Rezumat: Producția, transportul și utilizarea energiei electrice. Producția, transportul și consumul de energie electrică

I. Introducere
II Producerea și utilizarea energiei electrice
1. Generare de energie
1.1 Generator
2. Utilizarea energiei electrice
III Transformatoare
1. Numire
2. Clasificare
3. Dispozitiv
4. Caracteristici
5. Moduri
5.1 Funcționare în gol
5.2 Modul de scurtcircuit
5.3 Modul de încărcare
IV Transmisia puterii
V GOELRO
1. Istorie
2. Rezultate
VI Lista referințelor

I. Introducere

Electricitatea, una dintre cele mai multe specii importante energia joacă un rol important în lumea modernă. Este nucleul economiilor statelor, determinând poziția acestora pe arena internațională și nivelul de dezvoltare. Anual se investesc sume uriașe de bani în dezvoltarea industriilor științifice legate de electricitate.
Electricitatea este o parte integrantă Viata de zi cu zi Prin urmare, este important să aveți informații despre caracteristicile producției și utilizării acestuia.

II. Producția și utilizarea energiei electrice

1. Generare de energie

Generarea de energie electrică este producerea de energie electrică prin conversia acesteia din alte tipuri de energie folosind dispozitive tehnice speciale.
Pentru a genera energie electrică:
Un generator electric este o mașină electrică în care munca mecanica transformată în energie electrică.
Baterie solară sau fotocelulă - un dispozitiv electronic care convertește energia radiatie electromagnetica, în principal în domeniul luminii, în energie electrică.
Surse de curent chimic - conversia unei părți a energiei chimice în energie electrică, printr-o reacție chimică.
Sursele radioizotopice de electricitate sunt dispozitive care folosesc energia eliberată în timpul dezintegrarii radioactive pentru a încălzi lichidul de răcire sau pentru a-l transforma în energie electrică.
Electricitatea este generată la centralele electrice: termice, hidraulice, nucleare, solare, geotermale, eoliene și altele.
Practic la toate centralele electrice de importanță industrială se utilizează următoarea schemă: energia purtătorului de energie primară cu ajutorul unui dispozitiv special este mai întâi convertită în energie mecanică de mișcare de rotație, care este transferată la o mașină electrică specială - un generator. , unde este generat electricitate.
Principalele trei tipuri de centrale electrice: centrale termice, centrale hidroelectrice, centrale nucleare
Rolul principal în industria energiei electrice din multe țări îl au centralele termice (TPP).
Centralele termice necesită o cantitate uriașă de combustibil organic, în timp ce rezervele acestuia sunt în scădere, iar costul crește constant din cauza condițiilor de producție din ce în ce mai dificile și a distanțelor de transport. Factorul de utilizare a combustibilului în ele este destul de scăzut (nu mai mult de 40%), iar volumele de deșeuri poluează mediu inconjurator, sunt grozavi.
Economic, tehno-economic și factori de mediu nu permit considerarea centralelor termice ca o modalitate promițătoare de generare a energiei electrice.
Hidrocentralele (HPP) sunt cele mai economice. Eficiența lor ajunge la 93%, iar costul unui kWh este de 5 ori mai ieftin decât în cazul altor metode de generare a energiei electrice. Acestea folosesc o sursă inepuizabilă de energie, sunt deservite de un număr minim de lucrători și sunt bine reglementate. Țara noastră ocupă o poziție de lider în lume în ceea ce privește dimensiunea și capacitatea hidrocentralelor și unităților individuale.
Dar ritmul de dezvoltare este constrâns de costuri semnificative și de timpul de construcție, din cauza îndepărtării șantierelor HPP de marile orașe, lipsa drumurilor, conditii dificile de constructie, afectate de sezonalitatea regimului fluvial, lacuri de acumulare sunt inundate suprafețe mari terenuri fluviale valoroase, rezervoare mari afectează negativ situatie ecologica, HPP puternice pot fi construite numai în locuri unde sunt disponibile resursele adecvate.
Centralele nucleare (CNP) funcționează pe același principiu ca și centralele termice, adică energia termică a aburului este transformată în energie mecanică de rotație a arborelui turbinei, care antrenează un generator, unde energia mecanică este transformată în energie electrică.
Principalul avantaj al centralelor nucleare este cantitatea mică de combustibil folosită (1 kg de uraniu îmbogățit înlocuiește 2,5 mii de tone de cărbune), drept urmare centralele nucleare pot fi construite în orice zone cu deficit de energie. În plus, rezervele de uraniu de pe Pământ depășesc rezervele de combustibil mineral tradițional, iar cu funcționarea fără probleme a centralelor nucleare, acestea au un impact redus asupra mediului.
Principalul dezavantaj al centralelor nucleare este posibilitatea producerii unor accidente cu consecințe catastrofale, a căror prevenire necesită măsuri serioase de siguranță. În plus, centralele nucleare sunt slab reglementate (este nevoie de câteva săptămâni pentru a le opri sau a le porni complet), iar tehnologiile de procesare a deșeurilor radioactive nu au fost dezvoltate.
Energia nucleară a devenit una dintre cele mai importante industrii economie nationalași continuă să se dezvolte rapid, asigurând siguranța și respectarea mediului.

1.1 Generator

Un generator electric este un dispozitiv în care formele neelectrice de energie (mecanică, chimică, termică) sunt convertite în energie electrică.
Principiul de funcționare al generatorului se bazează pe fenomen inductie electromagnetica când într-un conductor care se mișcă într-un câmp magnetic și își traversează magneticul linii de forță, este indus un EMF.De aceea, un astfel de conductor poate fi considerat de noi ca o sursa energie electrica.
Metoda de obținere a unei feme induse, în care conductorul se mișcă într-un câmp magnetic, deplasându-se în sus sau în jos, este foarte incomod în utilizarea sa practică. Prin urmare, generatoarele folosesc mișcarea nu rectilinie, ci de rotație a conductorului.
Principalele părți ale oricărui generator sunt: un sistem de magneți sau, cel mai adesea, electromagneți care creează un câmp magnetic și un sistem de conductori care traversează acest câmp magnetic.
Generator curent alternativ- o mașină electrică care transformă energia mecanică în energie electrică de curent alternativ. Majoritatea alternatoarelor folosesc un câmp magnetic rotativ.

Când rotiți cadrul, acesta se schimbă flux magnetic prin ea, deci se induce un EMF în el. Întrucât cadrul este conectat la un circuit electric extern cu ajutorul unui colector de curent (inele și perii), în cadru și în circuitul extern apare un curent electric.
La rotirea uniformă a cadrului, unghiul de rotație se modifică conform legii:

Fluxul magnetic prin cadru se modifică, de asemenea, în timp, dependența acestuia este determinată de funcția:

Unde S− zona cadrului.
Conform legii lui Faraday a inducției electromagnetice, EMF de inducție care apare în cadru este:

unde este amplitudinea EMF de inducție.
O altă valoare care caracterizează generatorul este puterea curentului, exprimată prin formula:

Unde i este puterea curentă la un moment dat, Sunt- amplitudinea intensității curentului (valoarea maximă a puterii curentului în valoare absolută), φc- defazaj între fluctuațiile de curent și tensiune.
Tensiunea electrică la bornele generatorului variază în funcție de o lege sinusoidală sau cosinus:

Aproape toate generatoarele instalate în centralele noastre electrice sunt generatoare de curent trifazat. În esență, fiecare astfel de generator este o conexiune într-o mașină electrică a trei generatoare de curent alternativ, proiectate în așa fel încât EMF indus în ele să fie deplasat unul față de celălalt cu o treime din perioadă:

2. Utilizarea energiei electrice

Alimentare electrică întreprinderile industriale. Întreprinderile industriale consumă 30-70% din energia electrică generată ca parte a sistemului de energie electrică. O răspândire semnificativă a consumului industrial este determinată de dezvoltarea industrială şi condiții climatice diverse tari.
Alimentarea cu energie electrică a transportului electrificat. Substații redresoare pentru transport electric DC(urbane, industriale, interurbane) și substații coborâtoare de transport electric interurban pe curent alternativ sunt alimentate cu energie electrică de la retelelor electrice EES.
Alimentarea cu energie electrică a consumatorilor casnici. Acest grup de PE include o gamă largă de clădiri situate în zone rezidențiale ale orașelor și orașelor. Aceasta - Cladiri rezidentiale, cladiri in scop administrativ si managerial, institutii de invatamant si stiintifice, magazine, cladiri de sanatate, culturale si de masa, Catering etc.

III. transformatoare

Transformator - static dispozitiv electromagnetic, care are două sau Mai multînfășurări cuplate inductiv și concepute pentru a converti un sistem de curent alternativ (primar) într-un alt sistem de curent alternativ (secundar) prin intermediul inducției electromagnetice.

Schema dispozitivului transformator

1 - înfășurarea primară a transformatorului
2 - miez magnetic
3 - înfășurarea secundară a transformatorului
F- directia fluxului magnetic
U 1- tensiune pe infasurarea primara
U 2- tensiune pe înfăşurarea secundară

Primele transformatoare cu circuit magnetic deschis au fost propuse în 1876 de către P.N. Yablochkov, care le-a folosit pentru a alimenta o „lumânare” electrică. În 1885, oamenii de știință maghiari M. Deri, O. Blaty, K. Zipernovsky au dezvoltat transformatoare industriale monofazate cu circuit magnetic închis. În 1889-1891. M.O. Dolivo-Dobrovolsky a propus un transformator trifazat.

1. Numire

Transformatoarele sunt utilizate pe scară largă în diverse domenii:
Pentru transportul și distribuția energiei electrice
De obicei, la centralele electrice, generatoarele de curent alternativ generează energie electrică la o tensiune de 6-24 kV și este profitabil să se transmită energie electrică pe distanțe lungi la tensiuni mult mai mari (110, 220, 330, 400, 500 și 750 kV) . Prin urmare, la fiecare centrală se instalează transformatoare care cresc tensiunea.
Distribuția energiei electrice între întreprinderile industriale, aşezări, în orașe și zone rurale, precum și în interiorul întreprinderilor industriale, se produce prin linii aeriene și de cablu, la o tensiune de 220, 110, 35, 20, 10 și 6 kV. Prin urmare, transformatoarele trebuie instalate în toate nodurile de distribuție care reduc tensiunea la 220, 380 și 660 V.
Pentru a furniza circuitul dorit pentru pornirea supapelor în dispozitivele convertoare și pentru a potrivi tensiunea la ieșirea și intrarea convertorului (transformatoare convertitoare).
Pentru diverse scopuri tehnologice: sudare ( transformatoare de sudare), alimentarea instalatiilor electrotermale (transformatoare electrice cuptor) etc.
Pentru alimentarea diferitelor circuite de echipamente radio, echipamente electronice, dispozitive de comunicații și automatizări, aparate de uz casnic, pentru separarea circuitelor electrice ale diferitelor elemente ale acestor dispozitive, pentru potrivirea tensiunii etc.
Să includă instrumente electrice de măsură și unele aparate (relee etc.) în circuite electrice de înaltă tensiune sau în circuite prin care trec curenți mari, pentru a extinde limitele de măsurare și a asigura siguranța electrică. (transformatoare de masura)

2. Clasificare

Clasificarea transformatorului:

După programare: putere generală (utilizată în liniile de transport și distribuție a energiei electrice) și aplicație specială(cuptor, redresor, sudura, transformatoare radio).
După tipul de răcire: cu răcire cu aer (transformatoare uscate) și ulei (transformatoare cu ulei).
În funcție de numărul de faze de pe partea primară: monofazat și trifazat.
După forma circuitului magnetic: tijă, blindat, toroidal.
După numărul de înfășurări pe fază: două înfășurări, trei înfășurări, mai multe înfășurări (mai mult de trei înfășurări).
După proiectarea înfășurărilor: cu înfășurări concentrice și alternative (disc).

3. Dispozitiv

Cel mai simplu transformator (transformator monofazat) este un dispozitiv format dintr-un miez de oțel și două înfășurări.

Principiul dispozitivului unui transformator monofazat cu două înfășurări
Miezul magnetic este sistemul magnetic al transformatorului, prin care se închide fluxul magnetic principal.
Atunci când înfășurării primare este aplicată o tensiune alternativă, în înfășurarea secundară este indus un EMF de aceeași frecvență. Dacă un receptor electric este conectat la înfășurarea secundară, atunci apare un curent electric în el și se stabilește o tensiune la bornele secundare ale transformatorului, care este ceva mai mică decât EMF și depinde într-o măsură relativ mică de sarcină.

Simbolul transformatorului:
a) - un transformator cu miez de oțel, b) - un transformator cu miez de ferită

4. Caracteristicile transformatorului

Puterea nominală a unui transformator este puterea pentru care este proiectat.
Tensiune primară nominală - tensiunea pentru care este proiectată înfășurarea primară a transformatorului.
Tensiune nominală secundară - tensiunea la bornele înfășurării secundare, obținută atunci când transformatorul este în gol și tensiunea nominală la bornele înfășurării primare.
Curenți nominali, determinati de respectivul valorile nominale putere și tensiune.
Cea mai mare tensiune nominală a transformatorului este cea mai mare dintre tensiunile nominale ale înfășurărilor transformatorului.
Cea mai mică tensiune nominală este cea mai mică dintre tensiunile nominale ale înfășurărilor transformatorului.
Tensiune nominală medie - tensiunea nominală, care este intermediară între tensiunea nominală cea mai mare și cea mai scăzută a înfășurărilor transformatorului.

5. Moduri

5.1 Funcționare în gol

Mod inactiv - modul de funcționare al transformatorului, în care înfășurarea secundară a transformatorului este deschisă, iar tensiunea alternativă este aplicată la bornele înfășurării primare.

Un curent curge în înfășurarea primară a unui transformator conectat la o sursă de curent alternativ, în urma căruia apare un flux magnetic alternativ în miez Φ pătrunzând ambele înfăşurări. Deoarece Φ este același în ambele înfășurări ale transformatorului, schimbarea Φ duce la apariția aceluiași EMF de inducție în fiecare tură a înfășurărilor primare și secundare. Valoarea instantanee a fem de inducție eîn orice tură a înfășurărilor este aceeași și este determinată de formula:

unde este amplitudinea EMF într-o tură.
Amplitudinea EMF de inducție în înfășurările primare și secundare va fi proporțională cu numărul de spire din înfășurarea corespunzătoare:

Unde N 1și N 2- numărul de ture din ele.
Căderea de tensiune pe înfășurarea primară, ca la un rezistor, este foarte mică în comparație cu ε 1, și deci pentru valori efective tensiune în primar U 1 si secundare U 2înfășurări, următoarea expresie va fi adevărată:

K- raportul de transformare. La K>1 transformator coborâtor și când K<1 - повышающий.

5.2 Modul de scurtcircuit

Modul de scurtcircuit - un mod în care ieșirile înfășurării secundare sunt închise de un conductor de curent cu o rezistență egală cu zero ( Z=0).

Un scurtcircuit al transformatorului în condiții de funcționare creează un mod de urgență, deoarece curentul secundar, și deci cel primar, crește de câteva zeci de ori față de cel nominal. Prin urmare, în circuitele cu transformatoare se asigură protecția care, în cazul unui scurtcircuit, oprește automat transformatorul.

Trebuie să se distingă două moduri de scurtcircuit:

Mod de urgență - când înfășurarea secundară este închisă la tensiunea primară nominală. Cu un astfel de circuit, curenții cresc cu un factor de 15-20. Înfășurarea este deformată, iar izolația este carbonizată. Arde și fierul. Acesta este modul greu. Protectia maxima si gaz deconecteaza transformatorul de la retea in cazul unui scurtcircuit de urgenta.

Un mod experimental de scurtcircuit este un mod în care înfășurarea secundară este scurtcircuitată și o astfel de tensiune redusă este furnizată înfășurării primare, atunci când curentul nominal trece prin înfășurări - aceasta este REGATUL UNIT- tensiune de scurtcircuit.

În condiții de laborator, poate fi efectuat un scurtcircuit de testare al transformatorului. În acest caz, exprimată în procente, tensiunea REGATUL UNIT, la I 1 \u003d I 1nom desemna Regatul Unitși se numește tensiunea de scurtcircuit a transformatorului:

Unde U 1nom- tensiune primară nominală.

Aceasta este caracteristica transformatorului, indicată în pașaport.

5.3 Modul de încărcare

Modul de sarcină al transformatorului este modul de funcționare al transformatorului în prezența curenților în cel puțin două dintre înfășurările sale principale, fiecare dintre acestea fiind închisă la un circuit extern, în timp ce curenții care circulă în două sau mai multe înfășurări în modul inactiv sunt nu se ține cont:

Dacă la înfășurarea primară a transformatorului este conectată o tensiune U 1, și conectați înfășurarea secundară la sarcină, curenții vor apărea în înfășurări eu 1și eu 2. Acești curenți vor crea fluxuri magnetice Φ 1și Φ2îndreptate unul către celălalt. Fluxul magnetic total din circuitul magnetic scade. Ca urmare, EMF indus de debitul total ε 1și ε 2 scădea. Tensiune RMS U 1 ramane neschimbat. Scădea ε 1 determină o creștere a curentului eu 1:

Cu curent crescând eu 1 curgere Φ 1 crește suficient pentru a compensa efectul de demagnetizare al fluxului Φ2. Echilibrul este restabilit practic la aceeași valoare a debitului total.

IV. Transmisia energiei electrice

Transmiterea energiei electrice de la centrala la consumatori este una dintre cele mai importante sarcini ale industriei energetice.
Electricitatea este transmisă predominant prin linii aeriene de transport AC (TL), deși există o tendință de utilizare în creștere a liniilor de cablu și a liniilor de curent continuu.

Necesitatea de a transmite energie electrică la distanță se datorează faptului că energia electrică este generată de centrale mari cu unități puternice și este consumată de consumatorii de energie relativ scăzută, repartizați pe o suprafață mare. Tendința de concentrare a capacităților de generare se explică prin faptul că odată cu creșterea acestora scad costurile relative pentru construcția centralelor electrice, iar costul energiei electrice produse scade.
Amplasarea centralelor puternice se realizează ținând cont de o serie de factori, cum ar fi disponibilitatea resurselor energetice, tipul acestora, rezervele și posibilitățile de transport, condițiile naturale, capacitatea de a funcționa ca parte a unui singur sistem energetic etc. Adesea, astfel de centrale electrice se dovedesc a fi semnificativ îndepărtate de principalele centre de consum de energie electrică. Funcționarea sistemelor unificate de energie electrică care acoperă teritorii vaste depinde de eficiența transportului de energie electrică la distanță.
Este necesar să transferați energie electrică din locurile de producție către consumatori cu pierderi minime. Motivul principal pentru aceste pierderi este conversia unei părți a energiei electrice în energia internă a firelor, încălzirea acestora.

Conform legii Joule-Lenz, cantitatea de căldură Q, eliberat în timpul t în conductor prin rezistență Rîn timpul trecerii curentului eu, este egal cu:

Din formula rezultă că, pentru a reduce încălzirea firelor, este necesar să se reducă puterea curentului în ele și rezistența lor. Pentru a reduce rezistența firelor, creșteți diametrul acestora, totuși, firele foarte groase care atârnă între suporturile liniilor electrice se pot rupe sub acțiunea gravitației, mai ales în timpul zăpezii. În plus, odată cu creșterea grosimii firelor, costul acestora crește și sunt fabricate dintr-un metal relativ scump - cupru. Prin urmare, o modalitate mai eficientă de a minimiza pierderile de energie în transportul electricității este reducerea intensității curentului în fire.
Astfel, pentru a reduce încălzirea firelor la transmiterea energiei electrice pe distanțe lungi, este necesar ca curentul din acestea să fie cât mai mic.
Puterea curentului este egală cu produsul dintre puterea curentului și tensiunea:

Prin urmare, pentru a economisi puterea transmisă pe distanțe lungi, este necesar să creșteți tensiunea cu aceeași cantitate cu care a fost redusă puterea curentului în fire:

Din formulă rezultă că la valori constante ale puterii transmise a curentului și rezistenței firelor, pierderile de încălzire în fire sunt invers proporționale cu pătratul tensiunii din rețea. Prin urmare, pentru a transmite energie electrică pe distanțe de câteva sute de kilometri, se folosesc linii electrice de înaltă tensiune (TL), a căror tensiune între firele este de zeci și uneori de sute de mii de volți.
Cu ajutorul liniilor electrice, centralele învecinate sunt combinate într-o singură rețea, numită sistem de alimentare. Sistemul Energetic Unificat al Rusiei include un număr mare de centrale electrice controlate dintr-un singur centru și asigură alimentarea neîntreruptă cu energie electrică consumatorilor.

V. GOELRO

1. Istorie

GOELRO (Comisia de Stat pentru Electrificarea Rusiei) este un organism creat la 21 februarie 1920 pentru a dezvolta un proiect de electrificare a Rusiei după Revoluția din octombrie 1917.

Peste 200 de oameni de știință și tehnicieni au fost implicați în lucrările comisiei. G.M. a condus comisia. Krzhizhanovsky. Comitetul Central al Partidului Comunist și personal cotidianul V. I. Lenin au condus lucrările comisiei GOELRO, au determinat principalele prevederi fundamentale ale planului de electrificare a țării.

Până la sfârșitul anului 1920, comisia depusese o muncă enormă și pregătise Planul de electrificare a RSFSR, un volum de 650 de pagini de text cu hărți și scheme de electrificare a regiunilor.
Planul GOELRO, conceput pentru 10-15 ani, a implementat ideile lui Lenin de a electrifica întreaga țară și de a crea o mare industrie.
În domeniul economiei energiei electrice, planul a constat într-un program conceput pentru refacerea și reconstrucția industriei de energie electrică antebelică, construirea a 30 de centrale regionale și construirea de centrale termice regionale puternice. S-a planificat dotarea centralelor electrice cu cazane mari și turbine pentru acea perioadă.
Una dintre ideile principale ale planului a fost utilizarea pe scară largă a vastelor resurse hidroenergetice ale țării. S-a prevăzut o reconstrucție radicală pe baza electrificării tuturor ramurilor economiei naționale a țării și, în primul rând, a creșterii industriei grele și a distribuirii raționale a industriei în toată țara.
Implementarea planului GOELRO a început în condițiile dificile ale Războiului Civil și devastării economice.

Din 1947, URSS este pe primul loc în Europa și pe locul al doilea în lume în ceea ce privește producerea de energie electrică.

Planul GOELRO a jucat un rol uriaș în viața țării noastre: fără el, nu ar fi fost posibilă aducerea URSS în rândurile celor mai dezvoltate țări din lume într-un timp atât de scurt. Implementarea acestui plan a modelat întreaga economie internă și încă o determină în mare măsură.

Elaborarea și punerea în aplicare a planului GOELRO a devenit posibilă și numai datorită unei combinații de mulți factori obiectivi și subiectivi: potențialul industrial și economic considerabil al Rusiei prerevoluționare, nivelul înalt al școlii științifice și tehnice ruse, concentrarea tuturor puterea economică și politică, forța și voința ei, precum și mentalitatea tradițională conciliar-comunală a poporului și atitudinea lor ascultătoare și încrezătoare față de conducătorii supremi.
Planul GOELRO și implementarea lui au dovedit eficiența ridicată a sistemului de planificare de stat în condiții de putere rigid centralizată și au predeterminat dezvoltarea acestui sistem pentru multe decenii de acum încolo.

2. Rezultate

Până la sfârșitul anului 1935, programul de construcție electrică a fost depășit de mai multe ori.

În loc de 30, au fost construite 40 de centrale electrice regionale, la care, împreună cu alte mari stații industriale, au fost puse în funcțiune 6.914 mii kW de capacitate (din care 4.540 mii kW regionale, de aproape trei ori mai mult decât conform planului GOELRO).
În 1935, printre centralele regionale existau 13 centrale electrice de 100.000 kW.

Înainte de revoluție, capacitatea celei mai mari centrale electrice din Rusia (prima Moscova) era de numai 75 mii kW; nu exista o singură centrală hidroelectrică mare. Până la începutul anului 1935, capacitatea totală instalată a hidrocentralelor ajunsese la aproape 700.000 kW.
S-a construit cea mai mare la acea vreme din lume, centrala hidroelectrică a Niprului, Svirskaya 3rd, Volkhovskaya etc.. În punctul cel mai înalt al dezvoltării sale, Sistemul Energetic Unificat al URSS a depășit în multe privințe sistemele energetice ale țărilor dezvoltate. ţări din Europa şi America.

Electricitatea era practic necunoscută în sate înainte de revoluție. Marii proprietari de terenuri au instalat centrale electrice mici, dar numărul lor era puțin.

Electricitatea a început să fie folosită în agricultură: în mori, tăietori de furaje, mașini de curățat cereale și gatere; în industrie, iar mai târziu - în viața de zi cu zi.

Lista literaturii folosite

Venikov V. A., Transmisia de putere pe distanțe lungi, M.-L., 1960;
Sovalov S. A., Moduri de transmisie a puterii 400-500 kv. EES, M., 1967;
Bessonov, L.A. Bazele teoretice ale ingineriei electrice. Circuite electrice: manual / L.A. Bessonov. - Ed. a 10-a. — M.: Gardariki, 2002.
Inginerie electrică: Complex educațional și metodic. /ȘI. M. Kogol, G. P. Dubovitsky, V. N. Borodianko, V. S. Gun, N. V. Klinachev, V. V. Krymsky, A. Ya. Ergard, V. A. Yakovlev; Editat de N.V.Klinacheva. - Celiabinsk, 2006-2008.
Sisteme electrice, v. 3 - Transmisia puterii prin curent alternativ și continuu de înaltă tensiune, M., 1972.

Ne pare rău, nu s-a găsit nimic.

Tipuri de centrale termice (TPP) - 50% Termice (TPP) - 50% Centrale hidroelectrice (CCP) % Centrale hidroelectrice (CCP) % Nucleare (CNE) - 15% Nucleare (CNE) - 15% Surse alternative Energie alternativa surse - 2 - 5% (energie solară, energie de fuziune, energie mareelor, energie eoliană) energie - 2 - 5% (energie solară, energie de fuziune, energie mareelor, energie eoliană)

Generator de curent electric Generatorul convertește energia mecanică în energie electrică Generatorul transformă energia mecanică în energie electrică Acțiunea generatorului se bazează pe fenomenul de inducție electromagnetică Acțiunea generatorului se bazează pe fenomenul de inducție electromagnetică

Cadrul cu curent este elementul principal al generatorului.Partea rotativă se numește ROTOR (magnet). Piesa rotativă se numește ROTOR (magnet). Partea fixă se numește STATOR (cadru) Partea fixă se numește STATOR (cadru) Când cadrul, pătrunzând în cadrul, se rotește, fluxul magnetic se modifică în timp, în urma căruia apare un curent de inducție în cadru.

Transportul energiei electrice Liniile de transport al energiei electrice (TL) sunt utilizate pentru a transmite energie electrică către consumatori. La transmiterea energiei electrice la distanță, aceasta se pierde din cauza încălzirii firelor (legea Joule-Lenz). Modalități de reducere a pierderilor de căldură: 1) Reducerea rezistenței firelor, dar creșterea diametrului acestora (grele - greu de agățat și scumpe - cupru). 2) Reducerea intensității curentului prin creșterea tensiunii.

Impactul termocentralelor asupra mediului Centralele termice - conduc la poluarea termica a aerului prin produse de ardere a combustibilului. Centrale hidroelectrice - duc la inundarea unor teritorii vaste care sunt retrase din utilizarea terenurilor. Centrala nucleara – poate duce la eliberarea de substante radioactive.

Principalele etape de producere, transport și consum de energie electrică 1. Energia mecanică este transformată în energie electrică cu ajutorul generatoarelor la centralele electrice. 1. Energia mecanică este transformată în energie electrică folosind generatoare la centralele electrice. 2. Tensiunea electrică este crescută pentru a transmite energie electrică pe distanțe lungi. 2. Tensiunea electrică este crescută pentru a transmite energie electrică pe distanțe lungi. 3. Electricitatea este transmisă la tensiune înaltă prin liniile electrice de înaltă tensiune. 3. Electricitatea este transmisă la tensiune înaltă prin liniile electrice de înaltă tensiune. 4. La distribuirea energiei electrice către consumatori, tensiunea este redusă. 4. La distribuirea energiei electrice către consumatori, tensiunea este redusă. 5. Când se consumă energie electrică, aceasta este transformată în alte tipuri de energie - mecanică, ușoară sau internă. 5. Când se consumă energie electrică, aceasta este transformată în alte tipuri de energie - mecanică, ușoară sau internă.

Lecția video 2: Sarcini pentru curent alternativ

Lectura: Curent alternativ. Producția, transportul și consumul de energie electrică

Curent alternativ

Curent alternativ- sunt oscilații care pot apărea în circuit ca urmare a conectării acestuia la o sursă de tensiune alternativă.

Este curentul alternativ care ne înconjoară pe toți - este prezent în toate circuitele din apartamente, este curentul alternativ care se transmite prin fire. Cu toate acestea, aproape toate aparatele electrice funcționează cu electricitate permanentă. De aceea la ieșirea din priză curentul este redresat și sub formă de constantă merge la aparatele de uz casnic.

Este curentul alternativ cel mai ușor de primit și transmis la orice distanță.

În studiul curentului alternativ, vom folosi un circuit în care vom conecta un rezistor, o bobină și un condensator. În acest circuit se determină tensiunea în lege:

După cum știm, sinusul poate fi negativ și pozitiv. De aceea, valoarea tensiunii poate lua o direcție diferită. Cu o direcție pozitivă a fluxului de curent (în sens invers acelor de ceasornic), tensiunea este mai mare decât zero, cu o direcție negativă, este mai mică decât zero.

Rezistorul din circuit

Deci, să luăm în considerare cazul în care doar un rezistor este conectat la circuitul de curent alternativ. Rezistența rezistorului se numește activă. Vom lua în considerare curentul care circulă în sens invers acelor de ceasornic în circuit. În acest caz, atât curentul, cât și tensiunea vor fi pozitive.

Pentru a determina puterea curentului în circuit, utilizați următoarea formulă din legea lui Ohm:

În aceste formule eu 0 și U 0 - valori maxime ale curentului și tensiunii. Din aceasta putem concluziona că valoarea maximă a curentului este egală cu raportul dintre tensiunea maximă și rezistența activă:

Aceste două mărimi se modifică în aceeași fază, deci graficele mărimilor au aceeași formă, dar amplitudini diferite.

Condensator în circuit

Tine minte! Este imposibil să obțineți curent continuu în circuitul în care există un condensator. Este un loc pentru întreruperea fluxului de curent și modificarea amplitudinii acestuia. În acest caz, curentul alternativ curge perfect printr-un astfel de circuit, schimbând polaritatea condensatorului.

Când luăm în considerare un astfel de circuit, vom presupune că acesta conține doar un condensator. Curentul circulă în sens invers acelor de ceasornic, adică este pozitiv.

După cum știm deja, tensiunea pe un condensator este legată de capacitatea sa de a stoca sarcina, adică de dimensiunea și capacitatea sa.

Deoarece curentul este prima derivată a sarcinii, este posibil să se determine prin ce formulă poate fi calculat găsind derivata din ultima formulă:

După cum puteți vedea, în acest caz, puterea curentului este descrisă de legea cosinusului, în timp ce valoarea tensiunii și a sarcinii poate fi descrisă de legea sinusului. Aceasta înseamnă că funcțiile sunt în faza opusă și au un aspect similar pe grafic.

Știm cu toții că funcțiile cosinus și sinus ale aceluiași argument diferă cu 90 de grade una de cealaltă, așa că putem obține următoarele expresii:

De aici, valoarea maximă a puterii curentului poate fi determinată prin formula:

Valoarea din numitor este rezistența peste condensator. Această rezistență se numește capacitivă. Este localizat și marcat după cum urmează:

Cu o creștere a capacității, valoarea amplitudinii curentului scade.

Vă rugăm să rețineți că în acest circuit, utilizarea legii lui Ohm este adecvată numai atunci când este necesar să se determine valoarea maximă a curentului; este imposibil să se determine curentul în orice moment conform acestei legi din cauza diferenței de fază dintre tensiune. și puterea curentului.

Bobina într-un lanț

Luați în considerare un circuit în care există o bobină. Imaginează-ți că nu are rezistență activă. În acest caz, s-ar părea că nimic nu ar trebui să împiedice mișcarea curentului. Cu toate acestea, nu este. Chestia este că atunci când curentul trece prin bobină, începe să apară un câmp de vortex, care împiedică trecerea curentului ca urmare a formării unui curent de auto-inducție.

Puterea curentului ia următoarea valoare:

Din nou, puteți vedea că curentul se modifică conform legii cosinusului, deci defazajul este valabil pentru acest circuit, care poate fi văzut și pe grafic:

De aici valoarea maximă a curentului:

În numitor putem vedea formula prin care se determină reactanța inductivă a circuitului.

Cu cât reactanța inductivă este mai mare, cu atât amplitudinea curentului este mai puțin importantă.

Bobina, rezistența și condensatorul într-un circuit.

Dacă toate tipurile de rezistență sunt prezente simultan în circuit, atunci valoarea curentului poate fi determinată după cum urmează, prin conversie Legea lui Ohm:

Numitorul se numește impedanță. Constă din suma pătratelor active (R) și reactanței, constând din capacitiv și inductiv. Rezistența totală se numește „Impedanță”.

Electricitate

Este imposibil să ne imaginăm viața modernă fără utilizarea aparatelor electrice care funcționează cu energia generată de un curent electric. Tot progresul tehnologic se bazează pe electricitate.

Obținerea energiei din curent electric are un număr imens de avantaje:

1. Electricitatea este relativ ușor de produs, deoarece există miliarde de centrale electrice, generatoare și alte dispozitive pentru generarea de energie electrică în întreaga lume.

2. Este posibilă transmiterea energiei electrice pe distanțe lungi într-un timp scurt și fără pierderi semnificative.

3. Este posibilă transformarea energiei electrice în forme mecanice, ușoare, interne și alte forme.

Transportul energiei electrice este un proces care constă în furnizarea de energie electrică către consumatori. Electricitatea este produsă din surse îndepărtate de producție (centrale electrice) de către generatoare uriașe care folosesc cărbune, gaz natural, apă, fisiune nucleară sau eolian.

Curentul este transmis prin transformatoare, care îi cresc tensiunea. Este o tensiune înaltă care este benefică din punct de vedere economic atunci când se transmite energie pe distanțe lungi. Liniile de înaltă tensiune se întind în toată țara. Prin intermediul acestora, curentul electric ajunge la substațiile din apropierea orașelor mari, unde tensiunea acestuia este redusă și trimisă către liniile electrice mici (de distribuție). Curentul electric circulă prin liniile de distribuție în fiecare cartier al orașului și intră în cutiile transformatoarelor. Transformatoarele reduc tensiunea la o anumită valoare standard, care este sigură și necesară pentru funcționarea aparatelor de uz casnic. Curentul intră în casă prin fire și trece printr-un contor care arată cantitatea de energie consumată.

Un transformator este un dispozitiv static care convertește curentul alternativ al unei tensiuni în curent alternativ al altei tensiuni fără a-i schimba frecvența. Poate funcționa doar pe AC.

Principalele părți structurale ale transformatorului

Dispozitivul este format din trei părți principale:

înfăşurarea primară a transformatorului. Numărul de spire N 1.
Miezul formei închise din material moale magnetic (de exemplu, oțel).
înfăşurare secundară. Numărul de spire N 2 .

În diagrame, transformatorul este reprezentat după cum urmează:

Principiul de funcționare

Funcționarea unui transformator de putere se bazează pe legea lui Faraday a inducției electromagnetice.

Între două înfășurări separate (primar și secundar), care sunt conectate printr-un flux magnetic comun, apare inducția reciprocă. Inducția reciprocă este procesul prin care o înfășurare primară induce o tensiune într-o înfășurare secundară situată în imediata sa vecinătate.

Înfășurarea primară primește un curent alternativ, care produce un flux magnetic atunci când este conectat la o sursă de energie. Fluxul magnetic trece prin miez și, deoarece se modifică în timp, excită EMF de inducție în înfășurarea secundară. Tensiunea pe a doua înfășurare poate fi mai mică decât pe prima, apoi transformatorul se numește step-down. Transformatorul de creștere are o tensiune mai mare pe înfășurarea secundară. Frecvența actuală rămâne neschimbată. Scăderea sau creșterea efectivă a tensiunii nu poate crește puterea electrică, astfel încât curentul de ieșire a transformatorului crește sau scade proporțional în mod corespunzător.

Pentru valorile amplitudinii tensiunii de pe înfășurări, se poate scrie următoarea expresie:

k - raportul de transformare.

Pentru transformatorul step-up k>1, iar pentru step-down - k<1.

În timpul funcționării unui dispozitiv real, există întotdeauna pierderi de energie:

înfășurările sunt încălzite.
se lucrează la magnetizarea miezului;
Curenții Foucault apar în miez (au un efect termic asupra miezului masiv).

Pentru a reduce pierderile în timpul încălzirii, miezurile transformatorului sunt realizate nu dintr-o singură bucată de metal, ci din plăci subțiri, între care se află un dielectric.

Energia electrică este produsă la diferite scări ale centralelor electrice, în principal cu ajutorul generatoarelor electromecanice cu inducție.

Generarea de energie electrică

Există două tipuri principale de centrale electrice:

1. Termic.

2. Hidraulice.

Această împărțire este cauzată de tipul de motor care rotește rotorul generatorului. LA termic centralele electrice folosesc combustibil ca sursă de energie: cărbune, gaz, petrol, șisturi bituminoase, păcură. Rotorul este antrenat de turbine cu gaz cu abur.

Cele mai economice sunt centralele termice cu turbine cu abur (TPP). Eficiența lor maximă ajunge la 70%. Acest lucru se ține cont de faptul că aburul de evacuare este utilizat în întreprinderile industriale.

Pe centrale hidroelectrice energia potenţială a apei este folosită pentru a roti rotorul. Rotorul este antrenat de turbine hidraulice. Puterea stației va depinde de presiunea și masa apei care trece prin turbină.

Utilizarea energiei electrice

Energia electrică este folosită aproape peste tot. Desigur, cea mai mare parte a energiei electrice produse provine din industrie. În plus, transportul va fi un consumator major.

Multe linii de cale ferată au trecut de mult timp la tracțiune electrică. Iluminarea locuințelor, străzilor orașului, nevoilor industriale și casnice ale satelor și satelor - toate acestea sunt, de asemenea, un mare consumator de energie electrică.

O mare parte din energia electrică primită este transformată în energie mecanică. Toate mecanismele utilizate în industrie sunt acționate de motoare electrice. Sunt destui consumatori de energie electrică și sunt peste tot.

Iar electricitatea este produsă doar în câteva locuri. Se pune întrebarea despre transportul de energie electrică și pe distanțe lungi. La transmiterea pe distanțe lungi, există o mare pierdere de putere. În principal, acestea sunt pierderi datorate încălzirii firelor electrice.

Conform legii Joule-Lenz, energia cheltuită pentru încălzire se calculează prin formula:

Deoarece este aproape imposibil să se reducă rezistența la un nivel acceptabil, este necesar să se reducă puterea curentului. Pentru a face acest lucru, creșteți tensiunea. De obicei, există generatoare de creștere la stații și transformatoare descendente la capătul liniilor de transport. Și deja de la ei energia diverge către consumatori.

Nevoia de energie electrică este în continuă creștere. Există două moduri de a satisface cererea de consum crescut:

1. Construirea de noi centrale electrice

2. Utilizarea tehnologiei avansate.

Utilizarea eficientă a energiei electrice

Prima metodă necesită cheltuirea unui număr mare de construcții și resurse financiare. Este nevoie de câțiva ani pentru a construi o centrală electrică. În plus, de exemplu, centralele termice consumă o mulțime de resurse naturale neregenerabile și dăunează mediului natural.