Реферат источники электроэнергии постоянного тока

Обновлено: 03.07.2024

Характерным в развитии электропередачи всегда являлись: увеличение передаваемых мощностей, протяженности линий и как следствие - увеличение напряжения. Повышение этих параметров на каждом новом этапе ставило новые и более сложные задачи перед учеными и инженерами, перед конструкторами электрических машин, линейных устройств и коммутационной аппаратуры.

Вложенные файлы: 1 файл

ref.docx

Практически возможными являлись два метода электропередачи -постоянным или переменным токами.

Оба эти метода с различными успехами разрабатывались на протяжении всей истории электроэнергетики.

Основными средствами передачи электрической энергии являлись воздушные и кабельные линии со всем необходимым оборудованием.

1.Передача энергии постоянным током.

В развитии электропередачи постоянным током можно выделить два основных направления:получение высокого напряжения без преобразования рода тока; использование преобразовательной техники. Наибольших достижений в развитии техники передачи электроэнергии постоянным током удалось добиться швейцарскому инженеру Рэне Тюри.

Первая электропередача по системе Тюри была осуществлена в Генуе в 1893 г. Она работала сначала на напряжении 5-6, затем 10 и даже 14 кВ при мощности 325 кВт. Общая длина линий достигала 60 км .

Опытами передачи по системе Тюри завершилось первое направление в развитии электропередачи постоянным током.

Второе направление возникло в 1918 г. К этому времени, как будет показано ниже, уже успешно действовала мощная 3-х фазная электропередача высокого напряжения (до 150 кВ).

Но уже к концу второго десятилетия текущего столетия наметились контуры новой и весьма неожиданной проблемы. Дело в том, что при значительных расстояниях передачи при высоком напряжении начинала существенно сказываться емкостная проводимость линий и значительно возрастал емкостной ток. Припередачи энергии на расстояние более 300 - 500 км этот емкостной ток уже трудно было компенсировать.

Замечательным является то, что еще в 1918 г. Доливо-Добровольский указывал, что одной из вероятных схем передачи энергии может быть линия постоянного тока, присоединенная на своих концах к преобразовательным подстанциям. Таким образом, он указывал на вероятность того, что генерирование и распределение энергии в будущем будут производиться переменным током, а ее передача - выпрямленным током высокого напряжения. В качестве одного из вариантов решения проблемы преобразования переменного тока впостоянныйДоливо- Добровольский назвал применение ртутных выпрямителей.

Рост мощностей электростанций и дальности электропередачи, укрупнение энергосистем были столь быстрыми, что уже в 1920 - 1922 гг. в США, а затем и в других странах серьезно изучался вопрос об устойчивости параллельной работы синхронных генераторов. Известно, что нарушение устойчивости при каких-либо более или менее резких изменениях режима работы вызываются расстройством синхронной работы генераторов на связанных линиями электростанциях. Крупнейшая авария в 1965 г. в Нью-Йорке [1] показала, что нарушение устойчивости линий электропередачи переменного тока может привести к "распаду" даже очень крупную энергетическую систему. Глубокое изучение этого вопроса привело к тому, что наряду с другими методами повышения устойчивости параллельной работы стала рассматриваться и такая радикальная мера, как осуществление межсистемных связей линиями постоянного тока. В этом случае две связанные такой линией системы могут работать и не синхронно друг с другом.

При всех своих преимуществах электропередача постоянным током обладает крупными недостатками:

- она требует применения сложных и дорогих выпрямителей и инверторов;

- затрудняется решение задачи об отборе энергии в промежуточных пунктах линии, так как современная техника пока практически не располагает выключателями постоянного тока высокого напряжения.

В конце 30-х начале 40-х годов в разных странах было построено несколько опытных линий передачи постоянного тока напряжением 30-90 кВ.

2. Передача энергии переменным током.

Многолетняя борьба за выбор рода тока закончилась в свое время полной победой переменного тока, причем решающую роль в этой победе сыграла 3-х фазная система.

В настоящее время передача электроэнергии на большие расстояния осуществляется, за редким исключением, только переменным током.

Уже отмечалось, что вся история электропередачи сопровождалась увеличением передаваемых мощностей, напряжений и протяженностью линий.

На первом этапе преобладающей по важности проблемой было уменьшение потерь в линии, что требовало повышение напряжения.

В течение первого десятилетия XX века на первый план выдвинулась проблема изоляции линий. Применявшиеся штаревые изоляторы не позволяли поднять напряжение выше 60 - 70 кВ. Это ограничивало пропускную способность линий: для увеличения мощности передачи приходилось сооружать несколько параллельных цепей, что было весьма дорого. Только изобретение в конце 1906 г. подвесных изоляторов (Хьюлетт, США) позволило увеличить применявшееся напряжение.

В 1908 - 1912 гг. в Америке и Германии были построены первые линии 110 кВ, а следующее десятилетие дало увеличение напряжения еще в два раза (1920 Г.-165 кВ, 1922 Г.-220 кВ).

Новое затруднение на пути роста напряжения возникло в связи с увеличением потерь на корону. Многочисленные теоретические исследования, проводившиеся в 1910 - 1914 годах (В.Ф. Миткевич в России, Пик в Америке, Г. Капп в Англии и другие) показали, что уменьшение потерь на корону (повысить критическое коронное напряжение) можно путем увеличения действительного или "электрического" диаметра провода. Первое направление привело к применению алюминиевых, сталеалюминиевых и полых проводов большого диаметра. Второе направление (В.Ф. Миткевич) расширило указанные возможности применения расщепленных проводов, когда каждая фаза линии состоит, например, из трех проводов. При этом увеличивается "электрический" диаметр провода и к тому же снижается индуктивность проводов. Последнее обстоятельство оказалось очень важным в дальнейшем развитии техники электропередачи.

Первая линия 220 кВ с расщеплением фазы на 2 провода была построена в 1956 г. на Урале, а затем с расщеплением на 3 провода стали строить все линии 400 и 500 кВ.

Следующим этапом борьбы за освоение высоких напряжений явилась разработка методов компенсации индуктивного падения напряжения в линии. При напряжении больше 110 кВ и дальности больше 150-200 км индуктивное падение напряжения принимает такие размеры, что становится невозможным поддерживать постоянным напряжение в конце линий. Эта проблема была решена путем применения статических конденсаторов и синхронных компенсаторов. Впервые синхронный компенсатор был использован по предложению Доливо-Добровольского еще в 1892 г. на линии Бюлах-Эрликон (Швейцария).

Наконец, одной из наиболее серьезных проблем в развитии электропередачи явилась возникшая в 20-х гг. проблема устойчивости параллельной работы электростанций.

Известно, что при нарушении статической (при малых нарушениях режима работы) или динамической (при резких и глубоких нарушениях) устойчивости синхронные генераторы на станциях выпадают из синхронизма и происходит распад энергетической системы.

Если при протяженности линий 200 - 300 км нет опасений за нарушение статической устойчивости и удается обеспечить динамическую устойчивость при быстром (0,1 сек. и меньше) отключении аварийного участка, то при дальности передачи 500 - 1000 км наиболее сложной задачей является обеспечение статической устойчивости.

Основополагающие работы по анализу этой проблемы выполнили в 30-е годы А.А. Горев, П.С. Жданов и другие в СССР; Парк, Робертсон и другие в США. В результате удалось найти ряд методов повышения устойчивости (регулирование турбин, аварийная разгрузка системы по частоте, фазировка возбуждения, внедрение быстродействующих защит, компенсация параметров линии и др.).

3. Развитие кабельных и воздушных линий.

На заре развития электроэнергетики многие конструкции и схемы заимствовались из области неэнергетических применений электричества. Особенно много дала в этом отношении телеграфная техника. В связи с развитием телеграфа родилась и получила начальное развитие кабельная техника.

Впервые годы строительства силовых электросетей наиболее естественной казалась подземная проводка, которая лучше защищена от механических повреждений и не портит внешнего вида улиц.

Решающую роль в развитии кабельной техники сыграло применение пропитанной бумажной изоляции.

Недостатки кабелей с поясной изоляцией привели к созданию кабеля с экранированными жилами (1913 г.). Такие 3-х жильные кабели на напряжение, равное 60 кВ, начали изготовляться в 1918 - 1919 гг.

Другим вариантом 3-х жильного кабеля высокого напряжения является изобретенный в 1924 г. (СССР) кабель с отдельно освинцованными жилами. Он был более гибок и надежен в эксплуатации. Такой кабель на напряжение 33 кВ был проложен в 1924 г. в Ленинграде (Ленинградское кабельное кольцо) .

Борьба за повышение напряжения на кабельных линиях привела к созданию маслонаполненных кабелей, изобретенных в 1919 г. и выпускавшихся с 1923 г. В СССР маслонаполненный кабель на напряжение в ПО кВ был проложен в 1931 г. вблизи г.Ленинграда.

В 1926 - 28 гг. стали появляться газонаполненные кабели, а затем с 1930 г. - маслостатические: три экранированные жилы находятся в стальной трубе, которая заполняется маслом под давлением 15 атмосфер.

Прогрессивным направлением в развитии кабельной техники явилось постепенное расширение перехода от свинцовых оболочек к более дешевым алюминиевым. В настоящее время уже более 80% силовых кабелей выпускается с алюминиевыми оболочками. Резко расширен выпуск кабелей с пластмассовой оболочкой.

В настоящее время кабельные линии прокладываются главным образом в городах и поселках городского типа и на территории промышленных предприятий, т.е. там, где это необходимо по технико-экономическим соображениям (высокая концентрация мощных нагрузок), а также по соображениям безопасности и эстетики.

Маслонаполненные кабели среднего давления (на напряжение 110-220 кВ) используются для глубоких вводов энергии в центры городов и крупных промышленных предприятий.

Кабель высокого давления (на напряжение ПО - 500 кВ) широко применяется для устройства переходов через водные пространства, а также на мощных ГЭС для передачи энергии от повышающих трансформаторов к открытым распределительным устройствам, размещенным на берегах рек.

Одной из важнейших задач, решаемых в настоящее время, являются разработка конструкций и освоение производства кабелей на напряжение 750 кВ (переменного тока) и 1500 кВ (постоянного тока).

Для электропередачи большой протяженности преимущественное применение получили воздушные линии.

Исторически сложилась основная схема передачи и распределения электрической энергии : от районной электростанции идут одна или несколько цепей линии электропередачи, затем от приемной подстанции - питающие провода, наконец, от трансформаторных пунктов снабжается энергией разветвленная местная сеть. Со временем появились различные модификации основной схемы электроснабжения : замыкании линий в кольцо; перенесение подстанций внутрь цехов промышленных предприятий и т.п.

Особенно удачным оказалось сооружение колец линий высокого напряжения вокруг крупных промышленных городов. Эти кольца играют роль сборных шин, на которые по рабочим линиям вливается энергия от районных электростанций.

Такое кольцо воздушных линий, в частности, создано вокруг Москвы. По его примеру строились кольца для некоторых зарубежных городов.

Широкое применение получил ввод линий высокого напряжения в центры промышленных городов - "глубокий ввод", что значительно снизило потери в электросети крупного города. Одним из первых в мировой практике был глубокий ввод линии Шатура - Москва (1925 г.), которая вошла в самый центр города, к Кремлю .

Известно, что основными элементами воздушных линий являются провода, изоляторы и опоры. Это так называемая механическая часть линий передачи вначале целиком была заимствована у телеграфных линий. Опоры выполнялись в виде деревянных столбов, провода были сначала стальными, а изоляторы - штыревыми (стеклянными, а затем фарфоровыми).

Постепенно в 80 - 90-х гг. прошлого столетия стальные провода стали вытесняться медными. Начавшееся в конце прошлого века производство электролитической меди позволило в несколько раз снизить ее стоимость, хотя и до сегодняшнего дня медь считается дефицитным и дорогостоящим материалом. В течение первых десятилетий XX века медь заняла место основного проводникового материала в электротехнике.

I Введение
II Производство и использование электроэнергии
1. Генерация электроэнергии
1.1 Генератор
2. Использование электроэнергии
III Трансформаторы
1. Назначение
2. Классификация
3. Устройство
4. Характеристики
5. Режимы
5.1 Холостой ход
5.2 Режим короткого замыкания
5.3 Нагрузочный режим
IV Передача электроэнергии
V ГОЭЛРО
1. История
2. Результаты
VI Список использованной литературы

I. Введение

Электроэнергия, один из самых важных видов энергии, играет огромную роль в современном мире. Она является стержнем экономик государств, определяя их положение на международной арене и уровень развития. Огромные суммы денег вкладываются ежегодно в развитие научных отраслей, связанных с электроэнергией.
Электроэнергия является неотъемлемой частью повседневной жизни, поэтому важно владеть информацией об особенностях её производства и использования.

II. Производство и использование электроэнергии

1. Генерация электроэнергии

Генерация электроэнергии – производство электроэнергии посредством преобразования её из других видов энергии с помощью специальных технических устройств.
Для генерации электроэнергии используют:
Электрический генератор – электрическую машину, в которой механическая работа преобразуется в электрическую энергию.
Солнечную батарею или фотоэлемент – электронный прибор, который преобразует энергию электромагнитного излучения, в основном светового диапазона, в электрическую энергию.
Химические источники тока – преобразование части химической энергии в электрическую, посредством химической реакции.
Радиоизотопные источники электроэнергии – устройства, использующие энергию, выделяющуюся при радиоактивном распаде, для нагрева теплоносителя или преобразующие её в электроэнергию.
Электроэнергия вырабатывается на электростанциях: тепловых, гидравлических, атомных, солнечных, геотермальных, ветряных и других.
Практически на всех электростанциях, имеющих промышленное значение, используется следующая схема: энергия первичного энергоносителя с помощью специального устройства преобразовывается вначале в механическую энергию вращательного движения, которая передается в специальную электрическую машину – генератор, где вырабатывается электрический ток.
Основные три вида электростанций: ТЭС, ГЭС, АЭС
Ведущую роль в электроэнергетике многих стран играют тепловые электростанции (ТЭС).
Тепловые электростанции требуют огромного количества органического топлива, запасы же его сокращаются, а стоимость постоянно возрастает из-за все усложняющихся условий добычи и дальности перевозок. Коэффициент использования топлива в них довольно низок (не более 40%), а объемы отходов, загрязняющих окружающую среду, велики.
Экономические, технико-экономические и экологические факторы не позволяют считать тепловые электростанции перспективным способом получения электроэнергии.
Гидроэнергетические установки (ГЭС) являются самыми экономичными. Их КПД достигает 93 %, а стоимость одного кВт•ч в 5 раз дешевле, чем при других способах получения электроэнергии. Они используют неисчерпаемый источник энергии, обслуживаются минимальным количеством работ¬ников, хорошо регулируются. По величине и мощности отдельных гидростанций и агрегатов наша страна занимает ведущее положение в мире.
Но темпы развития сдерживают значительные затраты и сроки строительства, обусловленные удаленностью мест строительства ГЭС от крупных городов, отсутствие дорог, трудные условия строительства, подвержены влиянию сезонности режима рек, водохранилищами затапливаются большие площади ценных приречных земель, крупные водохранилища негативно воздействуют на экологическую ситуацию, мощные ГЭС могут быть построены только в местах наличия соответствующих ресурсов.
Атомные электростанции (АЭС) работают по одному принципу с тепловыми электростанциями, т. е. происходит преобразование тепловой энергии пара в механическую энергию вращения вала турбины, которая приводит в действие генератор, где механическая энергия преобразовывается в электрическую.
Главное достоинство АЭС – небольшое количество используемого топлива (1 кг обогащенного урана заменяет 2,5 тыс. т угля), вследствие чего АЭС могут быть построены в любых энергодефицитных районах. К тому же запасы урана на Земле превышают запасы традици-онного минерального топлива, а при безаварийной работе АЭС незначительно воздействуют на окружающую среду.
Главным недостатком АЭС является возможность аварий с катастрофическими последствиями, для предотвращения которых требуются серьезные меры безопасности. Кроме того, АЭС плохо регулируются (для их полной остановки или включения требуется несколько недель), не разработаны технологии переработки радиоактивных отходов.
Атомная энергетика выросла в одну из ведущих отраслей народного хозяйства и продолжает быстро развиваться, обеспечивая безопасность и экологическую чистоту.

1.1 Генератор

Электрический генератор – это устройство, в котором неэлектрические виды энергии (механическая, химическая, тепловая) преобразуются в электрическую энергию.
Принцип действия генератора основан на явлении электромагнитной индукции, когда в проводнике, двигающемся в магнитном поле и пересекающем его магнитные силовые линии, индуктируется ЭДС Следовательно, такой проводник может нами рассматриваться как источник электрической энергии.
Способ получения индуктированной ЭДС, при котором проводник перемещается в магнитном поле, двигаясь вверх или вниз, очень неудобен при практическом его использовании. Поэтому в генераторах применяется не прямолинейное, а вращательное движение проводника.
Основными частями всякого генератора являются: система магнитов или чаще всего электромагнитов, создающих магнитное поле, и система проводников, пересекающих это магнитное поле.
Генератор переменного тока – электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую энергию переменного тока. Большинство генераторов переменного тока используют вращающееся магнитное поле.

В прямоугольном контуре вращается постоянный магнит

При вращении рамки изменяется магнитный поток через нее, поэтому в ней индуцируется ЭДС. Так как с помощью токосъемника (колец и щеток) рамка соединена с внешней электрической цепью, то в рамке и внешней цепи возникает электрический ток.
При равномерном вращении рамки угол поворота изменяется по закону:

Магнитный поток через рамку также изменяется с течение времени, его зависимость определяется функцией:

где S − площадь рамки.
По закону электромагнитной индукции Фарадея ЭДС индукции, возникающая в рамке равна:

где – амплитуда ЭДС индукции.
Другая величина, которой характеризуется генератор, является сила тока, выражающаяся формулой:

где i — сила тока в любой момент времени, I_m – амплитуда силы тока (максимальное по модулю значение силы тока), φ_c — сдвиг фаз между колебаниями силы тока и напряжения.
Электрическое напряжение на зажимах генератора меняется по синусодальному или косинусоидальному закону:

или

Почти все генераторы, установленные на наших электростанциях, являются генераторами трехфазного тока. По существу, каждый такой генератор представляет собой соединение в одной электрической машине трех генераторов переменного тока, сконструированных таким образом, что индуцированные в них ЭДС сдвинуты друг относительно друга на одну треть периода:

2. Использование электроэнергии

Электроснабжение промышленных предприятий. Промышленные предприятия потребляют 30-70% электроэнергии, вырабатываемой в составе электроэнергетической системы. Значительный разброс промышленного потребления определяется индустриальной развитостью и климатическими условиями различных стран.
Электроснабжение электрифицированного транспорта. Выпрямительные подстанции электротранспорта на постоянном токе (городской, промышленный, междугородний) и понижающие ПС междугороднего электрического транспорта на переменном токе питаются электроэнергией от электрических сетей ЭЭС.
Электроснабжение коммунально-бытовых потребителей. К данной группе ПЭ относится широкий круг зданий, расположенных в жилых районах городов и населенных пунктов. Это – жилые здания, здания административно-управленческого назначения, учебные и научные заведения, магазины, здания здравоохранения, культурно-массового назначения, общественного питания и т.п.

III. Трансформаторы

Трансформатор – статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно-связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока.

Схема устройства трансформатора

1 – первичная обмотка трансформатора
2 – магнитопровод
3 – вторичная обмотка трансформатора
Ф – направление магнитного потока
U₁ – напряжение на первичной обмотке
U₂ – напряжение на вторичной обмотке

Первые трансформаторы с разомкнутым магнитопроводом предложил в 1876 г. П.Н. Яблочков, который применил их для питания электрической "свечи". В 1885 г. венгерские ученые М. Дери, О. Блати, К. Циперновский разработали однофазные промышленные трансформаторы с замкнутым магнитопроводом. В 1889-1891 гг. М.О. Доливо-Добровольский предложил трехфазный трансформатор.

1. Назначение

Трансформаторы широко применяются в различных областях:
Для передачи и распределения электрической энергии
Обычно на электростанциях генераторы переменного тока вырабатывают электрическую энергию при напряжении 6-24 кВ, а передавать электроэнергию на дальние расстояния выгодно при значительно больших напряжениях (110, 220, 330, 400, 500, и 750 кВ). Поэтому на каждой электростанции устанавливают трансформаторы, осуществляющие повышение напряжения.
Распределение электрической энергии между промышленными предприятиями, населёнными пунктами, в городах и сельских местностях, а также внутри промышленных предприятий производится по воздушным и кабельным линиям, при напряжении 220, 110, 35, 20, 10 и 6 кВ. Следовательно, во всех распределительных узлах должны быть установлены трансформаторы, понижающие напряжение до величины 220, 380 и 660 В.
Для обеспечения нужной схемы включения вентилей в преобразовательных устройствах и согласования напряжения на выходе и входе преобразователя (преобразовательные трансформаторы).
Для различных технологических целей: сварки (сварочные трансформаторы), питания электротермических установок (электропечные трансформаторы) и др.
Для питания различных цепей радиоаппаратуры, электронной аппаратуры, устройств связи и автоматики, электробытовых приборов, для разделения электрических цепей различных элементов указанных устройств, для согласования напряжения и пр.
Для включения электроизмерительных приборов и некоторых аппаратов (реле и др.) в электрические цепи высокого напряжения или же в цепи, по которым проходят большие токи, с целью расширения пределов измерения и обеспечения электробезопастности. (измерительные трансформаторы)

2. Классификация

По назначению: силовые общего(используются в линиях передачи и распределения электроэнергии) и специального применения (печные, выпрямительные, сварочные, радиотрансформаторы).
По виду охлаждения: с воздушным (сухие трансформаторы) и масляным (масляные трансформаторы) охлаждением.
По числу фаз на первичной стороне: однофазные и трёхфазные.
По форме магнитопровода: стержневые, броневые, тороидальные.
По числу обмоток на фазу: двухобмоточные, трёхобмоточные, многообмоточные (более трёх обмоток).
По конструкции обмоток: с концентрическими и чередующимися (дисковыми) обмотками.

3. Устройство

Простейший трансформатор (однофазный трансформатор) представляет собой устройство, состоящее из стального сердечника и двух обмоток.

Принцип устройства однофазного двухобмоточного трансформатора
Магнитопровод представляет собой магнитную систему трансформатора, по которой замыкается основной магнитный поток.
При подаче в первичную обмотку переменного напряжения, во вторичной обмотке индуцируется ЭДС той же частоты. Если ко вторичной обмотке подключить некоторый электроприемник, то в ней возникает электрический ток и на вторичных зажимах трансформатора устанавливается напряжение, которое несколько меньше, чем ЭДС и в некоторой относительно малой степени зависит от нагрузки.

Условное обозначение трансформатора:
а) – трансформатор со стальным сердечником, б) – трансформатор с сердечником из феррита

4. Характеристики трансформатора

Номинальная мощность трансформатора – мощность, на которую он рассчитан.
Номинальное первичное напряжение – напряжение, на которое рассчитана первичная обмотка трансформатора.
Номинальное вторичное напряжение – напряжение на зажимах вторичной обмотки, получающееся при холостом ходе трансформатора и номинальном напряжении на зажимах первичной обмотки.
Номинальные токи, определяются соответствующими номинальными значениями мощности и напряжения.
Высшее номинальное напряжение трансформатора – наибольшее из номинальных напряжений обмоток трансформатора.
Низшее номинальное напряжение – наименьшее из номинальных напряжений обмоток трансформатора.
Среднее номинальное напряжение – номинальное напряжение, являющееся промежуточным между высшим и низшим номинальным напряжением обмоток трансформатора.

5. Режимы

5.1 Холостой ход

Режимом холостого хода – режим работы трансформатора, при котором вторичная обмотка трансформатора разомкнута, а на зажимы первичной обмотки подано переменное напряжение.

В первичной обмотке трансформатора, соединенной с источником переменного тока течёт ток, в результате чего в сердечнике появляется переменный магнитный поток Φ, пронизывающий обе обмотки. Так как Φ одинаков в обеих обмотках трансформатора, то изменение Φ приводит к появлению одинаковой ЭДС индукции в каждом витке первичной и вторичной обмоток. Мгновенное значение ЭДС индукции e в любом витке обмоток одинаково и определяется формулой:

где – амплитуда ЭДС в одном витке.
Амплитуда ЭДС индукции в первичной и вторичной обмотках будет пропорционально числу витков в соответствующей обмотке:

где N₁ и N₂ – число витков в них.
Падение напряжения на первичной обмотке, как на резисторе, очень мало, по сравнению с ε₁, и поэтому для действующих значений напряжения в первичной U₁ и вторичной U₂ обмотках будет справедливо следующее выражение:

K – коэффициент трансформации. При K>1 трансформатор понижающий, а при K

Вложенные файлы: 1 файл

ref.docx

Практически возможными являлись два метода электропередачи -постоянным или переменным токами.

Оба эти метода с различными успехами разрабатывались на протяжении всей истории электроэнергетики.

1.Передача энергии постоянным током.

При всех своих преимуществах электропередача постоянным током обладает крупными недостатками:

- она требует применения сложных и дорогих выпрямителей и инверторов;

2. Передача энергии переменным током.

3. Развитие кабельных и воздушных линий.

Решающую роль в развитии кабельной техники сыграло применение пропитанной бумажной изоляции.

Для электропередачи большой протяженности преимущественное применение получили воздушные линии.

Энергетическая промышленность наших дней - одна из чаще всего обсуждаемых сфер жизнедеятельности страны, ведь именно сейчас она приобретает всё более многогранные экономические, технические и даже политические аспекты. Уже в ближайшие годы, на фоне исчерпания месторождений природных энергетических ресурсов, общее потребление всех их видов возрастет в несколько раз. Обеспечение же этого потребует от специалистов глубокого изучения состава и роли энергетического комплекса в мировом хозяйстве, и в частности - России.

Содержание работы

Введение………………………………………………………………..3
Гидравлические электростанции (ГЭС)…………………………..…………….4
Тепловые электростанции (ТЭС) ………………………………….…5
Атомные электростанции (АЭС) ………………………….…………………….9
Альтернативные источники энергии…….…….…….……. …………………13
Заключение………………………………………………. ……17
Использованная литература…………

Файлы: 1 файл

РЕФЕРАТ ПО ФИЗИКЕ.doc

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Мичуринский государственный аграрный университет

Кафедра Физики и ИТ

студент 2 курса

группы ИОБ25СМ Хомяков Юрий

Мичуринск – Наукоград, 2014
Содержание

Гидравлические электростанции (ГЭС)…………………………..…………….4

Тепловые электростанции (ТЭС) ………………………………….…5

Атомные электростанции (АЭС) ………………………….…………………….9

Альтернативные источники энергии…….…….…….……. ………………… 13

Использованная литература…………………………………………………… .18

Актуальность выбранной темы контрольной работы не вызывает сомнений, если взять за основу аксиому, что научно-технический прогресс невозможен без развития энергетики, электрификации. И для повышения производительности труда первостепенное значение имеет автоматизация производственных процессов, замена человеческого труда (особенно тяжелого или монотонного), машинным. Но подавляющее большинство технических средств механизации и автоматизации (оборудование, приборы, ЭВМ) имеет электрическую основу. Особенно широкое применение электрическая энергия получила для привода в действие электрических моторов. Мощность электрических машин (в зависимости от их назначения) различна: от долей ватта (микродвигатели, применяемые во многих отраслях техники и в бытовых изделиях) до огромных величин, превышающих миллион киловатт (генераторы электростанций).

Человечеству электроэнергия нужна, причем потребности в ней увеличиваются с каждым годом. Вместе с тем, запасы традиционных органических топлив (нефти, угля, газа) конечны. Конечны также и запасы ядерного топлива - урана и тория, из которого можно получать в реакторах-бридерах (размножителях) плутоний. Поэтому на сегодняшний день крайне важно найти выгодные источники электроэнергии, причем - выгодные не только с точки зрения дешевизны топлива, но и с точки зрения простоты конструкций, эксплуатации, стоимости необходимых для постройки станции материалов, их долговечности.

Пока же мир больше эксплуатирует технические достижения ХХ века. Перспективные направления развития отрасли делают только пробные шаги либо находятся в стадии проектов, и данная контрольная работа является кратким обзором типов действующих электростанций с некоторым анализом их роли в энергетической промышленности страны. В частности, рассматриваются традиционные источники электрической энергии: атомные, гидро и тепловые предприятия. Соответственно, цель работы - прежде всего ознакомление именно с современным положением дел в этой необычайно широкой проблематике, характеристика наиболее выгодных в нынешнее время способов получения электроэнергии.

Гидравлические электростанции (ГЭС)

Гидравлическая электростанция (ГЭС) - комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию. Состоит из последовательной цепи гидротехнических сооружений, обеспечивающих необходимую концентрацию потока, и энергетических мощностей, преобразующих энергию движущегося напора в механическую энергию вращения с дальнейшей её трансформацией в электроэнергию.

Напор ГЭС создается концентрацией падения реки на используемом участке плотиной. Основное энергетическое оборудование размещается в здании ГЭС: в машинном зале электростанции - гидроагрегаты, вспомогательное оборудование, устройства автоматического управления и контроля; в центральном посту управления - пульт оператора-диспетчера. Повышающая трансформаторная подстанция размещается либо внутри здания ГЭС, либо в отдельных зданиях или на открытых площадках. Распределительные устройства тоже зачастую располагаются на открытой площадке.

По максимально используемому напору, ГЭС делятся на высоконапорные (перепад более 60 метров), средненапорные (от 25 до 60 метров), и низконапорные (от 3 до 25 метров). На равнинных реках напоры редко превышают 100 метров, зато в горных условиях посредством плотины можно создавать перепад до 300 метров. Классификация по напору приблизительно соответствует и типам применяемого энергетического оборудования: на высоконапорных ГЭС применяют ковшовые и радиально-осевые турбины с металлическими спиральными камерами; на средненапорных - поворотнолопастные и радиально-осевые турбины с железобетонными и металлическими спиральными камерами, на низконапорных, чаще -- горизонтальные турбины в капсулах или в открытых камерах.

По установленной мощности (в Мегаваттах), различают ГЭС мощные (св. 250), средние (до 25) и малые (до 5)мВт. Мощность ГЭС зависит от напора (разности уровней верхнего и нижнего бьефа), используемого в гидротурбинах расхода воды, кпд гидроагрегатов и их количества. Ввиду ряда причин (сезонные изменения уровня воды в водоёмах, непостоянство нагрузки энергосистемы, плановый ремонт оборудования или гидротехнических сооружений и т. п.) напор и расход воды непрерывно меняются. Кроме того, изменяется он и при регулировании мощности ГЭС, а отсюда различают годичный, недельный и суточный циклы режима работы ГЭС.

По схеме использования водных ресурсов и концентрации напоров, ГЭС обычно подразделяют на русловые, плотинные и гидроаккумулирующие.

В русловых ГЭС напор воды создаётся плотиной, перегораживающей реку и поднимающей уровень воды в верхнем бьефе; при этом неизбежно некоторое затопление долины реки. Строят их и на равнинных многоводных и на горных реках, в узких сжатых долинах. Помимо плотины, в состав такого предприятия входят здание ГЭС и различные водосбросные сооружения. Их перечень напрямую зависит от высоты напора и установленной мощности. У русловой ГЭС здание с размещенными в нём гидроагрегатами служит продолжением плотины и вместе с ней создаёт напорный фронт. При этом, с одной стороны к зданию примыкает верхний бьеф, а с другой - нижний бьеф. В соответствии с назначением гидроузла, его состав могут дополнять судоходные шлюзы или судоподъёмник, рыбопропускные сооружения, водозаборные сооружения для ирригации и водоснабжения. Для русловых ГЭС характерны напоры до 30-40 метров, и данная компоновка типична для многих отечественных ГЭС на больших равнинных реках. Волжская ГЭС имени 22-го съезда КПСС - наиболее крупная среди станций руслового типа.

При более высоких напорах оказывается нецелесообразным передавать на здание ГЭС гидростатическое давление воды. В этом случае применяется тип плотиной ГЭС, у которой напорный фронт на всём протяжении перекрывается плотиной, а здание ГЭС располагается за ней, примыкая к нижнему бьефу. В состав гидравлической трассы между верхним и нижним бьефом ГЭС такого типа входят глубинный водоприёмник с мусорозадерживающей решёткой, турбинный водовод, спиральная камера, гидротурбина и отсасывающая труба. В качестве дополнительных сооружений в состав узла могут входить судоходные сооружения и рыбоходы, а также водосбросы. Примером подобного типа станций служит Братская ГЭС на многоводной реке Ангара.

Весьма перспективным является строительство гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС). Их действие основано на цикличном перемещении одного и того же объема воды между двумя бассейнами - верхним и нижним. В ночные часы, когда потребность в электроэнергии мала, эта вода перекачивается из нижнего водохранилища в верхнее, расходуя при этом излишки энергии, производимой электростанциями ночью. Днем, когда потребление электричества резко возрастает, вода сбрасывается из верхнего бассейна вниз через турбины, вырабатывающие энергию. Это выгодно, так как остановки станции в ночное время невозможны. Таким образом, ГАЭС позволяют решать проблемы пиковых нагрузок использования мощностей, ведь в России, особенно в евpoпeйской части, остро стоит проблема создания маневренных электростанций, в том числе ГАЭС. Построена Загорская ГАЭС (1,2 мВт), возводится Центральная ГАЭС (3,6 мВт).

В целом же, для гидростроительства нашей страны было характерно сооружение на реках каскадов гидроэлектростанций. Каскад - группа ГЭС, расположенных ступенями по течению водного потока для последовательного его использования при получении электроэнергии. С помощью каскадов полнее решаются проблемы снабжения населения и производства водой, устранения паводков, улучшения транспортных условий. Но к сожалению, их создание принесло и крайне негативные последствия: потерю ценных сельскохозяйственных земель, особенно пойменных, нарушение экологического равновесия.

Наиболее мощные ГЭС построены в Сибири, где освоение гидроресурсов наиболее эффективно: удельные капиталовложения в 2-3 раза ниже и себестоимость электроэнергии в 4-5 раз меньше, чем в Европейской части страны. А Самые крупные ГЭС страны входят в состав Ангаро-Енисейского каскада:

Красноярская -- на Енисее,

Усть-Илимская -- на Ангаре,

строится Богучанская ГЭС (4 мВт).

В Европейской части России тоже создан крупный каскад ГЭС на Волге. В него включены Иваньковская, Угличская, Рыбинская, Городецкая, Чебоксарская, Волжская (вблизи Самары), Саратовская, Волжская (вблизи Волгограда) ГЭС.

Важнейшая особенность гидроэнергетических ресурсов в сравнении с прочими - их непрерывная возобновляемость. Отсутствие потребности в топливе для ГЭС определяет низкую себестоимость вырабатываемой там электроэнергии. Поэтому, несмотря на значительные удельные капиталовложения на 1 кВт установленной мощности и продолжительные сроки строительства, гидроэлектростанциям придавалось и придаётся большое значение, особенно когда это связано с размещением электроёмких производств.

Строительство ГЭС требует длительных сроков и больших капиталовложений, связано с потерями земель на равнинах, наносит ущерб рыбному хозяйству. Доля участия ГЭС в выработке электроэнергии существенно меньше их доли в установленной мощности, что объясняется полной реализацией их мощности лишь в короткий период, причем - только в многоводные годы. Поэтому, несмотря на обеспеченность России гидроэнергетическими ресурсами, ГЭС не могут служить основой выработки электроэнергии в стране.

Тепловые электростанции (ТЭС)

Тепловая электростанция (ТЭС) - электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой, выделяющейся при сжигании органического топлива. На электростанциях данного типа химическая энергия топлива преобразуется сначала в механическую, а лишь затем в электрическую. Топливом для ТЭС могут служить уголь, торф, газ, горючие сланцы, мазут. Тепловые электрические станции подразделяют на конденсационные (КЭС), предназначенные для выработки только электрической энергии, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), производящие помимо электрической ещё и тепловую энергию. Крупные КЭС районного значения получили название государственных районных электростанций (ГРЭС).

Опишем простейшую технологическую цепочку КЭС, работающей на угле. Топливо подается в бункер, а оттуда - на дробильную установку, где превращается в пыль. Угольная пыль поступает в топку парогенератора (парового котла), имеющего систему трубок, по которым циркулирует химически очищенная вода, называемая питательной. В котле она нагревается, испаряется, а образовавшийся насыщенный пар доводится до температуры 400-650°С и под давлением 3-24 МПа поступает по паропроводу в паровую турбину. Его параметры зависят от мощности агрегатов. Пар вращает ротор турбины, тот - ротор генератора, и в результате вырабатывается электрический ток. Тепловые конденсационные электростанции имеют невысокий КПД (30-40%), так как большая часть энергии теряется с отходящими топочными газами и охлаждающей водой конденсатора. Сооружать КЭС выгодно в непосредственной близости от мест добычи топлива. При этом, ввиду невысокой потери мощности в ЛЭП, потребители электроэнергии могут находиться на значительном расстоянии от станции.

В городах же чаще используются ТЭЦ - теплоэлектроцентрали, производящие и тепло в виде горячей воды. От конденсационной станции она отличается установленной специальной теплофикационной турбиной с отбором пара. Одна часть пара полностью используется в турбине для выработки электроэнергии генератором и затем поступает в конденсатор, а другая, имеющая большую температуру и давление, отбирается от промежуточной ступени турбины для теплоснабжения. Количество отбираемого пара зависит от потребности в тепловой энергии. Хотя коэффициент полезного действия ТЭЦ и достигает 60-70%, такая система является довольно-таки непрактичной. В отличие от электрокабеля, надежность теплотрасс на больших расстояниях чрезвычайно низка, следовательно, эффективность централизованного теплоснабжения при передаче тоже сильно понижается. Подсчитано, что при протяженности теплотрасс более 20 км (типичная ситуация для большинства городов), в отдельно стоящем доме экономически выгодней будет установка электрического бойлера. Поэтому ТЭЦ обычно строят вблизи потребителей - промышленных предприятий или жилых массивов, а работают они чаще всего на привозном топливе.

Читайте также: