Sažetak: Proizvodnja, prijenos i korištenje električne energije. Proizvodnja, prijenos i potrošnja električne energije

I. Uvod
II Proizvodnja i korištenje električne energije
1. Proizvodnja električne energije
1.1 Generator
2. Potrošnja električne energije
III Transformatori
1. Imenovanje
2. Klasifikacija
3. Uređaj
4. Karakteristike
5. Načini rada
5.1 Prazan hod
5.2 Način rada kratkog spoja
5.3 Način učitavanja
IV Prijenos snage
V GOELRO
1. Povijest
2. Rezultati
VI Popis literature

I. Uvod

Struja, jedna od naj važne vrste energija igra važnu ulogu u moderni svijet. Ona je srž ekonomija država, koja određuje njihov položaj u međunarodnoj areni i stupanj razvoja. Godišnje se ulažu ogromne svote novca u razvoj znanstvenih industrija povezanih s električnom energijom.
Struja je sastavni dio Svakidašnjica Stoga je važno imati informacije o značajkama njegove proizvodnje i uporabe.

II. Proizvodnja i korištenje električne energije

1. Proizvodnja električne energije

Proizvodnja električne energije je proizvodnja električne energije pretvaranjem iz drugih vrsta energije pomoću posebnih tehničkih uređaja.
Za proizvodnju električne energije koristite:
Električni generator je električni stroj u kojem mehanički rad pretvaraju u električnu energiju.
Solarna baterija ili fotoćelija - elektronički uređaj koji pretvara energiju elektromagnetska radijacija, uglavnom u rasponu svjetlosti, u električnu energiju.
Kemijski izvori struje - pretvaranje dijela kemijske energije u električnu, kemijskom reakcijom.
Radioizotopski izvori električne energije su uređaji koji koriste energiju oslobođenu tijekom radioaktivnog raspada za zagrijavanje rashladne tekućine ili je pretvaraju u električnu energiju.
Električna energija se proizvodi u elektranama: toplinskim, hidrauličkim, nuklearnim, solarnim, geotermalnim, vjetroelektranama i drugim.
Praktički u svim elektranama od industrijskog značaja koristi se sljedeća shema: energija primarnog energenta uz pomoć posebnog uređaja prvo se pretvara u mehaničku energiju rotacijskog gibanja, koja se prenosi na poseban električni stroj - generator , gdje se generira struja.
Glavne tri vrste elektrana: termoelektrane, hidroelektrane, nuklearne elektrane
Vodeću ulogu u elektroprivredi mnogih zemalja imaju termoelektrane (TE).
Termoelektrane zahtijevaju ogromnu količinu organskog goriva, dok se njegove rezerve smanjuju, a trošak stalno raste zbog sve težih uvjeta proizvodnje i transportnih udaljenosti. Faktor iskorištenja goriva u njima je prilično nizak (ne više od 40%), a količina otpada koji onečišćuje okoliš, su sjajni.
Ekonomski, tehno-ekonomski i okolišni čimbenici ne dopuštaju razmatranje termoelektrana kao perspektivnog načina proizvodnje električne energije.
Hidroelektrane (HE) su najekonomičnije. Njihova učinkovitost doseže 93%, a cijena jednog kWh je 5 puta jeftinija nego kod drugih metoda proizvodnje električne energije. Koriste neiscrpan izvor energije, opslužuju ih minimalan broj radnika i dobro su regulirani. Naša zemlja zauzima vodeće mjesto u svijetu po veličini i kapacitetu pojedinih hidroelektrana i jedinica.
No, tempo razvoja ograničen je značajnim troškovima i vremenom izgradnje, zbog udaljenosti gradilišta HE od veliki gradovi, nedostatak cesta, otežani uvjeti izgradnje, pod utjecajem sezonskog režima rijeke, akumulacije su poplavljene velike površine vrijedna riječna zemljišta, veliki rezervoari negativno utječu ekološka situacija, snažne HE mogu se graditi samo na mjestima gdje su dostupni odgovarajući resursi.
Nuklearne elektrane (NPP) rade na istom principu kao i termoelektrane, odnosno toplinska energija pare se pretvara u mehaničku energiju rotacije osovine turbine koja pokreće generator, gdje se mehanička energija pretvara u električnu.
Glavna prednost nuklearnih elektrana je mala količina korištenog goriva (1 kg obogaćenog urana zamjenjuje 2,5 tisuća tona ugljena), zbog čega se nuklearne elektrane mogu graditi u svim energetskim nedostatnim područjima. Osim toga, rezerve urana na Zemlji premašuju zalihe tradicionalnog mineralnog goriva, a uz nesmetani rad nuklearnih elektrana imaju mali utjecaj na okoliš.
Glavni nedostatak nuklearnih elektrana je mogućnost nesreća s katastrofalnim posljedicama, za čije sprječavanje su potrebne ozbiljne sigurnosne mjere. Osim toga, nuklearne elektrane su loše regulirane (potrebno je nekoliko tjedana da se potpuno zaustave ili uključe), a tehnologije za preradu radioaktivnog otpada nisu razvijene.
Nuklearna energija je izrasla u jednu od vodećih industrija Nacionalna ekonomija i nastavlja se brzo razvijati, osiguravajući sigurnost i ekološku prihvatljivost.

1.1 Generator

Električni generator je uređaj u kojem se neelektrični oblici energije (mehanički, kemijski, toplinski) pretvaraju u električnu energiju.
Na fenomenu se temelji princip rada generatora elektromagnetska indukcija kada se u vodiču kreće u magnetskom polju i prelazi njegovo magnetsko linije sile, inducira se EMF, pa se takav vodič kod nas može smatrati izvorom električna energija.
Metoda dobivanja inducirane emf, u kojoj se vodič kreće u magnetskom polju, krećući se gore ili dolje, vrlo je nezgodna u svojoj praktičnoj upotrebi. Stoga generatori koriste ne pravocrtno, već rotacijsko kretanje vodiča.
Glavni dijelovi svakog generatora su: sustav magneta ili, najčešće, elektromagneti koji stvaraju magnetsko polje, te sustav vodiča koji prolaze kroz to magnetsko polje.
Generator naizmjenična struja- električni stroj koji pretvara mehaničku energiju u električnu energiju izmjenične struje. Većina alternatora koristi rotirajuće magnetsko polje.

Kada zakrenete okvir, on se mijenja magnetski tok kroz njega pa se u njemu inducira EMF. Budući da je okvir spojen na vanjski električni krug uz pomoć strujnog kolektora (prstenova i četkica), u okviru i vanjskom krugu nastaje električna struja.
S ravnomjernom rotacijom okvira, kut rotacije se mijenja prema zakonu:

Magnetski tok kroz okvir također se mijenja tijekom vremena, njegova ovisnost je određena funkcijom:

gdje S− površina okvira.
Prema Faradayjevu zakonu elektromagnetske indukcije, EMF indukcije koji se javlja u okviru je:

gdje je amplituda EMF indukcije.
Druga vrijednost koja karakterizira generator je jačina struje, izražena formulom:

gdje i je trenutna snaga u bilo kojem trenutku, ja sam- amplituda jakosti struje (maksimalna vrijednost jakosti struje u apsolutnoj vrijednosti), φc- fazni pomak između fluktuacija struje i napona.
Električni napon na terminalima generatora varira prema sinusoidnom ili kosinusnom zakonu:

Gotovo svi generatori instalirani u našim elektranama su trofazni generatori struje. U suštini, svaki takav generator je spoj u jednom električnom stroju od tri generatora izmjenične struje, konstruiranih na način da se EMF inducirani u njima pomakne jedan u odnosu na drugi za jednu trećinu perioda:

2. Potrošnja električne energije

Napajanje industrijska poduzeća. Industrijska poduzeća troše 30-70% električne energije proizvedene kao dio elektroenergetskog sustava. Značajno širenje industrijske potrošnje određeno je industrijskim razvojem i klimatskim uvjetima razne zemlje.
Napajanje elektrificiranog transporta. Ispravljačke trafostanice za električni transport DC(gradske, industrijske, međugradske) i padajuće trafostanice međugradskog električnog prometa na izmjeničnu struju napajaju se električnom energijom iz električne mreže EES.
Napajanje kućanskih potrošača. Ova skupina PE uključuje širok raspon zgrada smještenih u stambenim područjima gradova i mjesta. Ovo je - stambene zgrade, zgrade upravne i upravne namjene, obrazovne i znanstvene ustanove, trgovine, zgrade zdravstvene, kulturne i masovne namjene, Ugostiteljstvo itd.

III. transformatori

Transformator - statički elektromagnetski uređaj, koji ima dva ili više induktivno spregnuti namoti i dizajnirani za pretvaranje jednog (primarnog) sustava izmjenične struje u drugi (sekundarni) sustav izmjenične struje pomoću elektromagnetske indukcije.

Shema transformatorskog uređaja

1 - primarni namot transformatora
2 - magnetska jezgra
3 - sekundarni namot transformatora
F- smjer magnetskog toka
U 1- napon na primarnom namotu
U 2- napon na sekundarnom namotu

Prve transformatore s otvorenim magnetskim krugom predložio je 1876. P.N. Yablochkov, koji ih je koristio za pogon električne "svijeće". Godine 1885. mađarski znanstvenici M. Deri, O. Blaty, K. Zipernovsky razvili su jednofazne industrijske transformatore sa zatvorenim magnetskim krugom. Godine 1889.-1891. M.O. Dolivo-Dobrovolsky je predložio trofazni transformator.

1. Imenovanje

Transformatori se široko koriste u raznim područjima:
Za prijenos i distribuciju električne energije
Obično u elektranama generatori izmjenične struje generiraju električnu energiju napona od 6-24 kV, a isplativo je prenositi električnu energiju na velike udaljenosti na mnogo višim naponima (110, 220, 330, 400, 500 i 750 kV) . Stoga su na svakoj elektrani ugrađeni transformatori koji povećavaju napon.
Distribucija električne energije između industrijskih poduzeća, naselja, u gradovima i ruralna područja, kao i unutar industrijskih poduzeća, proizvodi se preko nadzemnih i kabelskih vodova, na naponu od 220, 110, 35, 20, 10 i 6 kV. Stoga je potrebno ugraditi transformatore u sve distribucijske čvorove koji smanjuju napon na 220, 380 i 660 V.
Omogućiti željeni krug za uključivanje ventila u pretvaračkim uređajima i uskladiti napon na izlazu i ulazu pretvarača (konvertorskih transformatora).
Za razne tehnološke namjene: zavarivanje ( transformatori za zavarivanje), napajanje elektrotermalnih instalacija (transformatori električnih peći) itd.
Za napajanje raznih sklopova radio opreme, elektroničke opreme, komunikacijskih i automatizacijskih uređaja, kućanskih aparata, za odvajanje električnih krugova različitih elemenata ovih uređaja, za usklađivanje napona itd.
Uključiti električne mjerne instrumente i neke uređaje (releje i sl.) u visokonaponske električne krugove ili u krugove kroz koje prolaze velike struje, kako bi se proširile granice mjerenja i osigurala električna sigurnost. (mjerni transformatori)

2. Klasifikacija

Klasifikacija transformatora:

Po dogovoru: opća snaga (koristi se u dalekovodima za prijenos i distribuciju) i posebna primjena(peć, ispravljač, zavarivanje, radio transformatori).
Po vrsti hlađenja: sa zračnim (suhi transformatori) i uljnim (uljni transformatori) hlađenjem.
Prema broju faza na primarnoj strani: jednofazni i trofazni.
Prema obliku magnetskog kruga: štapni, oklopni, toroidni.
Po broju namota po fazi: dva namota, tri namota, višenamota (više od tri namota).
Prema izvedbi namota: s koncentričnim i izmjeničnim (diskovitim) namotima.

3. Uređaj

Najjednostavniji transformator (jednofazni transformator) je uređaj koji se sastoji od čelične jezgre i dva namota.

Princip uređaja jednofaznog transformatora s dva namota
Magnetska jezgra je magnetski sustav transformatora, kroz koji se zatvara glavni magnetski tok.
Kada se izmjenični napon dovede na primarni namot, u sekundarnom namotu se inducira EMF iste frekvencije. Ako je na sekundarni namot spojen električni prijemnik, tada u njemu nastaje električna struja i na sekundarnim stezaljkama transformatora se postavlja napon, koji je nešto manji od EMF-a i u relativno maloj mjeri ovisi o opterećenju.

Simbol transformatora:
a) - transformator sa čeličnom jezgrom, b) - transformator s feritnom jezgrom

4. Karakteristike transformatora

Nazivna snaga transformatora je snaga za koju je projektiran.
Nazivni primarni napon - napon za koji je projektiran primarni namot transformatora.
Nazivni sekundarni napon - napon na stezaljkama sekundarnog namota, dobiven kada transformator radi u praznom hodu i nazivni napon na stezaljkama primarnog namota.
Nazivne struje, određene dotičnom nominalne vrijednosti snaga i napon.
Najveći nazivni napon transformatora je najveći od nazivnih napona namota transformatora.
Najniži nazivni napon je najmanji od nazivnih napona namota transformatora.
Prosječni nazivni napon - nazivni napon, koji je srednji između najvišeg i najnižeg nazivnog napona namota transformatora.

5. Načini rada

5.1 Prazan hod

Način mirovanja - način rada transformatora, u kojem je sekundarni namot transformatora otvoren, a izmjenični napon se primjenjuje na terminale primarnog namota.

U primarnom namotu transformatora spojenog na izvor izmjenične struje teče struja, zbog čega se u jezgri pojavljuje izmjenični magnetski tok Φ probijajući oba namota. Budući da je Φ isti u oba namota transformatora, promjena Φ dovodi do pojave iste indukcijske EMF u svakom zavoju primarnog i sekundarnog namota. Trenutačna vrijednost indukcijske emf e u bilo kojem zavoju namota je isti i određuje se formulom:

gdje je amplituda EMF u jednom okretu.
Amplituda indukcijske EMF u primarnom i sekundarnom namotu bit će proporcionalna broju zavoja u odgovarajućem namotu:

gdje N 1 i N 2- broj zavoja u njima.
Pad napona na primarnom namotu, kao na otporniku, vrlo je mali u usporedbi s ε 1, pa stoga za efektivne vrijednosti napon u primarnoj U 1 i sekundarni U 2 namotaja, sljedeći izraz će biti istinit:

K- omjer transformacije. Na K>1 niži transformator, i kada K<1 - повышающий.

5.2 Način rada kratkog spoja

Način kratkog spoja - način rada kada su izlazi sekundarnog namota zatvoreni vodičem struje s otporom jednakim nuli ( Z=0).

Kratki spoj transformatora u radnim uvjetima stvara hitni način rada, budući da se sekundarna struja, a time i primarna, povećava nekoliko desetaka puta u odnosu na nominalnu. Stoga je u krugovima s transformatorima predviđena zaštita koja u slučaju kratkog spoja automatski isključuje transformator.

Treba razlikovati dva načina kratkog spoja:

Način rada u nuždi - kada je sekundarni namot zatvoren na nazivnom primarnom naponu. S takvim krugom struje se povećavaju za faktor 15-20. Namot je deformiran, a izolacija je ugljenisana. Željezo također gori. Ovo je tvrdi način rada. Maksimalna i plinska zaštita isključuje transformator iz mreže u slučaju kratkog spoja u nuždi.

Eksperimentalni način kratkog spoja je način kada je sekundarni namot kratko spojen, a tako smanjen napon se dovodi do primarnog namota, kada nazivna struja teče kroz namote - ovo U K- napon kratkog spoja.

U laboratorijskim uvjetima može se provesti ispitni kratki spoj transformatora. U ovom slučaju, izražen kao postotak, napon U K, u I 1 \u003d I 1nom odrediti u K i naziva se napon kratkog spoja transformatora:

gdje U 1nom- nazivni primarni napon.

Ovo je karakteristika transformatora, naznačena u putovnici.

5.3 Način učitavanja

Način opterećenja transformatora je način rada transformatora u prisutnosti struja u najmanje dva njegova glavna namota, od kojih je svaki zatvoren na vanjski krug, dok su struje koje teku u dva ili više namota u stanju mirovanja nije uzeto u obzir:

Ako se na primarni namot transformatora spoji napon U 1, i spojite sekundarni namot na opterećenje, u namotima će se pojaviti struje ja 1 i ja 2. Ove struje će stvoriti magnetske tokove Φ 1 i Φ2 usmjerene jedna prema drugoj. Ukupni magnetski tok u magnetskom krugu se smanjuje. Kao rezultat toga, EMF induciran ukupnim protokom ε 1 i ε 2 smanjenje. RMS napon U 1 ostaje nepromjenjen. Smanjenje ε 1 uzrokuje povećanje struje ja 1:

S povećanjem struje ja 1 teći Φ 1 povećava tek toliko da kompenzira demagnetizirajući učinak toka Φ2. Ravnoteža se ponovno uspostavlja pri praktički istoj vrijednosti ukupnog protoka.

IV. Prijenos električne energije

Prijenos električne energije od elektrane do potrošača jedan je od najvažnijih zadataka energetske industrije.
Električna energija se pretežno prenosi preko AC nadzemnih dalekovoda (TL), iako postoji trend sve veće uporabe kabelskih vodova i istosmjernih vodova.

Potreba za prijenosom električne energije na daljinu nastala je zbog činjenice da električnu energiju proizvode velike elektrane s moćnim jedinicama, a troše je potrošači relativno male snage raspoređeni na velikom području. Trend koncentracije proizvodnih kapaciteta objašnjava se činjenicom da se njihovim rastom smanjuju relativni troškovi izgradnje elektrana i smanjuje cijena proizvedene električne energije.
Postavljanje moćnih elektrana provodi se uzimajući u obzir niz čimbenika, kao što su dostupnost energetskih resursa, njihova vrsta, rezerve i mogućnosti transporta, prirodni uvjeti, sposobnost rada u sklopu jedinstvenog energetskog sustava itd. Često se takve elektrane pokazuju znatno udaljenim od glavnih središta potrošnje električne energije. Rad objedinjenih elektroenergetskih sustava koji pokrivaju velika područja ovisi o učinkovitosti prijenosa električne energije na daljinu.
Potrebno je prenijeti električnu energiju od mjesta njezine proizvodnje do potrošača uz minimalne gubitke. Glavni razlog tih gubitaka je pretvorba dijela električne energije u unutarnju energiju žica, njihovo zagrijavanje.

Prema Joule-Lenzovom zakonu, količina topline P, oslobođen tijekom vremena t u vodiču otporom R tijekom prolaska struje ja, jednako:

Iz formule proizlazi da je za smanjenje zagrijavanja žica potrebno smanjiti jačinu struje u njima i njihov otpor. Kako biste smanjili otpor žica, povećajte njihov promjer, međutim, vrlo debele žice koje vise između nosača dalekovoda mogu se slomiti pod djelovanjem gravitacije, osobito tijekom snježnih padalina. Osim toga, s povećanjem debljine žica, njihov se trošak povećava, a izrađeni su od relativno skupog metala - bakra. Stoga je učinkovitiji način za minimiziranje gubitaka energije u prijenosu električne energije smanjenje jakosti struje u žicama.
Dakle, kako bi se smanjilo zagrijavanje žica pri prijenosu električne energije na velike udaljenosti, potrebno je struju u njima učiniti što manjom.
Snaga struje jednaka je umnošku jačine struje i napona:

Stoga, kako bi se uštedjela energija koja se prenosi na velike udaljenosti, potrebno je povećati napon za isti iznos koliko je smanjena jačina struje u žicama:

Iz formule proizlazi da su pri konstantnim vrijednostima prenesene snage struje i otpora žica, gubici grijanja u žicama obrnuto proporcionalni kvadratu napona u mreži. Stoga se za prijenos električne energije na udaljenosti od nekoliko stotina kilometara koriste visokonaponski dalekovodi (TL), čiji napon između žica iznosi desetke, a ponekad i stotine tisuća volti.
Uz pomoć dalekovoda susjedne elektrane se spajaju u jedinstvenu mrežu, nazvanu elektroenergetski sustav. Jedinstveni energetski sustav Rusije uključuje ogroman broj elektrana koje se kontroliraju iz jednog centra i osigurava neprekidno napajanje potrošača.

V. GOELRO

1. Povijest

GOELRO (Državna komisija za elektrifikaciju Rusije) je tijelo stvoreno 21. veljače 1920. za izradu projekta za elektrifikaciju Rusije nakon Listopadske revolucije 1917. godine.

U rad povjerenstva bilo je uključeno više od 200 znanstvenika i tehničara. Na čelu komisije bio je G.M. Krzhizhanovsky. Centralni komitet Komunističke partije i osobno V. I. Lenjin svakodnevno su upravljali radom komisije GOELRO, utvrdili glavne temeljne odredbe plana elektrifikacije zemlje.

Do kraja 1920. komisija je obavila ogroman posao i pripremila Plan elektrifikacije RSFSR-a, volumen od 650 stranica teksta s kartama i shemama za elektrifikaciju regija.
Plan GOELRO, osmišljen za 10-15 godina, provodio je Lenjinove ideje o elektrifikaciji cijele zemlje i stvaranju velike industrije.
U području elektroprivrede plan se sastojao od programa obnove i obnove prijeratne elektroprivrede, izgradnje 30 regionalnih elektrana i izgradnje moćnih regionalnih termoelektrana. Planirano je elektrane opremiti velikim kotlovima i turbinama za to vrijeme.
Jedna od glavnih ideja plana bila je široka upotreba golemih hidroenergetskih resursa zemlje. Predviđena je radikalna obnova na temelju elektrifikacije svih grana narodnog gospodarstva zemlje, a prvenstveno zbog rasta teške industrije, te racionalnog rasporeda industrije u cijeloj zemlji.
Provedba GOELRO plana započela je u teškim uvjetima građanskog rata i gospodarske devastacije.

Od 1947. SSSR je bio na prvom mjestu u Europi i na drugom mjestu u svijetu po proizvodnji električne energije.

Plan GOELRO odigrao je veliku ulogu u životu naše zemlje: bez njega ne bi bilo moguće dovesti SSSR u red industrijski najrazvijenijih zemalja svijeta u tako kratkom vremenu. Provedba ovog plana oblikovala je cjelokupno domaće gospodarstvo i još ga uvelike određuje.

Izrada i provedba plana GOELRO postala je moguća i to isključivo zahvaljujući kombinaciji mnogih objektivnih i subjektivnih čimbenika: značajnog industrijskog i gospodarskog potencijala predrevolucionarne Rusije, visoke razine ruske znanstvene i tehničke škole, koncentracije svih ekonomsku i političku moć, njezinu snagu i volju, a također i tradicionalni saborno-zajednički mentalitet naroda i njihov poslušni i povjerljivi odnos prema vrhovnim vladarima.
Plan GOELRO i njegova provedba dokazali su visoku učinkovitost sustava državnog planiranja u uvjetima krute centralizirane moći i predodredili razvoj ovog sustava za mnoga desetljeća koja dolaze.

2. Rezultati

Do kraja 1935. program elektrogradnje bio je višestruko preispunjen.

Umjesto 30, izgrađeno je 40 regionalnih elektrana na kojima je, zajedno s drugim velikim industrijskim stanicama, pušteno u pogon 6.914 tisuća kW snage (od toga regionalnih 4.540 tisuća kW, gotovo tri puta više nego prema GOELRO planu).
Godine 1935. među regionalnim elektranama bilo je 13 elektrana od 100.000 kW.

Prije revolucije, kapacitet najveće elektrane u Rusiji (1. Moskva) bio je samo 75 tisuća kW; nije postojala niti jedna velika hidroelektrana. Do početka 1935. ukupna instalirana snaga hidroelektrana dosegnula je gotovo 700 000 kW.
Izgrađena je najveća u to vrijeme na svijetu hidroelektrana Dnjepar, Svirskaja 3., Volkhovskaja itd. Na najvišoj točki svog razvoja Jedinstveni energetski sustav SSSR-a u mnogočemu je nadmašio energetske sustave razvijenih zemlje Europe i Amerike.

Struja je u selima prije revolucije bila praktički nepoznata. Veliki zemljoposjednici instalirali su male elektrane, ali je njihov broj bio mali.

Električna energija se počela koristiti u poljoprivredi: u mlinovima, rezačima stočne hrane, strojevima za čišćenje žitarica i pilanama; u industriji, a kasnije - u svakodnevnom životu.

Popis korištene literature

Venikov V. A., Prijenos snage na velike udaljenosti, M.-L., 1960.;
Sovalov S. A., Načini prijenosa snage 400-500 kv. EES, M., 1967;
Bessonov, L.A. Teorijske osnove elektrotehnike. Električni krugovi: udžbenik / L.A. Bessonov. - 10. izd. — M.: Gardariki, 2002.
Elektrotehnika: Nastavni i metodički kompleks. /I. M. Kogol, G. P. Dubovitsky, V. N. Borodianko, V. S. Gun, N. V. Klinachev, V. V. Krymsky, A. Ya. Ergard, V. A. Yakovlev; Uredila N.V. Klinacheva. - Čeljabinsk, 2006-2008.
Električni sustavi, v. 3 - Prijenos snage izmjeničnom i istosmjernom strujom visokog napona, M., 1972.

Žao nam je, ništa nije pronađeno.

Vrste elektrana Termalne (TE) - 50% Termalne (TE) - 50% Hidroelektrane (HE) % Hidroelektrane (HE) % Nuklearne (NE) - 15% Nuklearne (NE) - 15% Alternativni izvori Alternativni izvori energije izvori - 2 - 5% (sunčeva energija, energija fuzije, energija plime i oseke, energija vjetra) energija - 2 - 5% (sunčeva energija, energija fuzije, energija plime i oseke, energija vjetra)

Generator električne struje Generator pretvara mehaničku energiju u električnu energiju Generator pretvara mehaničku energiju u električnu energiju Djelovanje generatora temelji se na fenomenu elektromagnetske indukcije Djelovanje generatora temelji se na fenomenu elektromagnetske indukcije

Okvir sa strujom je glavni element generatora.Okretni dio naziva se ROTOR (magnet). Rotirajući dio naziva se ROTOR (magnet). Fiksni dio naziva se STATOR (okvir) Fiksni dio naziva se STATOR (okvir) Kada se okvir zakreće, prodirući u okvir, magnetski tok se mijenja s vremenom, uslijed čega se u okviru pojavljuje indukcijska struja.

Prijenos električne energije Električni prijenosni vodovi (TL) služe za prijenos električne energije do potrošača. Pri prijenosu električne energije na daljinu ona se gubi zbog zagrijavanja žica (Joule-Lenzov zakon). Načini smanjenja toplinskih gubitaka: 1) Smanjenje otpora žica, ali povećanje njihovog promjera (teške - teško objesiti, a skupe - bakrene). 2) Smanjenje jačine struje povećanjem napona.

Utjecaj termoelektrana na okoliš Termoelektrane - dovode do toplinskog onečišćenja zraka produktima izgaranja goriva. Hidroelektrane - dovode do poplava velikih područja koja se povlače iz korištenja zemljišta. Nuklearna elektrana – može dovesti do oslobađanja radioaktivnih tvari.

Glavne faze proizvodnje, prijenosa i potrošnje električne energije 1. Mehanička energija se pretvara u električnu energiju pomoću generatora u elektranama. 1. Mehanička energija se pretvara u električnu pomoću generatora u elektranama. 2. Električni napon se povećava za prijenos električne energije na velike udaljenosti. 2. Električni napon se povećava za prijenos električne energije na velike udaljenosti. 3. Električna energija se prenosi pod visokim naponom preko visokonaponskih dalekovoda. 3. Električna energija se prenosi pod visokim naponom preko visokonaponskih dalekovoda. 4. Prilikom distribucije električne energije potrošačima napon se smanjuje. 4. Prilikom distribucije električne energije potrošačima napon se smanjuje. 5. Kada se troši električna energija, pretvara se u druge vrste energije – mehaničku, svjetlosnu ili unutarnju. 5. Kada se troši električna energija, pretvara se u druge vrste energije – mehaničku, svjetlosnu ili unutarnju.

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, to je manje 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.

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 njen 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.

Električna energija se proizvodi u raznim razmjerima elektrana, uglavnom uz pomoć indukcijskih elektromehaničkih generatora.

Proizvodnja električne energije

Postoje dvije glavne vrste elektrana:

1. Toplinska.

2. Hidraulični.

Ova podjela je uzrokovana vrstom motora koji okreće rotor generatora. NA toplinski elektrane kao energent koriste gorivo: ugljen, plin, naftu, uljni škriljac, loživo ulje. Rotor pokreću parne plinske turbine.

Najisplativije su termoparne turbinske elektrane (TE). Njihova maksimalna učinkovitost doseže 70%. Ovo uzima u obzir činjenicu da se ispušna para koristi u industrijskim poduzećima.

Na hidroelektrane potencijalna energija vode koristi se za rotaciju rotora. Rotor pokreću hidraulične turbine. Snaga stanice ovisit će o tlaku i masi vode koja prolazi kroz turbinu.

Korištenje električne energije

Električna energija se koristi gotovo posvuda. Naravno, većina proizvedene električne energije dolazi iz industrije. Osim toga, promet će biti glavni potrošač.

Mnoge željezničke pruge odavno su prešle na električnu vuču. Rasvjeta stanova, gradskih ulica, industrijske i kućne potrebe sela i sela - sve je to također veliki potrošač električne energije.

Ogroman dio primljene električne energije pretvara se u mehaničku energiju. Svi mehanizmi koji se koriste u industriji pokreću se električnim motorima. Potrošaca struje ima dovoljno, a ima ih posvuda.

A struja se proizvodi samo na nekoliko mjesta. Postavlja se pitanje prijenosa električne energije, i to na velike udaljenosti. Kod prijenosa na velike udaljenosti dolazi do velikog gubitka snage. Uglavnom, to su gubici zbog zagrijavanja električnih žica.

Prema Joule-Lenzovom zakonu, energija utrošena na grijanje izračunava se po formuli:

Budući da je otpor gotovo nemoguće smanjiti na prihvatljivu razinu, potrebno je smanjiti jačinu struje. Da biste to učinili, povećajte napon. Obično se na stanicama nalaze pojačani generatori, a na kraju dalekovoda opadajući transformatori. I već se od njih energija raspršuje do potrošača.

Potreba za električnom energijom stalno raste. Postoje dva načina da se zadovolji potražnja za povećanom potrošnjom:

1. Izgradnja novih elektrana

2. Korištenje napredne tehnologije.

Učinkovito korištenje električne energije

Prva metoda zahtijeva utrošak velikog broja građevinskih i financijskih sredstava. Za izgradnju jedne elektrane potrebno je nekoliko godina. Uz to, primjerice, termoelektrane troše puno neobnovljivih prirodnih resursa i štete prirodnom okolišu.