafostanica smatra zatvorenom; ako je na otvorenom, onda otvoreno.

Oprema trafostanice može se sastaviti od pojedinačnih elemenata uređaja ili od blokova koji se isporučuju sastavljeni za ugradnju. Trafostanice blok dizajna nazivaju se kompletnim.

Oprema trafostanica uključuje uređaje koji provode prebacivanje i zaštitu električnih krugova.

Glavni element trafostanica je energetski transformator. Strukturno, energetski transformatori su izrađeni na takav način da maksimalno odvode toplinu koju stvaraju tijekom rada iz namota i jezgre u okoliš. Da biste to učinili, na primjer, jezgra s namotima je uronjena u spremnik s uljem, površina spremnika je rebrasta, s cijevnim radijatorima.

Suhim transformatorima mogu se opremiti kompletne transformatorske podstanice koje se postavljaju izravno u industrijskim prostorima snage do 1000 kVA.

Kako bi se povećao faktor snage električne instalacije, statički kondenzatori se ugrađuju u trafostanice za kompenzaciju jalove snage opterećenja.

Automatski sustav za nadzor i upravljanje trafostanicama prati procese koji se odvijaju u opterećenju, u mrežama napajanja. Obavlja funkcije zaštite transformatora i mreža, odspaja zaštićene sekcije pomoću prekidača u hitnim uvjetima, ponovno uključuje, automatski uključuje pričuvu.

Transformatorske trafostanice industrijskih poduzeća spojene su na opskrbnu mrežu na različite načine, ovisno o zahtjevima za pouzdanost neprekinutog napajanja potrošača.

Tipične sheme koje osiguravaju neprekidno napajanje su radijalne, glavne ili prstenaste.

U radijalnim shemama od razvodne ploče transformatorske podstanice odlaze vodovi koji opskrbljuju velike električne potrošače: motore, grupne distribucijske točke, na koje su spojeni manji prijemnici. Radijalni krugovi se koriste u kompresorskim, crpnim stanicama, trgovinama opasnim od eksplozije i požara, prašnjavim industrijama. Omogućuju visoku pouzdanost napajanja, omogućuju široku upotrebu opreme za automatsku kontrolu i zaštitu, ali zahtijevaju velike troškove za izgradnju razvodnih ploča, polaganje kabela i žica.

Sheme prtljažnika koriste se kada je opterećenje ravnomjerno raspoređeno na područje radionice, kada nije potrebna izgradnja razvodne ploče na trafostanici, što smanjuje troškove objekta; mogu se koristiti montažne sabirnice, što ubrzava montažu. Istodobno, kretanje tehnološke opreme ne zahtijeva promjenu mreže.

Nedostatak sheme prtljažnika je niska pouzdanost napajanja, jer ako je prtljažnik oštećen, svi električni prijemnici spojeni na njega se isključuju. Međutim, ugradnja kratkospojnika između mreže i korištenje zaštite značajno povećava pouzdanost napajanja uz minimalne troškove za redundanciju.

Iz trafostanica se struja niskog napona industrijske frekvencije razvodi do radionica pomoću kabela, žica, sabirnica od radioničkog razvodnog uređaja do elektromotornih pogona pojedinih strojeva.

Prekidi u opskrbi električnom energijom poduzeća, čak i kratkoročni, dovode do kršenja tehnološkog procesa, oštećenja proizvoda, oštećenja opreme i nenadoknadivih gubitaka. U nekim slučajevima nestanak struje može stvoriti opasnost od eksplozije i požara u poduzećima.

Prema pravilima za ugradnju električnih instalacija, svi prijamnici električne energije podijeljeni su u tri kategorije prema pouzdanosti napajanja:

Prijemnici struje za koje je prekid u opskrbi električnom energijom neprihvatljiv, jer može dovesti do oštećenja opreme, masovnih kvarova proizvoda, poremećaja složenog tehnološkog procesa, poremećaja rada kritičnih elemenata gradskog gospodarstva i, u konačnici, ugroziti živote ljudi.
Prijemnici energije čiji prekid u opskrbi električnom energijom dovodi do neispunjavanja plana proizvodnje, zastoja radnika, mehanizama i industrijskih vozila.
Ostali prijamnici električne energije, na primjer, radionice neserijske i pomoćne proizvodnje, skladišta.

Napajanje prijamnika električne energije prve kategorije u svakom slučaju mora biti osigurano iu slučaju kršenja automatski se vraća. Stoga takvi prijamnici moraju imati dva neovisna izvora energije, od kojih svaki može u potpunosti osigurati struju.

Prijamnici električne energije druge kategorije mogu imati rezervno napajanje, čiji priključak vrši dežurno osoblje nakon određenog vremena nakon kvara glavnog izvora.

Za prijemnike treće kategorije, rezervni izvor napajanja, u pravilu, nije predviđen.

Opskrba električnom energijom poduzeća podijeljena je na vanjsku i unutarnju. Eksterno napajanje je sustav mreža i trafostanica od izvora energije (elektrane ili elektrane) do transformatorske trafostanice poduzeća. U ovom slučaju prijenos energije se vrši kabelskim ili nadzemnim vodovima nazivnog napona 6, 10, 20, 35, 110 i 220 kV. Unutarnja opskrba električnom energijom uključuje sustav distribucije energije unutar radionica poduzeća i na njegovom području.

Na strujno opterećenje (elektromotori, električne peći) dovodi se napon od 380 ili 660 V, a na rasvjetno opterećenje od 220 V. Kako bi se smanjili gubici, preporučljivo je spojiti motore snage 200 kW ili više na napon od 6 ili 10 kV.

Najčešći napon u industrijskim poduzećima je 380 V. Široko je uveden napon od 660 V, što omogućuje smanjenje gubitaka energije i potrošnje obojenih metala u niskonaponskim mrežama, povećanje raspona radioničkih trafostanica i snage svakog transformatora do 2500 kVA. U nekim slučajevima, pri naponu od 660 V, ekonomski je opravdano koristiti asinkrone motore snage do 630 kW.

Distribucija električne energije provodi se električnim ožičenjem - skupom žica i kabela s pripadajućim pričvrsnim elementima, potpornim i zaštitnim konstrukcijama.

Unutarnje ožičenje je električno ožičenje koje je položeno unutar zgrade; vanjski - izvan njega, uz vanjske zidove zgrade, ispod nadstrešnica, na nosačima. Ovisno o načinu polaganja, unutarnje ožičenje može biti otvoreno ako se polaže na površinu zidova, stropova i sl., a skriveno ako je položeno u konstrukcijske elemente zgrada.

Ožičenje se može položiti izoliranom žicom ili neoklopljenim kabelom do 16 četvornih mm. Na mjestima mogućeg mehaničkog utjecaja, električne instalacije su zatvorene čeličnim cijevima, zapečaćene ako je okolina prostorije eksplozivna, agresivna. Na alatnim strojevima, tiskarskim strojevima, ožičenje se provodi u cijevima, u metalnim rukavima sa žicom s PVC izolacijom, koja se ne urušava od izlaganja strojnim uljima. Veliki broj žica sustava upravljanja električnim žicama stroja smješten je u ladice. Autobusni kanali služe za prijenos električne energije u radionicama s velikim brojem proizvodnih strojeva.

Za prijenos i distribuciju električne energije naširoko se koriste energetski kabeli u gumenom, olovnom omotaču; neoklopni i oklopni. Kablovi se mogu polagati u kabelske kanale, pričvrstiti na zidove, u zemljane rovove, ugraditi u zidove.

Video lekcija 2: Zadaci za izmjeničnu struju

Predavanje: Naizmjenična struja. Proizvodnja, prijenos i potrošnja električne energije

Naizmjenična struja

Naizmjenična struja- to su oscilacije koje mogu nastati u strujnom krugu kao posljedica njegovog spajanja na izvor izmjeničnog napona.

Sve nas okružuje izmjenična struja – prisutna je u svim strujnim krugovima u stanovima, to je izmjenična struja koja se prenosi kroz žice. Međutim, gotovo svi električni uređaji rade na stalnu struju. Zato se na izlazu iz utičnice struja ispravlja i u obliku konstante ide na kućanske aparate.

To je izmjenična struja koju je najlakše primiti i prenijeti na bilo koju udaljenost.

U proučavanju izmjenične struje koristit ćemo sklop u kojem ćemo spojiti otpornik, zavojnicu i kondenzator. U ovom krugu se određuje napon prema zakonu:

Kao što znamo, sinus može biti negativan i pozitivan. Zato vrijednost napona može imati drugačiji smjer. S pozitivnim smjerom strujanja (u smjeru suprotnom od kazaljke na satu) napon je veći od nule, s negativnim smjerom manji je od nule.

Otpornik u krugu

Dakle, razmotrimo slučaj kada je samo otpornik spojen na AC krug. Otpor otpornika naziva se aktivnim. Razmotrit ćemo struju koja u strujnom krugu teče u smjeru suprotnom od kazaljke na satu. U tom će slučaju i struja i napon biti pozitivni.

Da biste odredili jačinu struje u krugu, koristite sljedeću formulu iz Ohmovog zakona:

U ovim formulama ja 0 I U 0 - maksimalne vrijednosti struje i napona. Iz ovoga možemo zaključiti da je maksimalna vrijednost struje jednaka omjeru maksimalnog napona i aktivnog otpora:

Te se dvije veličine mijenjaju u istoj fazi, pa grafovi veličina imaju isti oblik, ali različite amplitude.

Kondenzator u krugu

Zapamtiti! Nemoguće je dobiti istosmjernu struju u krugu gdje se nalazi kondenzator. To je mjesto za prekid toka struje i promjenu njene amplitude. U ovom slučaju, izmjenična struja savršeno teče kroz takav krug, mijenjajući polaritet kondenzatora.

Kada razmatramo takav sklop, pretpostavit ćemo da sadrži samo kondenzator. Struja teče u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, odnosno pozitivna je.

Kao što već znamo, napon na kondenzatoru povezan je s njegovom sposobnošću pohranjivanja naboja, odnosno njegovom veličinom i kapacitetom.

Budući da je struja prva derivacija naboja, moguće je odrediti po kojoj se formuli može izračunati pronalaženjem derivacije iz posljednje formule:

Kao što vidite, u ovom slučaju jačina struje je opisana kosinusnim zakonom, dok se vrijednost napona i naboja može opisati sinusnim zakonom. To znači da su funkcije u suprotnoj fazi i da imaju sličan izgled na grafu.

Svi znamo da se kosinusne i sinusne funkcije istog argumenta razlikuju jedna od druge za 90 stupnjeva, pa možemo dobiti sljedeće izraze:

Odavde se maksimalna vrijednost jačine struje može odrediti formulom:

Vrijednost u nazivniku je otpor na kondenzatoru. Taj se otpor naziva kapacitivnim. Nalazi se i označava kako slijedi:

S povećanjem kapacitivnosti, vrijednost amplitude struje opada.

Imajte na umu da je u ovom krugu upotreba Ohmovog zakona prikladna samo kada je potrebno odrediti maksimalnu vrijednost struje; nemoguće je odrediti struju u bilo kojem trenutku prema ovom zakonu zbog fazne razlike između napona i jačina struje.

Namotaj u lancu

Razmotrimo krug u kojem se nalazi zavojnica. Zamislite da nema aktivnog otpora. U ovom slučaju, čini se da ništa ne smije ometati kretanje struje. Međutim, nije. Stvar je u tome da kada struja prolazi kroz zavojnicu, počinje nastajati vrtložno polje koje sprječava prolaz struje kao rezultat stvaranja struje samoindukcije.

Jačina struje ima sljedeću vrijednost:

Opet, možete vidjeti da se struja mijenja prema kosinusnom zakonu, tako da za ovaj krug vrijedi fazni pomak, što se može vidjeti i na grafikonu:

Stoga maksimalna vrijednost struje:

U nazivniku možemo vidjeti formulu kojom se određuje induktivna reaktancija kruga.

Što je induktivna reaktancija veća, manje je važna amplituda struje.

Zavojnica, otpor i kondenzator u krugu.

Ako su sve vrste otpora istovremeno prisutne u krugu, tada se vrijednost struje može odrediti na sljedeći način, pretvaranjem Ohmov zakon:

Nazivnik se naziva impedancija. Sastoji se od zbroja kvadrata aktivne (R) i reaktancije, a sastoji se od kapacitivnog i induktivnog. Ukupni otpor naziva se "impedancija".

Struja

Nemoguće je zamisliti suvremeni život bez korištenja električnih uređaja koji rade na energiju koju stvara električna struja. Sav tehnološki napredak temelji se na električnoj energiji.

Dobivanje energije iz električne struje ima ogroman broj prednosti:

1. Električnu energiju je relativno lako proizvesti, budući da diljem svijeta postoje milijarde elektrana, generatora i drugih uređaja za proizvodnju električne energije.

2. Moguće je prenijeti električnu energiju na velike udaljenosti u kratkom vremenu i bez značajnijih gubitaka.

3. Moguće je pretvarati električnu energiju u mehaničku, svjetlosnu, unutarnju i druge oblike.

Također preporučujemo

Učitavam...

Dom > Građevinarstvo

Prijenos proizvodnje i potrošnja električne energije. Proizvodnja, prijenos i potrošnja električne energije

Glavni strukturni dijelovi transformatora

Princip rada

Također preporučujemo