Povzetek: Proizvodnja, prenos in raba električne energije. Proizvodnja, prenos in poraba električne energije

I. Uvod
II Proizvodnja in raba električne energije
1. Proizvodnja električne energije
1.1 Generator
2. Poraba električne energije
III Transformatorji
1. Imenovanje
2. Razvrstitev
3. Naprava
4. Značilnosti
5. Načini
5.1 V prostem teku
5.2 Način kratkega stika
5.3 Način nalaganja
IV Prenos moči
V GOELRO
1. Zgodovina
2. Rezultati
VI Seznam referenc

I. Uvod

Elektrika, ena izmed najbolj pomembne vrste energija igra pomembno vlogo pri sodobnega sveta. Je jedro gospodarstev držav, ki določa njihov položaj v mednarodnem prostoru in stopnjo razvoja. Ogromne vsote denarja se vsako leto vložijo v razvoj znanstvenih industrij, povezanih z električno energijo.
Elektrika je sestavni del Vsakdanje življenje Zato je pomembno imeti informacije o značilnostih njegove proizvodnje in uporabe.

II. Proizvodnja in raba električne energije

1. Proizvodnja električne energije

Proizvodnja električne energije je proizvodnja električne energije s pretvorbo iz drugih vrst energije s posebnimi tehničnimi napravami.
Za proizvodnjo električne energije uporabite:
Električni generator je električni stroj, v katerem mehansko delo pretvorijo v električno energijo.
Sončna baterija ali fotocelica - elektronska naprava, ki pretvarja energijo elektromagnetno sevanje, predvsem v svetlobnem območju, v električno energijo.
Kemični viri toka - pretvorba dela kemične energije v električno energijo s kemično reakcijo.
Radioizotopski viri električne energije so naprave, ki uporabljajo energijo, ki se sprosti med radioaktivnim razpadom, za segrevanje hladilne tekočine ali njeno pretvorbo v električno energijo.
Električna energija se proizvaja v elektrarnah: toplotnih, hidravličnih, jedrskih, sončnih, geotermalnih, vetrnih in drugih.
Praktično v vseh elektrarnah industrijskega pomena se uporablja naslednja shema: energija primarnega energenta se s pomočjo posebne naprave najprej pretvori v mehansko energijo rotacijskega gibanja, ki se prenese na poseben električni stroj - generator , kjer nastane elektrika.
Glavne tri vrste elektrarn: termoelektrarne, hidroelektrarne, jedrske elektrarne
Vodilno vlogo v elektroenergetski industriji mnogih držav imajo termoelektrarne (TE).
Termoelektrarne zahtevajo ogromno organskega goriva, njegove zaloge pa se zmanjšujejo, stroški pa se zaradi vse težjih proizvodnih pogojev in transportnih razdalj nenehno povečujejo. Faktor porabe goriva v njih je precej nizek (ne več kot 40%), količina odpadkov, ki onesnažujejo okolje, so super.
Ekonomski, tehno-ekonomski in okoljski dejavniki ne dopuščajo obravnavanja termoelektrarn kot obetavnega načina pridobivanja električne energije.
Hidroelektrarne (HE) so najbolj ekonomične. Njihova učinkovitost doseže 93%, strošek ene kWh pa je 5-krat cenejši kot pri drugih metodah pridobivanja električne energije. Uporabljajo neizčrpen vir energije, servisirajo jih minimalno število delavcev in so dobro urejeni. Naša država zaseda vodilni položaj v svetu po velikosti in zmogljivosti posameznih hidroelektrarn in enot.
Toda hitrost razvoja omejujejo znatni stroški in čas gradnje zaradi oddaljenosti gradbišč HE od glavna mesta, pomanjkanje cest, težke gradbene razmere, vpliva sezonskost rečnega režima, akumulacije so poplavljene velike površine dragocena rečna zemljišča, veliki rezervoarji negativno vplivajo ekološko stanje, močne HE je mogoče graditi le na mestih, kjer so na voljo ustrezni viri.
Jedrske elektrarne (NE) delujejo po enakem principu kot termoelektrarne, to je, da se toplotna energija pare pretvori v mehansko energijo vrtenja gredi turbine, ki poganja generator, kjer se mehanska energija pretvori v električno energijo.
Glavna prednost jedrskih elektrarn je majhna količina porabljenega goriva (1 kg obogatenega urana nadomesti 2,5 tisoč ton premoga), zaradi česar je jedrske elektrarne mogoče zgraditi na vseh območjih s pomanjkanjem energije. Poleg tega zaloge urana na Zemlji presegajo zaloge tradicionalnega mineralnega goriva, ob brezhibnem delovanju jedrskih elektrarn pa malo vplivajo na okolje.
Glavna pomanjkljivost jedrskih elektrarn je možnost nesreč s katastrofalnimi posledicami, katerih preprečevanje zahteva resne varnostne ukrepe. Poleg tega so jedrske elektrarne slabo urejene (traja nekaj tednov, da se popolnoma ustavijo ali vklopijo), tehnologije za predelavo radioaktivnih odpadkov niso razvite.
Jedrska energija je prerasla v eno vodilnih industrij Nacionalno gospodarstvo in se še naprej hitro razvija ter zagotavlja varnost in prijaznost do okolja.

1.1 Generator

Električni generator je naprava, v kateri se neelektrične oblike energije (mehanska, kemična, toplotna) pretvarjajo v električno energijo.
Načelo delovanja generatorja temelji na pojavu elektromagnetna indukcija ko je v prevodniku, ki se giblje v magnetnem polju in prečka njegovo magnetno črte sile, je EMF induciran, zato lahko tak prevodnik štejemo za vir električna energija.
Metoda pridobivanja inducirane emf, pri kateri se vodnik giblje v magnetnem polju, ki se premika navzgor ali navzdol, je pri svoji praktični uporabi zelo neprijetna. Zato generatorji uporabljajo ne pravokotno, temveč rotacijsko gibanje prevodnika.
Glavni deli katerega koli generatorja so: sistem magnetov ali najpogosteje elektromagnetov, ki ustvarjajo magnetno polje, in sistem prevodnikov, ki prečkajo to magnetno polje.
Generator izmenični tok- električni stroj, ki pretvarja mehansko energijo v električno energijo izmeničnega toka. Večina alternatorjev uporablja vrtljivo magnetno polje.

Ko zasukate okvir, se spremeni magnetni tok skozi njo, zato se v njej inducira EMF. Ker je okvir priključen na zunanji električni tokokrog s pomočjo tokovnega zbiralnika (obroči in ščetke), nastane električni tok v okvirju in zunanjem vezju.
Z enakomernim vrtenjem okvirja se kot vrtenja spremeni v skladu z zakonom:

Magnetni tok skozi okvir se sčasoma spreminja tudi, njegova odvisnost je določena s funkcijo:

kje S− območje okvirja.
Po Faradayevem zakonu elektromagnetne indukcije je EMF indukcije, ki se pojavi v okvirju:

kjer je amplituda EMF indukcije.
Druga vrednost, ki označuje generator, je trenutna moč, izražena s formulo:

kje jaz je trenutna moč v danem trenutku, sem- amplituda jakosti toka (največja vrednost jakosti toka v absolutni vrednosti), φc- fazni premik med nihanji toka in napetosti.
Električna napetost na terminalih generatorja se spreminja glede na sinusni ali kosinusni zakon:

Skoraj vsi generatorji, ki so nameščeni v naših elektrarnah, so generatorji trifaznega toka. V bistvu je vsak tak generator povezava v enem električnem stroju treh generatorjev izmeničnega toka, zasnovanih tako, da se EMF, inducirani v njih, premakne drug glede drugega za eno tretjino obdobja:

2. Poraba električne energije

Napajanje industrijska podjetja. Industrijska podjetja porabijo 30-70 % električne energije, proizvedene kot del elektroenergetskega sistema. Znatno razširjenost industrijske potrošnje določa industrijski razvoj in klimatske razmere različne države.
Napajanje elektrificiranega transporta. Usmerniške postaje za električni transport DC(mestne, industrijske, medkrajevne) in padajoče postaje medkrajevnega električnega prometa na izmenični tok se napajajo na elektriko iz električna omrežja EES.
Napajanje gospodinjskih odjemalcev. Ta skupina PE vključuje široko paleto zgradb, ki se nahajajo v stanovanjskih območjih mest in krajev. To je - stanovanjske stavbe, zgradbe za upravne in poslovodne namene, izobraževalne in znanstvene ustanove, trgovine, zgradbe za zdravstvene, kulturne in množične namene, Catering itd.

III. transformatorji

Transformator - statični elektromagnetna naprava, ki ima dva oz več induktivno sklopljena navitja in zasnovana za pretvorbo enega (primarnega) sistema izmeničnega toka v drugega (sekundarnega) sistema izmeničnega toka s pomočjo elektromagnetne indukcije.

Shema transformatorske naprave

1 - primarno navitje transformatorja
2 - magnetno jedro
3 - sekundarno navitje transformatorja
F- smer magnetnega toka
U 1- napetost na primarnem navitju
U 2- napetost na sekundarnem navitju

Prve transformatorje z odprtim magnetnim vezjem je leta 1876 predlagal P.N. Yablochkov, ki jih je uporabil za napajanje električne "sveče". Leta 1885 so madžarski znanstveniki M. Deri, O. Blaty, K. Zipernovsky razvili enofazne industrijske transformatorje z zaprtim magnetnim vezjem. V letih 1889-1891. M.O. Dolivo-Dobrovolsky je predlagal trifazni transformator.

1. Imenovanje

Transformatorji se pogosto uporabljajo na različnih področjih:
Za prenos in distribucijo električne energije
Običajno v elektrarnah generatorji izmeničnega toka proizvajajo električno energijo pri napetosti 6-24 kV in je donosno prenašati električno energijo na dolge razdalje pri veliko višjih napetostih (110, 220, 330, 400, 500 in 750 kV) . Zato so na vsaki elektrarni nameščeni transformatorji, ki povečujejo napetost.
Distribucija električne energije med industrijskimi podjetji, naselja, v mestih in podeželje, kot tudi znotraj industrijskih podjetij, se proizvaja preko nadzemnih in kabelskih vodov, pri napetosti 220, 110, 35, 20, 10 in 6 kV. Zato je treba transformatorje namestiti v vsa razdelilna vozlišča, ki zmanjšajo napetost na 220, 380 in 660 V.
Zagotoviti želeno vezje za vklop ventilov v pretvorniških napravah in uskladiti napetost na izhodu in vhodu pretvornika (pretvorniški transformatorji).
Za različne tehnološke namene: varjenje ( varilni transformatorji), napajanje elektrotermičnih instalacij (transformatorji električnih peči) itd.
Za napajanje različnih tokokrogov radijske opreme, elektronske opreme, komunikacijskih in avtomatizacijskih naprav, gospodinjskih aparatov, za ločevanje električnih vezij različnih elementov teh naprav, za usklajevanje napetosti itd.
Vključiti električne merilne instrumente in nekatere naprave (releje ipd.) v visokonapetostne električne tokokroge ali v tokokroge, skozi katere tečejo veliki tokovi, da se razširijo meje meritev in zagotovi električna varnost. (merni transformatorji)

2. Razvrstitev

Razvrstitev transformatorja:

Po dogovoru: splošna moč (uporablja se v prenosnih in distribucijskih vodih) in posebna aplikacija(peč, usmernik, varjenje, radijski transformatorji).
Po vrsti hlajenja: z zračnim (suhi transformatorji) in oljnim (oljni transformatorji) hlajenjem.
Glede na število faz na primarni strani: enofazni in trifazni.
Glede na obliko magnetnega vezja: palični, oklepni, toroidni.
Po številu navitij na fazo: dvonavitje, tri navitje, več navitje (več kot tri navitja).
Glede na zasnovo navitij: s koncentričnimi in izmeničnimi (disk) navitji.

3. Naprava

Najpreprostejši transformator (enofazni transformator) je naprava, sestavljena iz jeklenega jedra in dveh navitij.

Načelo naprave enofaznega dvonavitja transformatorja
Magnetno jedro je magnetni sistem transformatorja, skozi katerega se zapre glavni magnetni tok.
Ko se na primarno navitje uporabi izmenična napetost, se v sekundarnem navitju inducira EMF enake frekvence. Če je električni sprejemnik priključen na sekundarno navitje, se v njem pojavi električni tok in na sekundarnih sponkah transformatorja se nastavi napetost, ki je nekoliko manjša od EMF in je v sorazmerno majhni meri odvisna od obremenitve.

Simbol transformatorja:
a) - transformator z jeklenim jedrom, b) - transformator s feritnim jedrom

4. Značilnosti transformatorja

Nazivna moč transformatorja je moč, za katero je zasnovan.
Nazivna primarna napetost - napetost, za katero je zasnovano primarno navitje transformatorja.
Nazivna sekundarna napetost - napetost na sponkah sekundarnega navitja, dobljena, ko transformator deluje v prostem teku, in nazivna napetost na sponkah primarnega navitja.
Nazivni tokovi, določeni z ustrezno nazivne vrednosti moč in napetost.
Najvišja nazivna napetost transformatorja je najvišja izmed nazivnih napetosti navitij transformatorja.
Najnižja nazivna napetost je najmanjša od nazivnih napetosti navitij transformatorja.
Povprečna nazivna napetost - nazivna napetost, ki je vmesna med najvišjo in najnižjo nazivno napetostjo navitij transformatorja.

5. Načini

5.1 V prostem teku

Način mirovanja - način delovanja transformatorja, pri katerem je sekundarno navitje transformatorja odprto, na sponke primarnega navitja pa se uporablja izmenična napetost.

V primarnem navitju transformatorja, priključenega na vir izmeničnega toka, teče tok, zaradi česar se v jedru pojavi izmenični magnetni tok Φ prodiranje v oba navitja. Ker je Φ enak v obeh navitjih transformatorja, sprememba Φ vodi do pojava enake indukcijske EMF v vsakem zavoju primarnega in sekundarnega navitja. Trenutna vrednost indukcijske emf e v katerem koli obratu navitij je enak in je določen s formulo:

kjer je amplituda EMF v enem obratu.
Amplituda indukcijske EMF v primarnem in sekundarnem navitju bo sorazmerna s številom zavojev v ustreznem navitju:

kje N 1 in N 2- število zavojev v njih.
Padec napetosti na primarnem navitju, tako kot na uporu, je zelo majhen v primerjavi z ε 1, in zato za učinkovite vrednosti napetost v primarnem U 1 in sekundarno U 2 navitij, bo naslednji izraz resničen:

K- razmerje transformacije. Pri K> 1 padajoči transformator in kdaj K<1 - повышающий.

5.2 Način kratkega stika

Način kratkega stika - način, ko so izhodi sekundarnega navitja zaprti s tokovnim vodnikom z uporom enakim nič ( Z=0).

Kratek stik transformatorja v delovnih pogojih ustvari zasilni način, saj se sekundarni tok in s tem primarni tok poveča nekaj desetkrat v primerjavi z nazivnim. Zato je v tokokrogih s transformatorji zagotovljena zaščita, ki v primeru kratkega stika samodejno izklopi transformator.

Ločiti je treba dva načina kratkega stika:

Način v sili - ko je sekundarno navitje zaprto pri nazivni primarni napetosti. S takšnim vezjem se tokovi povečajo za faktor 15–20. Navitje je deformirano, izolacija pa je zogleljena. Tudi železo gori. To je trdi način. Maksimalna in plinska zaščita izključuje transformator iz omrežja v primeru kratkega stika v sili.

Eksperimentalni način kratkega stika je način, ko je sekundarno navitje v kratkem stiku in se tako zmanjšana napetost dovaja na primarno navitje, ko nazivni tok teče skozi navitja - to je U K- napetost kratkega stika.

V laboratorijskih pogojih se lahko izvede preskusni kratek stik transformatorja. V tem primeru, izraženo v odstotkih, napetost U K, pri I 1 \u003d I 1nom določiti u K in se imenuje napetost kratkega stika transformatorja:

kje U 1nom- nazivna primarna napetost.

To je značilnost transformatorja, navedena v potnem listu.

5.3 Način nalaganja

Način obremenitve transformatorja je način delovanja transformatorja ob prisotnosti tokov v vsaj dveh njegovih glavnih navitjih, od katerih je vsako zaprto z zunanjim vezjem, medtem ko so tokovi, ki tečejo v dveh ali več navitjih v prostem teku, ni upoštevano:

Če je napetost priključena na primarno navitje transformatorja U 1, in priključite sekundarno navitje na obremenitev, se bodo v navitjih pojavili tokovi jaz 1 in jaz 2. Ti tokovi bodo ustvarili magnetne tokove Φ 1 in Φ2 usmerjeni drug proti drugemu. Skupni magnetni tok v magnetnem vezju se zmanjša. Posledica tega je EMF, ki ga povzroča skupni tok ε 1 in ε 2 zmanjšati. RMS napetost U 1 ostane nespremenjen. Zmanjšaj ε 1 povzroči povečanje toka jaz 1:

Z naraščajočim tokom jaz 1 tok Φ 1 poveča ravno toliko, da kompenzira demagnetizirajoči učinek toka Φ2. Ravnotežje se ponovno vzpostavi pri skoraj enaki vrednosti celotnega pretoka.

IV. Prenos električne energije

Prenos električne energije iz elektrarne do odjemalcev je ena najpomembnejših nalog energetike.
Električna energija se prenaša pretežno preko AC daljnovodov (TL), čeprav obstaja trend vse večje uporabe kabelskih vodov in vodov DC.

Potreba po prenosu električne energije na razdaljo je posledica dejstva, da električno energijo proizvajajo velike elektrarne z zmogljivimi enotami, porabijo pa jo porabniki sorazmerno nizke moči, razporejeni na velikem območju. Trend koncentracije proizvodnih zmogljivosti je razložen z dejstvom, da se z njihovo rastjo relativni stroški za gradnjo elektrarn zmanjšujejo in znižujejo stroški proizvedene električne energije.
Postavitev močnih elektrarn se izvaja ob upoštevanju številnih dejavnikov, kot so razpoložljivost energetskih virov, njihova vrsta, zaloge in možnosti prevoza, naravni pogoji, sposobnost delovanja kot del enotnega energetskega sistema itd. Pogosto se takšne elektrarne izkažejo za precej oddaljene od glavnih središč porabe električne energije. Delovanje enotnih elektroenergetskih sistemov, ki pokrivajo velika ozemlja, je odvisno od učinkovitosti prenosa električne energije na daljavo.
Potrebno je prenesti električno energijo od krajev njene proizvodnje do potrošnikov z minimalnimi izgubami. Glavni razlog za te izgube je pretvorba dela električne energije v notranjo energijo žic, njihovo segrevanje.

Po Joule-Lenzovem zakonu je količina toplote Q, ki se v času t v prevodniku sprosti zaradi upora R med prehodom toka jaz, enako:

Iz formule izhaja, da je za zmanjšanje segrevanja žic potrebno zmanjšati trenutno moč v njih in njihovo odpornost. Da bi zmanjšali odpornost žic, povečajte njihov premer, vendar se lahko zelo debele žice, ki visijo med nosilci daljnovodov, pod vplivom gravitacije zlomijo, zlasti med sneženjem. Poleg tega se s povečanjem debeline žic povečajo njihovi stroški, izdelani pa so iz relativno drage kovine - bakra. Zato je učinkovitejši način za zmanjšanje izgub energije pri prenosu električne energije zmanjšanje jakosti toka v žicah.
Tako je za zmanjšanje segrevanja žic pri prenosu električne energije na dolge razdalje potrebno čim manjši tok v njih.
Trenutna moč je enaka zmnožku tokovne jakosti in napetosti:

Zato je za prihranek energije, ki se prenaša na dolge razdalje, potrebno povečati napetost za enako količino, kot se je zmanjšala moč toka v žicah:

Iz formule izhaja, da so pri konstantnih vrednostih oddane moči toka in upora žic ogrevalne izgube v žicah obratno sorazmerne s kvadratom napetosti v omrežju. Zato se za prenos električne energije na razdalje več sto kilometrov uporabljajo visokonapetostni daljnovodi (TL), katerih napetost med žicami je desetine, včasih pa tudi stotine tisoč voltov.
S pomočjo daljnovodov so sosednje elektrarne združene v enotno omrežje, imenovano elektroenergetski sistem. Enotni energetski sistem Rusije vključuje ogromno število elektrarn, nadzorovanih iz enega samega centra, in zagotavlja neprekinjeno oskrbo z električno energijo potrošnikom.

V. GOELRO

1. Zgodovina

GOELRO (Državna komisija za elektrifikacijo Rusije) je organ, ustanovljen 21. februarja 1920 za razvoj projekta za elektrifikacijo Rusije po oktobrski revoluciji leta 1917.

V delo komisije je bilo vključenih več kot 200 znanstvenikov in tehnikov. Komisijo je vodil G.M. Krzhizhanovsky. Centralni komite Komunistične partije in osebno V. I. Lenin sta dnevno usmerjala delo komisije GOELRO, določila glavne temeljne določbe načrta elektrifikacije države.

Do konca leta 1920 je komisija opravila ogromno dela in pripravila Načrt elektrifikacije RSFSR, obseg 650 strani besedila z zemljevidi in shemami za elektrifikacijo regij.
Načrt GOELRO, zasnovan za 10-15 let, je uresničil Leninove ideje o elektrifikaciji celotne države in ustvarjanju velike industrije.
Na področju elektrogospodarstva je bil načrt sestavljen iz programa obnove in obnove predvojne elektroenergetike, izgradnje 30 regionalnih elektrarn in izgradnje močnih regionalnih termoelektrarn. Načrtovano je bilo, da se elektrarne opremijo z velikimi kotli in turbinami za tisti čas.
Ena od glavnih idej načrta je bila široka uporaba velikih hidroenergetskih virov v državi. Predvidena je bila korenita obnova na podlagi elektrifikacije vseh panog narodnega gospodarstva države, predvsem pa rast težke industrije in racionalna razporeditev industrije po državi.
Izvajanje načrta GOELRO se je začelo v težkih razmerah državljanske vojne in gospodarskega opustošenja.

Od leta 1947 je ZSSR uvrščena na prvo mesto v Evropi in drugo na svetu po proizvodnji električne energije.

Načrt GOELRO je imel veliko vlogo v življenju naše države: brez njega ZSSR v tako kratkem času ne bi bilo mogoče uvrstiti med industrijsko najbolj razvite države sveta. Izvajanje tega načrta je oblikovalo celotno domače gospodarstvo in ga še vedno v veliki meri določa.

Priprava in izvajanje načrta GOELRO sta postala mogoča izključno zaradi kombinacije številnih objektivnih in subjektivnih dejavnikov: znatnega industrijskega in gospodarskega potenciala predrevolucionarne Rusije, visoke ravni ruske znanstvene in tehnične šole, koncentracije vseh gospodarsko in politično moč, njeno moč in voljo, pa tudi tradicionalno koncilsko-občinsko miselnost ljudi in njihov ubogljiv in zaupljiv odnos do vrhovnih oblastnikov.
Načrt GOELRO in njegovo izvajanje sta dokazala visoko učinkovitost sistema državnega načrtovanja v pogojih togo centralizirane moči in je vnaprej določila razvoj tega sistema v prihodnjih desetletjih.

2. Rezultati

Do konca leta 1935 je bil program elektrogradnje večkrat preizpolnjen.

Namesto 30 je bilo zgrajenih 40 regionalnih elektrarn, na katerih je bilo skupaj z drugimi velikimi industrijskimi postajami zagnanih 6.914 tisoč kW moči (od tega 4.540 tisoč kW regionalnih, skoraj trikrat več kot po načrtu GOELRO).
Leta 1935 je bilo med deželnimi elektrarnami 13 elektrarn po 100.000 kW.

Pred revolucijo je bila zmogljivost največje elektrarne v Rusiji (1. Moskva) le 75 tisoč kW; ni bilo niti ene velike hidroelektrarne. Do začetka leta 1935 je skupna instalirana moč hidroelektrarn dosegla skoraj 700.000 kW.
Zgrajena je bila takrat največja svetovna hidroelektrarna Dneper, 3. Svirska, Volkhovska in dr. Na najvišji točki svojega razvoja je Enotni energetski sistem ZSSR v mnogih pogledih prekašal energetske sisteme razvitih držav Evropa in Amerika.

Elektrika je bila v vaseh pred revolucijo praktično neznana. Veliki lastniki zemljišč so postavili majhne elektrarne, vendar je bilo njihovo število malo.

Električna energija se je začela uporabljati v kmetijstvu: v mlinih, sekalcih krme, strojih za čiščenje žita, žagah; v industriji in kasneje - v vsakdanjem življenju.

Seznam uporabljene literature

Venikov V. A., Prenos moči na velike razdalje, M.-L., 1960;
Sovalov S.A., Načini prenosa moči 400-500 kv. EES, M., 1967;
Bessonov, L.A. Teoretične osnove elektrotehnike. Električna vezja: učbenik / L.A. Bessonov. - 10. izd. — M.: Gardariki, 2002.
Elektrotehnika: Učno-metodični kompleks. /IN. 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 sistemi, v. 3 - Prenos moči z izmeničnim in enosmernim tokom visoke napetosti, M., 1972.

Oprostite, nič ni bilo najdeno.

Vrste elektrarn Termo (TE) - 50 % Termo (TE) - 50 % Hidroelektrarne (HE) % Hidroelektrarne (HE) % Jedrske (NE) - 15 % Jedrske (NE) - 15 % Alternativni viri Alternativni viri viri - 2 - 5 % (sončna energija, fuzijska energija, energija plimovanja, energija vetra) energija - 2 - 5 % (sončna energija, fuzijska energija, energija plimovanja, energija vetra)

Generator električnega toka Generator pretvarja mehansko energijo v električno energijo Generator pretvarja mehansko energijo v električno energijo Delovanje generatorja temelji na pojavu elektromagnetne indukcije Delovanje generatorja temelji na pojavu elektromagnetne indukcije

Okvir s tokom je glavni element generatorja.Vrtljivi del se imenuje ROTOR (magnet). Vrtljivi del se imenuje ROTOR (magnet). Fiksni del se imenuje STATOR (okvir) Fiksni del se imenuje STATOR (okvir) Ko se okvir vrti in prodira v okvir, se magnetni tok s časom spreminja, zaradi česar se v okvirju pojavi indukcijski tok

Prenos električne energije Daljnovodi (TL) se uporabljajo za prenos električne energije do odjemalcev. Pri prenosu električne energije na razdaljo se ta izgubi zaradi segrevanja žic (Joule-Lenzov zakon). Načini za zmanjšanje toplotnih izgub: 1) Zmanjšanje odpornosti žic, vendar povečanje njihovega premera (težke - težko obesiti in drage - bakrene). 2) Zmanjšanje jakosti toka s povečanjem napetosti.

Vpliv termoelektrarn na okolje Termoelektrarne - vodijo do toplotnega onesnaženja zraka s produkti izgorevanja goriva. Hidroelektrarne - vodijo do poplav obsežnih ozemelj, ki se umikajo iz rabe zemljišč. Jedrska elektrarna - lahko povzroči sproščanje radioaktivnih snovi.

Glavne faze proizvodnje, prenosa in porabe električne energije 1. Mehanska energija se pretvarja v električno energijo z generatorji v elektrarnah. 1. Mehanska energija se pretvarja v električno energijo z generatorji v elektrarnah. 2. Električna napetost se poveča za prenos električne energije na dolge razdalje. 2. Električna napetost se poveča za prenos električne energije na dolge razdalje. 3. Električna energija se prenaša z visoko napetostjo preko visokonapetostnih daljnovodov. 3. Električna energija se prenaša z visoko napetostjo preko visokonapetostnih daljnovodov. 4. Pri distribuciji električne energije porabnikom se napetost zmanjša. 4. Pri distribuciji električne energije porabnikom se napetost zmanjša. 5. Ko se električna energija porabi, se pretvori v druge vrste energije – mehansko, svetlobno ali notranjo. 5. Ko se električna energija porabi, se pretvori v druge vrste energije – mehansko, svetlobno ali notranjo.

Video lekcija 2: Naloge za izmenični tok

predavanje: Izmenični tok. Proizvodnja, prenos in poraba električne energije

Izmenični tok

Izmenični tok- to so nihanja, ki se lahko pojavijo v tokokrogu kot posledica priključitve na vir izmenične napetosti.

Vse nas obdaja izmenični tok – prisoten je v vseh tokokrogih v stanovanjih, to je izmenični tok, ki se prenaša po žicah. Vendar skoraj vse električne naprave delujejo na stalno elektriko. Zato se na izhodu iz vtičnice tok popravi in v obliki konstante gre v gospodinjske aparate.

To je izmenični tok, ki ga je najlažje sprejemati in prenašati na katero koli razdaljo.

Pri proučevanju izmeničnega toka bomo uporabili vezje, v katerem bomo povezali upor, tuljavo in kondenzator. V tem vezju se določi napetost po zakonu:

Kot vemo, je sinus lahko negativen in pozitiven. Zato je lahko vrednost napetosti drugačna. Pri pozitivni smeri toka (v nasprotni smeri urnega kazalca) je napetost večja od nič, pri negativni smeri pa manjša od nič.

Upor v vezju

Poglejmo si torej primer, ko je na izmenični tokokrog priključen samo upor. Upornost upora se imenuje aktivna. Upoštevali bomo tok, ki teče v nasprotni smeri urnega kazalca v vezju. V tem primeru bosta tako tok kot napetost pozitivni.

Za določitev jakosti toka v vezju uporabite naslednjo formulo iz Ohmovega zakona:

V teh formulah jaz 0 in U 0 - največje vrednosti toka in napetosti. Iz tega lahko sklepamo, da je največja vrednost toka enaka razmerju med največjo napetostjo in aktivnim uporom:

Ti dve količini se spreminjata v isti fazi, zato imajo grafi količin enako obliko, vendar različne amplitude.

Kondenzator v vezju

Zapomni si! Nemogoče je dobiti enosmerni tok v vezju, kjer je kondenzator. Je mesto za prekinitev toka in spreminjanje njegove amplitude. V tem primeru izmenični tok popolnoma teče skozi takšno vezje in spreminja polarnost kondenzatorja.

Ko obravnavamo takšno vezje, bomo domnevali, da vsebuje samo kondenzator. Tok teče v nasprotni smeri urinega kazalca, torej je pozitiven.

Kot že vemo, je napetost na kondenzatorju povezana z njegovo sposobnostjo shranjevanja naboja, torej z njegovo velikostjo in zmogljivostjo.

Ker je tok prvi izvod naboja, je mogoče ugotoviti, po kateri formuli ga je mogoče izračunati tako, da poiščemo izvod iz zadnje formule:

Kot lahko vidite, je v tem primeru jakost toka opisana s kosinusnim zakonom, medtem ko je vrednost napetosti in naboja mogoče opisati s sinusnim zakonom. To pomeni, da so funkcije v nasprotni fazi in imajo podoben videz na grafu.

Vsi vemo, da se kosinusni in sinusni funkciji istega argumenta med seboj razlikujeta za 90 stopinj, zato lahko dobimo naslednje izraze:

Od tu lahko največjo vrednost tokovne moči določimo s formulo:

Vrednost v imenovalcu je upor na kondenzatorju. Ta upor se imenuje kapacitivni. Nahaja se in označen na naslednji način:

S povečanjem kapacitivnosti amplitudna vrednost toka pade.

Upoštevajte, da je v tem vezju uporaba Ohmovega zakona primerna le, če je treba določiti največjo vrednost toka; po tem zakonu je nemogoče kadar koli določiti tok zaradi fazne razlike med napetostjo in trenutno moč.

Tuljava v verigi

Razmislite o vezju, v katerem je tuljava. Predstavljajte si, da nima aktivnega upora. V tem primeru se zdi, da nič ne bi smelo ovirati gibanja toka. Vendar pa ni. Stvar je v tem, da ko tok teče skozi tuljavo, se začne pojavljati vrtinčno polje, ki preprečuje prehod toka zaradi nastanka samoindukcijskega toka.

Trenutna moč ima naslednjo vrednost:

Spet lahko vidite, da se tok spreminja po kosinusnem zakonu, tako da za to vezje velja fazni premik, kar je vidno tudi na grafu:

Zato je največja vrednost toka:

V imenovalcu lahko vidimo formulo, po kateri se določi induktivna reaktanca vezja.

Večja kot je induktivna reaktanca, manj pomembna je amplituda toka.

Tuljava, upor in kondenzator v vezju.

Če so v vezju hkrati prisotne vse vrste uporov, lahko vrednost toka določimo na naslednji način, s pretvorbo Ohmov zakon:

Imenovalec se imenuje impedanca. Sestavljen je iz vsote kvadratov aktivne (R) in reaktance, sestavljene iz kapacitivnega in induktivnega. Skupni upor se imenuje "impedanca".

Elektrika

Sodobnega življenja si je nemogoče predstavljati brez uporabe električnih naprav, ki delujejo na energijo, ki jo ustvarja električni tok. Ves tehnološki napredek temelji na elektriki.

Pridobivanje energije iz električnega toka ima ogromno prednosti:

1. Električno energijo je relativno enostavno proizvesti, saj je po vsem svetu na milijarde elektrarn, generatorjev in drugih naprav za proizvodnjo električne energije.

2. Električno energijo je mogoče prenašati na dolge razdalje v kratkem času in brez večjih izgub.

3. Električno energijo je mogoče pretvoriti v mehansko, svetlobno, notranjo in druge oblike.

Prenos električne energije je proces, ki sestoji iz dobave električne energije odjemalcem. Električno energijo proizvajajo na oddaljenih virih proizvodnje (elektrarne) z ogromnimi generatorji, ki uporabljajo premog, zemeljski plin, vodo, jedrsko fisijo ali veter.

Tok se prenaša preko transformatorjev, ki povečajo njegovo napetost. Visoka napetost je ekonomsko ugodna pri prenosu energije na dolge razdalje. Visokonapetostni daljnovodi se raztezajo po vsej državi. Prek njih električni tok doseže postaje v bližini velikih mest, kjer se njegova napetost zmanjša in pošlje na male (distribucijske) daljnovode. Električni tok potuje po distribucijskih vodih v vsakem okrožju mesta in vstopi v transformatorske omarice. Transformatorji zmanjšajo napetost na določeno standardno vrednost, ki je varna in potrebna za delovanje gospodinjskih aparatov. Tok vstopi v hišo skozi žice in prehaja skozi števec, ki kaže količino porabljene energije.

Transformator je statična naprava, ki pretvarja izmenični tok ene napetosti v izmenični tok druge napetosti, ne da bi spremenil svojo frekvenco. Deluje lahko samo na AC.

Glavni strukturni deli transformatorja

Naprava je sestavljena iz treh glavnih delov:

primarno navitje transformatorja. Število zavojev N 1.
Jedro zaprte oblike iz magnetno mehkega materiala (na primer jeklo).
sekundarno navitje. Število zavojev N 2 .

Na diagramih je transformator prikazan na naslednji način:

Načelo delovanja

Delovanje močnostnega transformatorja temelji na Faradayevem zakonu elektromagnetne indukcije.

Med dvema ločenima navitjema (primarnim in sekundarnim), ki ju povezuje skupni magnetni tok, se pojavi medsebojna indukcija. Medsebojna indukcija je proces, s katerim primarno navitje inducira napetost v sekundarnem navitju, ki se nahaja v njegovi neposredni bližini.

Primarno navitje prejema izmenični tok, ki proizvaja magnetni tok, ko je priključen na vir napajanja. Magnetni tok prehaja skozi jedro in, ker se sčasoma spreminja, v sekundarnem navitju vzbuja indukcijsko EMF. Napetost na drugem navitju je lahko nižja kot na prvem, potem se transformator imenuje padajoči. Pospeševalni transformator ima višjo napetost na sekundarnem navitju. Trenutna frekvenca ostane nespremenjena. Učinkovito znižanje ali zvišanje napetosti ne more povečati električne moči, zato se izhodni tok transformatorja sorazmerno poveča ali zmanjša.

Za amplitudne vrednosti napetosti na navitjih lahko zapišemo naslednji izraz:

k - razmerje transformacije.

Za povišajoči transformator k>1, za padec pa k<1.

Med delovanjem prave naprave vedno prihaja do izgub energije:

navitja se segrejejo.
delo se porabi za magnetizacijo jedra;
V jedru nastanejo Foucaultovi tokovi (na masivno jedro imajo toplotni učinek).

Za zmanjšanje izgub med segrevanjem transformatorska jedra niso izdelana iz enega kosa kovine, temveč iz tankih plošč, med katerimi je nameščen dielektrik.

Električna energija se proizvaja v različnih obsegih elektrarn, predvsem s pomočjo indukcijskih elektromehanskih generatorjev.

Močna generacija

Obstajata dve glavni vrsti elektrarn:

1. Toplotni.

2. Hidravlični.

Ta delitev je posledica vrste motorja, ki vrti rotor generatorja. AT toplotno elektrarne uporabljajo gorivo kot vir energije: premog, plin, nafto, oljni skrilavec, kurilno olje. Rotor poganjajo parne plinske turbine.

Najbolj ekonomične so termoparne turbinske elektrarne (TE). Njihova največja učinkovitost doseže 70%. To je ob upoštevanju dejstva, da se izpušna para uporablja v industrijskih podjetjih.

Na hidroelektrarne potencialna energija vode se uporablja za vrtenje rotorja. Rotor poganjajo hidravlične turbine. Moč postaje bo odvisna od tlaka in mase vode, ki prehaja skozi turbino.

Poraba električne energije

Električna energija se uporablja skoraj povsod. Seveda večina proizvedene električne energije prihaja iz industrije. Poleg tega bo promet velik porabnik.

Številne železniške proge so že dolgo prešle na električno vleko. Osvetlitev stanovanj, mestnih ulic, industrijske in domače potrebe vasi in vasi - vse to je tudi velik porabnik električne energije.

Velik del prejete električne energije se pretvori v mehansko energijo. Vse mehanizme, ki se uporabljajo v industriji, poganjajo elektromotorji. Porabnikov električne energije je dovolj in so povsod.

In električna energija se proizvaja le na nekaj mestih. Postavlja se vprašanje o prenosu električne energije in to na dolge razdalje. Pri prenosu na dolge razdalje pride do velike izgube energije. Predvsem so to izgube zaradi segrevanja električnih žic.

Po Joule-Lenzovom zakonu se energija, porabljena za ogrevanje, izračuna po formuli:

Ker je skoraj nemogoče zmanjšati odpornost na sprejemljivo raven, je treba zmanjšati trenutno moč. Če želite to narediti, povečajte napetost. Običajno so na postajah povišajoči generatorji, na koncu daljnovodov pa nižji transformatorji. In že iz njih se energija razprši do potrošnikov.

Potreba po električni energiji se nenehno povečuje. Obstajata dva načina za zadovoljitev povpraševanja po povečani porabi:

1. Gradnja novih elektrarn

2. Uporaba napredne tehnologije.

Učinkovita raba električne energije

Prva metoda zahteva porabo velikega števila gradbenih in finančnih sredstev. Za izgradnjo ene elektrarne je potrebnih več let. Poleg tega na primer termoelektrarne porabijo veliko neobnovljivih naravnih virov in škodujejo naravnemu okolju.