Riepilogo: Produzione, trasmissione e utilizzo dell'energia elettrica. Produzione, trasmissione e consumo di energia elettrica

I. Introduzione
II Produzione e uso di energia elettrica
1. Produzione di energia
1.1 Generatore
2. Consumo di elettricità
III Trasformatori
1. Appuntamento
2. Classificazione
3. Dispositivo
4. Caratteristiche
5. Modalità
5.1 Al minimo
5.2 Modalità di cortocircuito
5.3 Modalità di caricamento
IV Trasmissione di potenza
V GOELRO
1. Storia
2. Risultati
VI Elenco dei riferimenti

I. Introduzione

Elettricità, una delle più specie importanti l'energia gioca un ruolo importante mondo moderno. È il fulcro delle economie degli stati, determinando la loro posizione nell'arena internazionale e il livello di sviluppo. Enormi somme di denaro vengono investite ogni anno nello sviluppo delle industrie scientifiche legate all'elettricità.
L'elettricità è parte integrante Vita di ogni giorno Pertanto, è importante avere informazioni sulle caratteristiche della sua produzione e utilizzo.

II. Produzione e uso di energia elettrica

1. Produzione di energia

La produzione di elettricità è la produzione di elettricità convertendola da altri tipi di energia utilizzando speciali dispositivi tecnici.
Per generare consumo di elettricità:
Un generatore elettrico è una macchina elettrica in cui lavoro meccanico convertita in energia elettrica.
Batteria solare o fotocellula: un dispositivo elettronico che converte l'energia radiazioni elettromagnetiche, principalmente nella gamma della luce, in energia elettrica.
Fonti di corrente chimica - la conversione di parte dell'energia chimica in energia elettrica, attraverso una reazione chimica.
Le fonti di elettricità dei radioisotopi sono dispositivi che utilizzano l'energia rilasciata durante il decadimento radioattivo per riscaldare il liquido di raffreddamento o convertirlo in elettricità.
L'elettricità è generata nelle centrali elettriche: termiche, idrauliche, nucleari, solari, geotermiche, eoliche e altre.
Praticamente in tutte le centrali elettriche di importanza industriale viene utilizzato il seguente schema: l'energia del vettore di energia primaria con l'aiuto di un dispositivo speciale viene prima convertita in energia meccanica del movimento rotatorio, che viene trasferita a una speciale macchina elettrica: un generatore , dove viene generato elettricità.
Le tre principali tipologie di centrali elettriche: centrali termoelettriche, centrali idroelettriche, centrali nucleari
Il ruolo di primo piano nell'industria dell'energia elettrica di molti paesi è svolto dalle centrali termiche (TPP).
Le centrali termoelettriche richiedono un'enorme quantità di combustibili fossili, mentre le sue riserve sono in calo e il costo è in costante aumento a causa delle condizioni sempre più difficili per l'estrazione e le distanze di trasporto. Il fattore di utilizzo del carburante in essi contenuto è piuttosto basso (non più del 40%) e il volume dei rifiuti inquinanti ambiente, sono grandi.
Economico, tecno-economico e fattori ambientali non consentono di considerare le centrali termoelettriche un modo promettente per generare elettricità.
Le centrali idroelettriche (HPP) sono le più economiche. La loro efficienza raggiunge il 93% e il costo di un kWh è 5 volte inferiore rispetto ad altri metodi di generazione di elettricità. Utilizzano una fonte di energia inesauribile, sono servite da un numero minimo di lavoratori e sono ben regolamentate. Il nostro Paese occupa una posizione di primo piano nel mondo per dimensioni e capacità delle singole centrali e unità idroelettriche.
Ma il ritmo di sviluppo è vincolato da costi e tempi di costruzione significativi, a causa della lontananza dei cantieri HPP da principali città, mancanza di strade, condizioni di costruzione difficili, condizionate dalla stagionalità del regime fluviale, gli invasi sono allagati grandi aree preziose terre fluviali, grandi bacini idrici influiscono negativamente situazione ecologica, potenti HPP possono essere costruiti solo in luoghi in cui sono disponibili le risorse appropriate.
Le centrali nucleari (NPP) funzionano secondo lo stesso principio delle centrali termiche, ovvero l'energia termica del vapore viene convertita in energia meccanica di rotazione dell'albero della turbina, che aziona un generatore, dove l'energia meccanica viene convertita in energia elettrica.
Il principale vantaggio delle centrali nucleari è la piccola quantità di combustibile utilizzato (1 kg di uranio arricchito sostituisce 2,5 mila tonnellate di carbone), per cui è possibile costruire centrali nucleari in qualsiasi area carente di energia. Inoltre, le riserve di uranio sulla Terra superano le riserve di combustibile minerale tradizionale e, con un funzionamento senza problemi delle centrali nucleari, hanno un impatto minimo sull'ambiente.
Il principale svantaggio delle centrali nucleari è la possibilità di incidenti con conseguenze catastrofiche, la cui prevenzione richiede serie misure di sicurezza. Inoltre, le centrali nucleari sono scarsamente regolamentate (ci vogliono diverse settimane per fermarle o accenderle completamente) e non sono state sviluppate tecnologie per il trattamento dei rifiuti radioattivi.
L'energia nucleare è diventata una delle industrie leader economia nazionale e continua a svilupparsi rapidamente, garantendo sicurezza e rispetto dell'ambiente.

1.1 Generatore

Un generatore elettrico è un dispositivo in cui forme di energia non elettriche (meccaniche, chimiche, termiche) vengono convertite in energia elettrica.
Il principio di funzionamento del generatore si basa sul fenomeno induzione elettromagnetica quando in un conduttore si muove in un campo magnetico e lo attraversa linee di forza, viene indotto un EMF, pertanto tale conduttore può essere considerato da noi come una sorgente energia elettrica.
Il metodo per ottenere una fem indotta, in cui il conduttore si muove in un campo magnetico, salendo o scendendo, è molto scomodo nel suo uso pratico. Pertanto, i generatori utilizzano il movimento non rettilineo, ma rotatorio del conduttore.
Le parti principali di qualsiasi generatore sono: un sistema di magneti o, molto spesso, elettromagneti che creano un campo magnetico e un sistema di conduttori che attraversano questo campo magnetico.
Generatore corrente alternata- una macchina elettrica che converte l'energia meccanica in energia elettrica di corrente alternata. La maggior parte degli alternatori utilizza un campo magnetico rotante.

Quando ruoti la cornice, cambia flusso magnetico attraverso di essa, quindi in essa viene indotto un EMF. Poiché il telaio è collegato a un circuito elettrico esterno con l'aiuto di un collettore di corrente (anelli e spazzole), nel telaio e nel circuito esterno si genera una corrente elettrica.
Con la rotazione uniforme del telaio, l'angolo di rotazione cambia secondo la legge:

Anche il flusso magnetico attraverso il telaio cambia nel tempo, la sua dipendenza è determinata dalla funzione:

dove S− area della cornice.
Secondo la legge di Faraday dell'induzione elettromagnetica, l'EMF di induzione che si verifica nel frame è:

dove è l'ampiezza dell'EMF di induzione.
Un altro valore che caratterizza il generatore è l'intensità di corrente, espressa dalla formula:

dove ioè la forza attuale in un dato momento, Sono- l'ampiezza della forza attuale (il valore massimo della forza attuale in valore assoluto), φc- sfasamento tra le fluttuazioni di corrente e di tensione.
La tensione elettrica ai terminali del generatore varia secondo una legge sinusoidale o coseno:

Quasi tutti i generatori installati nelle nostre centrali elettriche sono generatori di corrente trifase. In sostanza, ciascuno di questi generatori è una connessione in una macchina elettrica di tre generatori di corrente alternata, progettati in modo tale che i campi elettromagnetici indotti in essi siano spostati l'uno rispetto all'altro di un terzo del periodo:

2. Consumo di elettricità

Alimentazione elettrica imprese industriali. Le imprese industriali consumano il 30-70% dell'elettricità generata come parte del sistema elettrico. Una significativa diffusione dei consumi industriali è determinata dallo sviluppo industriale e condizioni climatiche vari paesi.
Alimentazione di trasporto elettrificato. Sottostazioni raddrizzatori per il trasporto elettrico DC(urbane, industriali, interurbane) e le cabine di trasporto elettrico interurbano in corrente alternata sono alimentate con energia elettrica da reti elettriche EES.
Alimentazione dei consumatori domestici. Questo gruppo di PE comprende un'ampia gamma di edifici situati in aree residenziali di città e paesi. Questo - edifici residenziali, edifici ad uso amministrativo e gestionale, istituzioni educative e scientifiche, negozi, edifici ad uso sanitario, culturale e collettivo, Ristorazione eccetera.

III. trasformatori

Trasformatore - statico dispositivo elettromagnetico, che ha due o di più avvolgimenti accoppiati induttivamente e progettati per convertire un sistema a corrente alternata (primario) in un altro sistema a corrente alternata (secondario) mediante induzione elettromagnetica.

Schema del dispositivo trasformatore

1 - avvolgimento primario del trasformatore
2 - circuito magnetico
3 - avvolgimento secondario del trasformatore
F- direzione del flusso magnetico
U 1- tensione sull'avvolgimento primario
U2- tensione sul secondario

I primi trasformatori con circuito magnetico aperto furono proposti nel 1876 da P.N. Yablochkov, che li ha usati per alimentare una "candela" elettrica. Nel 1885, gli scienziati ungheresi M. Deri, O. Blaty, K. Zipernovsky svilupparono trasformatori industriali monofase con un circuito magnetico chiuso. Nel 1889-1891. MO Dolivo-Dobrovolsky ha proposto un trasformatore trifase.

1. Appuntamento

I trasformatori sono ampiamente utilizzati in vari campi:
Per la trasmissione e distribuzione di energia elettrica
Tipicamente, nelle centrali elettriche, i generatori di corrente alternata generano energia elettrica a una tensione di 6-24 kV ed è redditizio trasmettere elettricità su lunghe distanze a tensioni molto più elevate (110, 220, 330, 400, 500 e 750 kV) . Pertanto, in ogni centrale elettrica, sono installati trasformatori che aumentano la tensione.
Distribuzione di energia elettrica tra imprese industriali, insediamenti, nelle città e aree rurali, oltre che all'interno delle imprese industriali, viene prodotto tramite linee aeree e in cavo, alla tensione di 220, 110, 35, 20, 10 e 6 kV. Pertanto, in tutti i nodi di distribuzione devono essere installati trasformatori che riducano la tensione a 220, 380 e 660 V.
Per fornire il circuito desiderato per l'accensione delle valvole nei dispositivi di conversione e per far corrispondere la tensione all'uscita e all'ingresso del convertitore (trasformatori di conversione).
Per vari scopi tecnologici: saldatura ( trasformatori di saldatura), alimentazione di impianti elettrotermici (trasformatori di forni elettrici), ecc.
Per alimentare vari circuiti di apparecchiature radio, apparecchiature elettroniche, dispositivi di comunicazione e automazione, elettrodomestici, per separare circuiti elettrici di vari elementi di questi dispositivi, per abbinare la tensione, ecc.
Includere strumenti di misura elettrici e alcuni dispositivi (relè, ecc.) nei circuiti elettrici ad alta tensione o nei circuiti attraverso i quali passano grandi correnti, al fine di ampliare i limiti di misura e garantire la sicurezza elettrica. (trasformatori di misura)

2. Classificazione

Classificazione del trasformatore:

Su appuntamento: potenza generale (utilizzata nelle linee di trasmissione e distribuzione di potenza) e applicazione speciale(forno, raddrizzatore, saldatura, radiotrasformatori).
Per tipo di raffreddamento: con raffreddamento ad aria (trasformatori a secco) e olio (trasformatori a olio).
In base al numero di fasi sul lato primario: monofase e trifase.
A seconda della forma del circuito magnetico: a stelo, blindato, toroidale.
Dal numero di avvolgimenti per fase: a due avvolgimenti, a tre avvolgimenti, a più avvolgimenti (più di tre avvolgimenti).
Secondo il design degli avvolgimenti: con avvolgimenti concentrici e alternati (disco).

3. Dispositivo

Il trasformatore più semplice (trasformatore monofase) è un dispositivo costituito da un nucleo in acciaio e due avvolgimenti.

Il principio del dispositivo di un trasformatore a due avvolgimenti monofase
Il nucleo magnetico è il sistema magnetico del trasformatore, attraverso il quale si chiude il flusso magnetico principale.
Quando viene applicata una tensione alternata all'avvolgimento primario, nell'avvolgimento secondario viene indotto un EMF della stessa frequenza. Se un ricevitore elettrico è collegato all'avvolgimento secondario, al suo interno si genera una corrente elettrica e ai terminali secondari del trasformatore viene impostata una tensione, che è leggermente inferiore all'EMF e in misura relativamente piccola dipende dal carico.

Simbolo del trasformatore:
a) - un trasformatore con nucleo in acciaio, b) - un trasformatore con nucleo in ferrite

4. Caratteristiche del trasformatore

La potenza nominale di un trasformatore è la potenza per la quale è progettato.
Tensione primaria nominale: la tensione per la quale è progettato l'avvolgimento primario del trasformatore.
Tensione nominale secondaria - la tensione ai terminali dell'avvolgimento secondario, ottenuta quando il trasformatore è inattivo e la tensione nominale ai terminali dell'avvolgimento primario.
Correnti nominali, determinate dal rispettivo valori nominali potenza e tensione.
La tensione nominale più alta del trasformatore è la più alta delle tensioni nominali degli avvolgimenti del trasformatore.
La tensione nominale più bassa è la più piccola delle tensioni nominali degli avvolgimenti del trasformatore.
Tensione nominale media - tensione nominale, che è intermedia tra la tensione nominale più alta e quella più bassa degli avvolgimenti del trasformatore.

5. Modalità

5.1 Al minimo

Modalità inattiva: la modalità di funzionamento del trasformatore, in cui l'avvolgimento secondario del trasformatore è aperto e la tensione alternata viene applicata ai terminali dell'avvolgimento primario.

Una corrente scorre nell'avvolgimento primario di un trasformatore collegato a una sorgente di corrente alternata, per cui nel nucleo appare un flusso magnetico alternato Φ penetrando in entrambi gli avvolgimenti. Poiché Φ è lo stesso in entrambi gli avvolgimenti del trasformatore, il cambiamento Φ porta alla comparsa dello stesso EMF a induzione in ogni giro degli avvolgimenti primario e secondario. Valore istantaneo della fem di induzione e in ogni giro degli avvolgimenti è lo stesso ed è determinato dalla formula:

dove è l'ampiezza dell'EMF in un giro.
L'ampiezza dell'EMF di induzione negli avvolgimenti primari e secondari sarà proporzionale al numero di spire nell'avvolgimento corrispondente:

dove N 1 e N 2- il numero di giri al loro interno.
La caduta di tensione attraverso l'avvolgimento primario, come attraverso un resistore, è molto piccola rispetto a ε 1, e quindi per valori effettivi tensione nel primario U 1 e secondario U2 avvolgimenti, sarà vera la seguente espressione:

K- rapporto di trasformazione. In K>1 trasformatore riduttore e quando K<1 - повышающий.

5.2 Modalità di cortocircuito

Modalità di cortocircuito: una modalità in cui le uscite dell'avvolgimento secondario sono chiuse da un conduttore di corrente con una resistenza uguale a zero ( Z=0).

Un cortocircuito del trasformatore in condizioni di funzionamento crea una modalità di emergenza, in quanto la corrente secondaria, e quindi quella primaria, aumenta di diverse decine di volte rispetto a quella nominale. Pertanto, nei circuiti con trasformatori, è prevista una protezione che, in caso di cortocircuito, spegne automaticamente il trasformatore.

Si devono distinguere due modalità di cortocircuito:

Modalità di emergenza - quando l'avvolgimento secondario è chiuso alla tensione primaria nominale. Con un tale circuito, le correnti aumentano di un fattore 15–20. L'avvolgimento è deformato e l'isolamento è carbonizzato. Anche il ferro brucia. Questa è la modalità difficile. La protezione massima e gas disconnette il trasformatore dalla rete in caso di cortocircuito di emergenza.

Una modalità sperimentale di cortocircuito è una modalità in cui l'avvolgimento secondario è cortocircuitato e una tensione così ridotta viene fornita all'avvolgimento primario, quando la corrente nominale scorre attraverso gli avvolgimenti - questo è UK- tensione di cortocircuito.

In condizioni di laboratorio, è possibile eseguire un cortocircuito di prova del trasformatore. In questo caso, espressa in percentuale, la tensione UK, a io 1 \u003d io 1 nom designare UK ed è chiamata la tensione di cortocircuito del trasformatore:

dove U 1 nom- tensione primaria nominale.

Questa è la caratteristica del trasformatore, indicata nel passaporto.

5.3 Modalità di caricamento

La modalità di carico del trasformatore è la modalità di funzionamento del trasformatore in presenza di correnti in almeno due dei suoi avvolgimenti principali, ciascuno dei quali è chiuso a un circuito esterno, mentre le correnti che scorrono in due o più avvolgimenti in modalità inattiva sono non preso in considerazione:

Se una tensione è collegata all'avvolgimento primario del trasformatore U 1 e collegare l'avvolgimento secondario al carico, le correnti appariranno negli avvolgimenti io 1 e io 2. Queste correnti creeranno flussi magnetici Φ 1 e Φ2 diretti l'uno verso l'altro. Il flusso magnetico totale nel circuito magnetico diminuisce. Di conseguenza, l'EMF indotto dal flusso totale ε 1 e ε 2 diminuire. Tensione efficace U 1 Rimane invariato. Diminuire ε 1 provoca un aumento di corrente io 1:

Con l'aumento della corrente io 1 flusso Φ 1 aumenta quanto basta per compensare l'effetto smagnetizzante del flusso Φ2. L'equilibrio viene ripristinato praticamente allo stesso valore della portata totale.

IV. Trasmissione di elettricità

La trasmissione di elettricità dalla centrale elettrica ai consumatori è uno dei compiti più importanti dell'industria energetica.
L'energia elettrica viene trasmessa prevalentemente tramite linee di trasmissione aeree (TL) AC, sebbene vi sia una tendenza verso un crescente utilizzo di linee in cavo e linee DC.

La necessità di trasmettere elettricità a distanza è dovuta al fatto che l'elettricità è generata da grandi centrali elettriche con unità potenti e viene consumata da consumatori di potenza relativamente bassa distribuiti su una vasta area. La tendenza alla concentrazione delle capacità di generazione si spiega con il fatto che con la loro crescita diminuiscono i costi relativi alla realizzazione delle centrali e diminuisce il costo dell'energia elettrica generata.
Il posizionamento di potenti centrali elettriche viene effettuato tenendo conto di una serie di fattori, come la disponibilità di risorse energetiche, il loro tipo, riserve e possibilità di trasporto, condizioni naturali, capacità di lavorare come parte di un unico sistema energetico, ecc. Spesso tali centrali risultano essere significativamente lontane dai principali centri di consumo di elettricità. Il funzionamento di sistemi elettrici unificati che coprono vasti territori dipende dall'efficienza della trasmissione di energia elettrica a distanza.
È necessario trasferire l'elettricità dai luoghi di produzione ai consumatori con perdite minime. Il motivo principale di queste perdite è la conversione di parte dell'elettricità nell'energia interna dei fili, il loro riscaldamento.

Secondo la legge di Joule-Lenz, la quantità di calore Q, rilasciato durante il tempo t nel conduttore dalla resistenza R durante il passaggio di corrente io, è uguale a:

Dalla formula segue che per ridurre il riscaldamento dei fili, è necessario ridurre la forza di corrente in essi e la loro resistenza. Per ridurre la resistenza dei fili, aumentarne il diametro, tuttavia, fili molto spessi appesi tra i supporti delle linee elettriche possono rompersi sotto l'azione della gravità, soprattutto durante le nevicate. Inoltre, con l'aumento dello spessore dei fili, il loro costo aumenta e sono fatti di un metallo relativamente costoso: il rame. Pertanto, un modo più efficace per ridurre al minimo le perdite di energia nella trasmissione di elettricità è ridurre la forza di corrente nei fili.
Pertanto, al fine di ridurre il riscaldamento dei fili durante la trasmissione di elettricità su lunghe distanze, è necessario ridurre al minimo la corrente al loro interno.
La potenza attuale è uguale al prodotto della forza e della tensione attuali:

Pertanto, al fine di risparmiare potenza trasmessa su lunghe distanze, è necessario aumentare la tensione della stessa quantità in cui è stata ridotta la forza di corrente nei fili:

Dalla formula ne consegue che a valori costanti della potenza trasmessa della corrente e della resistenza dei fili, le perdite di riscaldamento nei fili sono inversamente proporzionali al quadrato della tensione nella rete. Pertanto, per trasmettere elettricità su distanze di diverse centinaia di chilometri, vengono utilizzate linee elettriche ad alta tensione (TL), la cui tensione tra i fili è di decine e talvolta centinaia di migliaia di volt.
Con l'aiuto delle linee elettriche, le centrali elettriche vicine vengono combinate in un'unica rete, chiamata sistema elettrico. Il sistema energetico unificato della Russia comprende un numero enorme di centrali elettriche controllate da un unico centro e fornisce alimentazione ininterrotta ai consumatori.

V. GOELRO

1. Storia

GOELRO (Commissione statale per l'elettrificazione della Russia) è un organismo creato il 21 febbraio 1920 per sviluppare un progetto per l'elettrificazione della Russia dopo la Rivoluzione d'Ottobre del 1917.

Più di 200 scienziati e tecnici sono stati coinvolti nei lavori della commissione. GM era a capo della commissione. Krzhizhanovsky. Il Comitato Centrale del Partito Comunista e personalmente V. I. Lenin dirigevano quotidianamente i lavori della commissione GOELRO, determinavano le principali disposizioni fondamentali del piano di elettrificazione del paese.

Alla fine del 1920, la commissione aveva svolto un ottimo lavoro e preparato il "Piano per l'elettrificazione della RSFSR" - un volume di 650 pagine di testo con mappe e schemi per l'elettrificazione delle regioni.
Il piano GOELRO, progettato per 10-15 anni, ha implementato le idee di Lenin di elettrizzare l'intero paese e creare una grande industria.
Nel campo dell'economia dell'energia elettrica, il piano consisteva in un programma per il ripristino e la ricostruzione dell'industria dell'energia elettrica prebellica, la costruzione di 30 centrali elettriche regionali e la costruzione di potenti centrali termiche regionali. Per quel tempo era previsto di dotare le centrali elettriche di grandi caldaie e turbine.
Una delle idee principali del piano era l'uso diffuso delle vaste risorse idroelettriche del paese. È stata prevista una ricostruzione radicale sulla base dell'elettrificazione di tutti i rami dell'economia nazionale del paese, e principalmente per la crescita dell'industria pesante, e la distribuzione razionale dell'industria in tutto il paese.
L'attuazione del piano GOELRO iniziò nelle difficili condizioni della Guerra Civile e della devastazione economica.

Dal 1947, l'URSS è al primo posto in Europa e al secondo nel mondo in termini di produzione di elettricità.

Il piano GOELRO ha giocato un ruolo enorme nella vita del nostro Paese: senza di esso non sarebbe stato possibile portare l'URSS nelle file dei Paesi più industrialmente sviluppati del mondo in così poco tempo. L'attuazione di questo piano ha plasmato l'intera economia nazionale e la determina ancora in gran parte.

La stesura e l'attuazione del piano GOELRO è stata possibile e unicamente grazie a una combinazione di molti fattori oggettivi e soggettivi: il notevole potenziale industriale ed economico della Russia prerivoluzionaria, l'alto livello della scuola scientifica e tecnica russa, la concentrazione di tutti potere economico e politico, la sua forza e volontà, e anche la tradizionale mentalità conciliare-comunale del popolo e il suo atteggiamento obbediente e fiducioso nei confronti dei sovrani supremi.
Il piano GOELRO e la sua attuazione hanno dimostrato l'elevata efficienza del sistema di pianificazione statale in condizioni di potere rigidamente centralizzato e hanno predeterminato lo sviluppo di questo sistema per molti decenni a venire.

2. Risultati

Entro la fine del 1935, il programma di costruzione elettrica era stato più volte soddisfatto.

Invece di 30, sono state realizzate 40 centrali regionali, presso le quali, insieme ad altri grandi impianti industriali, sono stati messi in servizio 6.914 mila kW di potenza (di cui 4.540 mila kW regionali, quasi il triplo rispetto al piano GOELRO).
Nel 1935 c'erano 13 centrali elettriche da 100.000 kW tra le centrali elettriche regionali.

Prima della rivoluzione, la capacità della più grande centrale elettrica della Russia (1a Mosca) era di soli 75 mila kW; non c'era una sola grande centrale idroelettrica. All'inizio del 1935, la capacità totale installata delle centrali idroelettriche aveva raggiunto quasi 700.000 kW.
La più grande del mondo a quel tempo, la centrale idroelettrica del Dnepr, Svirskaya 3rd, Volkhovskaya, ecc.. Nel punto più alto del suo sviluppo, il sistema energetico unificato dell'URSS per molti aspetti ha superato i sistemi energetici dei paesi sviluppati di Europa e America.

L'elettricità era praticamente sconosciuta nei villaggi prima della rivoluzione. I grandi proprietari terrieri installarono piccole centrali elettriche, ma il loro numero era scarso.

L'elettricità iniziò ad essere utilizzata in agricoltura: nei mulini, nelle trinciaforaggi, nelle macchine per la pulizia del grano e nelle segherie; nell'industria e, successivamente, nella vita di tutti i giorni.

Elenco della letteratura usata

Venikov V. A., Trasmissione di potenza a lunga distanza, M.-L., 1960;
Sovalov S.A., Modalità di trasmissione di potenza 400-500 kv. EES, M., 1967;
Bessonov, LA Fondamenti teorici dell'ingegneria elettrica. Circuiti elettrici: libro di testo / L.A. Bessonov. - 10a ed. — M.: Gardariki, 2002.
Ingegneria elettrica: complesso didattico e metodico. /E. M. Kogol, G. P. Dubovitsky, V. N. Borodianko, V. S. Gun, N. V. Klinachev, V. V. Krymsky, A. Ya. Ergard, V. A. Yakovlev; A cura di NV Klinacheva. - Chelyabinsk, 2006-2008.
Impianti elettrici, v. 3 - Trasmissione di potenza in corrente alternata e continua di alta tensione, M., 1972.

Siamo spiacenti, non è stato trovato nulla.

Tipologie di centrali Termoelettriche (TPP) - 50% Termoelettriche (TPP) - 50% Centrali idroelettriche (HPP) % Centrali idroelettriche (HPP) % Nucleare (NPP) - 15% Nucleare (NPP) - 15% Fonti alternative Energia alternativa fonti - 2 - 5% (energia solare, energia da fusione, energia delle maree, energia eolica) energia - 2 - 5% (energia solare, energia da fusione, energia delle maree, energia eolica)

Generatore di corrente elettrica Il generatore converte l'energia meccanica in energia elettrica Il generatore converte l'energia meccanica in energia elettrica L'azione del generatore si basa sul fenomeno dell'induzione elettromagnetica L'azione del generatore si basa sul fenomeno dell'induzione elettromagnetica

Il telaio con corrente è l'elemento principale del generatore, la parte rotante è chiamata ROTOR (magnete). La parte rotante è chiamata ROTOR (magnete). La parte fissa si chiama STATORE (telaio) La parte fissa si chiama STATORE (telaio) Quando il telaio viene ruotato, penetrando nel telaio, il flusso magnetico cambia nel tempo, per cui nel telaio compare una corrente di induzione

Trasmissione di elettricità Le linee di trasmissione di potenza (TL) sono utilizzate per trasmettere elettricità ai consumatori. Quando si trasmette elettricità a distanza, si perde a causa del riscaldamento dei fili (legge di Joule-Lenz). Modi per ridurre la perdita di calore: 1) Riducendo la resistenza dei fili, ma aumentandone il diametro (pesante - difficile da appendere e costoso - rame). 2) Ridurre l'intensità della corrente aumentando la tensione.

L'impatto delle centrali termoelettriche sull'ambiente Centrali termoelettriche - portano all'inquinamento termico dell'aria a causa dei prodotti della combustione dei combustibili. Centrali idroelettriche - portano all'allagamento di vasti territori che vengono ritirati dall'uso del suolo. Centrale nucleare - può portare al rilascio di sostanze radioattive.

Le principali fasi di produzione, trasmissione e consumo di elettricità 1. L'energia meccanica viene convertita in energia elettrica mediante generatori nelle centrali elettriche. 1. L'energia meccanica viene convertita in energia elettrica utilizzando i generatori nelle centrali elettriche. 2. La tensione elettrica viene aumentata per trasmettere elettricità su lunghe distanze. 2. La tensione elettrica viene aumentata per trasmettere elettricità su lunghe distanze. 3. L'elettricità viene trasmessa ad alta tensione attraverso linee elettriche ad alta tensione. 3. L'elettricità viene trasmessa ad alta tensione attraverso linee elettriche ad alta tensione. 4. Quando si distribuisce elettricità ai consumatori, la tensione viene ridotta. 4. Quando si distribuisce elettricità ai consumatori, la tensione viene ridotta. 5. Quando l'elettricità viene consumata, viene convertita in altri tipi di energia: meccanica, leggera o interna. 5. Quando l'elettricità viene consumata, viene convertita in altri tipi di energia: meccanica, leggera o interna.

Videolezione 2: Compiti per corrente alternata

Conferenza: Corrente alternata. Produzione, trasmissione e consumo di energia elettrica

Corrente alternata

Corrente alternata- si tratta di oscillazioni che possono verificarsi nel circuito a seguito del collegamento ad una sorgente di tensione alternata.

È la corrente alternata che ci circonda tutti: è presente in tutti i circuiti negli appartamenti, è la corrente alternata che viene trasmessa attraverso i fili. Tuttavia, quasi tutti gli elettrodomestici funzionano con elettricità permanente. Ecco perché all'uscita dalla presa la corrente viene raddrizzata e sotto forma di una costante va agli elettrodomestici.

È la corrente alternata che è più facile da ricevere e trasmettere a qualsiasi distanza.

Nello studio della corrente alternata utilizzeremo un circuito in cui collegheremo un resistore, una bobina e un condensatore. In questo circuito viene determinata la tensione secondo la legge:

Come sappiamo, il seno può essere negativo e positivo. Ecco perché il valore della tensione può prendere una direzione diversa. Con una direzione positiva del flusso di corrente (in senso antiorario) la tensione è maggiore di zero, con una direzione negativa è inferiore a zero.

Resistenza nel circuito

Consideriamo quindi il caso in cui solo un resistore è collegato al circuito CA. La resistenza del resistore è chiamata attiva. Considereremo la corrente che scorre in senso antiorario nel circuito. In questo caso, sia la corrente che la tensione saranno positive.

Per determinare l'intensità della corrente nel circuito, utilizzare la seguente formula dalla legge di Ohm:

In queste formule io 0 e u 0 - valori massimi di corrente e tensione. Da ciò possiamo concludere che il valore di corrente massima è uguale al rapporto tra la tensione massima e la resistenza attiva:

Queste due quantità cambiano nella stessa fase, quindi i grafici delle quantità hanno la stessa forma, ma diverse ampiezze.

Condensatore nel circuito

Ricordare! È impossibile ottenere corrente continua nel circuito in cui è presente un condensatore. È un luogo per interrompere il flusso di corrente e cambiarne l'ampiezza. In questo caso, la corrente alternata scorre perfettamente attraverso un tale circuito, cambiando la polarità del condensatore.

Quando si considera un tale circuito, si presume che contenga solo un condensatore. La corrente scorre in senso antiorario, cioè è positiva.

Come già sappiamo, la tensione ai capi di un condensatore è correlata alla sua capacità di immagazzinare carica, cioè la sua dimensione e capacità.

Poiché la corrente è la derivata prima della carica, è possibile determinare con quale formula può essere calcolata trovando la derivata dall'ultima formula:

Come puoi vedere, in questo caso, l'intensità della corrente è descritta dalla legge del coseno, mentre il valore della tensione e della carica può essere descritto dalla legge del seno. Ciò significa che le funzioni sono nella fase opposta e hanno un aspetto simile sul grafico.

Sappiamo tutti che le funzioni coseno e seno dello stesso argomento differiscono di 90 gradi l'una dall'altra, quindi possiamo ottenere le seguenti espressioni:

Da qui, il valore massimo della forza attuale può essere determinato dalla formula:

Il valore al denominatore è la resistenza ai capi del condensatore. Questa resistenza è chiamata capacitiva. Si trova e contrassegna come segue:

Con un aumento della capacità, il valore dell'ampiezza della corrente diminuisce.

Si noti che in questo circuito l'uso della legge di Ohm è appropriato solo quando è necessario determinare il valore massimo della corrente; è impossibile determinare la corrente in qualsiasi momento secondo questa legge a causa della differenza di fase tra la tensione e la forza attuale.

Avvolgi una catena

Considera un circuito in cui è presente una bobina. Immagina che non abbia resistenza attiva. In questo caso, sembrerebbe che nulla debba impedire il movimento della corrente. Tuttavia, non lo è. Il fatto è che quando la corrente passa attraverso la bobina, inizia a formarsi un campo di vortice, che impedisce il passaggio di corrente a causa della formazione di una corrente di autoinduzione.

La forza attuale assume il seguente valore:

Ancora una volta, puoi vedere che la corrente cambia secondo la legge del coseno, quindi lo sfasamento è valido per questo circuito, che può essere visto anche nel grafico:

Da qui il valore massimo di corrente:

Al denominatore possiamo vedere la formula con cui viene determinata la reattanza induttiva del circuito.

Maggiore è la reattanza induttiva, meno importante è l'ampiezza della corrente.

Bobina, resistenza e condensatore in un circuito.

Se nel circuito sono presenti contemporaneamente tutti i tipi di resistenza, il valore della corrente può essere determinato come segue, mediante conversione Legge di Ohm:

Il denominatore si chiama impedenza. È costituito dalla somma dei quadrati di attivo (R) e reattanza, costituito da capacitivo e induttivo. La resistenza totale è chiamata "impedenza".

Elettricità

È impossibile immaginare la vita moderna senza l'uso di apparecchi elettrici che funzionano con l'energia generata da una corrente elettrica. Tutto il progresso tecnologico si basa sull'elettricità.

Ottenere energia dalla corrente elettrica ha un numero enorme di vantaggi:

1. L'elettricità è relativamente facile da produrre, poiché ci sono miliardi di centrali elettriche, generatori e altri dispositivi per la generazione di elettricità in tutto il mondo.

2. È possibile trasmettere energia elettrica su lunghe distanze in poco tempo e senza perdite significative.

3. È possibile convertire l'energia elettrica in forme meccaniche, luminose, interne e di altro tipo.

La trasmissione di energia elettrica è un processo che consiste nella fornitura di energia elettrica ai consumatori. L'elettricità è prodotta da fonti di produzione remote (centrali elettriche) da enormi generatori che utilizzano carbone, gas naturale, acqua, fissione nucleare o vento.

La corrente viene trasmessa attraverso trasformatori, che ne aumentano la tensione. È l'alta tensione che è economicamente vantaggiosa quando si trasmette energia su lunghe distanze. Le linee elettriche ad alta tensione si estendono in tutto il paese. Attraverso di loro, la corrente elettrica raggiunge le sottostazioni vicino alle grandi città, dove la sua tensione viene abbassata e inviata a piccole linee elettriche (di distribuzione). La corrente elettrica viaggia attraverso le linee di distribuzione in ogni quartiere della città ed entra nelle scatole dei trasformatori. I trasformatori riducono la tensione a un determinato valore standard, che è sicuro e necessario per il funzionamento degli elettrodomestici. La corrente entra in casa attraverso i fili e passa attraverso un contatore che mostra la quantità di energia consumata.

Un trasformatore è un dispositivo statico che converte la corrente alternata di una tensione in corrente alternata di un'altra tensione senza cambiarne la frequenza. Può funzionare solo su AC.

Le principali parti strutturali del trasformatore

Il dispositivo è composto da tre parti principali:

avvolgimento primario del trasformatore. Il numero di giri N 1.
Il nucleo della forma chiusa da materiale magneticamente morbido (ad esempio acciaio).
avvolgimento secondario. Numero di giri N 2 .

Negli schemi, il trasformatore è rappresentato come segue:

Principio di funzionamento

Il funzionamento di un trasformatore di potenza si basa sulla legge di Faraday dell'induzione elettromagnetica.

Tra due avvolgimenti separati (primario e secondario), che sono collegati da un flusso magnetico comune, appare l'induzione reciproca. L'induzione reciproca è il processo mediante il quale un avvolgimento primario induce una tensione in un avvolgimento secondario situato nelle sue immediate vicinanze.

L'avvolgimento primario riceve una corrente alternata, che produce un flusso magnetico quando collegato a una fonte di alimentazione. Il flusso magnetico passa attraverso il nucleo e, poiché cambia nel tempo, eccita l'EMF di induzione nell'avvolgimento secondario. La tensione sul secondo avvolgimento può essere inferiore a quella del primo, quindi il trasformatore viene chiamato step-down. Il trasformatore elevatore ha una tensione maggiore sull'avvolgimento secondario. La frequenza attuale rimane invariata. Un'efficace riduzione o aumento della tensione non può aumentare la potenza elettrica, quindi l'uscita di corrente del trasformatore aumenta o diminuisce proporzionalmente di conseguenza.

Per i valori di ampiezza della tensione sugli avvolgimenti si può scrivere la seguente espressione:

k - rapporto di trasformazione.

Per trasformatore step-up k>1 e per step-down - k<1.

Durante il funzionamento di un dispositivo reale, ci sono sempre delle perdite di energia:

gli avvolgimenti sono riscaldati.
si lavora sulla magnetizzazione del nucleo;
Le correnti di Foucault sorgono nel nucleo (hanno un effetto termico sul nucleo massiccio).

Per ridurre le perdite durante il riscaldamento, i nuclei dei trasformatori non sono costituiti da un unico pezzo di metallo, ma da piastre sottili, tra le quali si trova un dielettrico.

L'energia elettrica viene prodotta a varie scale nelle centrali elettriche, principalmente con l'ausilio di generatori elettromeccanici ad induzione.

Produzione di energia

Esistono due tipi principali di centrali elettriche:

1. Termico.

2. Idraulico.

Questa divisione è causata dal tipo di motore che fa girare il rotore del generatore. IN termico le centrali elettriche utilizzano il combustibile come fonte di energia: carbone, gas, petrolio, scisti bituminosi, olio combustibile. Il rotore è azionato da turbine a gas a vapore.

Le più economiche sono le centrali termoelettriche a turbina a vapore (TPP). La loro massima efficienza raggiunge il 70%. Ciò tiene conto del fatto che il vapore di scarico viene utilizzato nelle imprese industriali.

Sul centrali idroelettriche l'energia potenziale dell'acqua viene utilizzata per ruotare il rotore. Il rotore è azionato da turbine idrauliche. La potenza della stazione dipenderà dalla pressione e dalla massa d'acqua che passa attraverso la turbina.

Consumo di elettricità

L'energia elettrica viene utilizzata quasi ovunque. Naturalmente, la maggior parte dell'elettricità prodotta proviene dall'industria. Inoltre, i trasporti saranno un importante consumatore.

Molte linee ferroviarie sono passate da tempo alla trazione elettrica. Illuminazione di abitazioni, strade cittadine, esigenze industriali e domestiche di villaggi e villaggi: tutto questo è anche un grande consumatore di elettricità.

Gran parte dell'elettricità ricevuta viene convertita in energia meccanica. Tutti i meccanismi utilizzati nell'industria sono azionati da motori elettrici. Ci sono abbastanza consumatori di elettricità e sono ovunque.

E l'elettricità viene prodotta solo in pochi posti. Sorge la domanda sulla trasmissione di elettricità e su lunghe distanze. Quando si trasmette su lunghe distanze, c'è molta perdita di potenza. Principalmente si tratta di perdite dovute al riscaldamento dei cavi elettrici.

Secondo la legge di Joule-Lenz, l'energia spesa per il riscaldamento si calcola con la formula:

Poiché è quasi impossibile ridurre la resistenza a un livello accettabile, è necessario ridurre la forza attuale. Per fare ciò, aumentare la tensione. Di solito ci sono generatori step-up alle stazioni e trasformatori step-down all'estremità delle linee di trasmissione. E già da loro l'energia si disperde ai consumatori.

Il fabbisogno di energia elettrica è in costante aumento. Esistono due modi per soddisfare la domanda di aumento dei consumi:

1. Costruzione di nuove centrali elettriche

2. Uso di tecnologie avanzate.

Uso efficiente dell'elettricità

Il primo metodo richiede la spesa di un gran numero di risorse edili e finanziarie. Ci vogliono diversi anni per costruire una centrale elettrica. Inoltre, ad esempio, le centrali termoelettriche consumano molte risorse naturali non rinnovabili e danneggiano l'ambiente naturale.