Реферат преобразование электрической энергии

Обновлено: 02.07.2024

В развитии человеческой цивилизации энергия играет важную роль. Потребление энергии имеет приблизительно одинаковый характер изменения во времени с накоплением информации. Объем выпускаемой продукции тесно связан с расходом энергии.

По определению из физической науки энергией называется способность тела или системы тел совершать работу. Классификации форм и видов энергии разнообразны. Наиболее часто в повседневной жизни встречаются следующие виды энергии:

электрическая
механическая
внутренняя
электромагнитная.

Внутренняя энергия бывает химической, тепловой, атомной. Она обусловливается потенциальной энергией взаимодействия составляющих тело частиц либо кинетической энергией их беспорядочного движения.

Энергия, полученная в результате изменения состояния движения материальных точек либо тел, называется кинетической. К кинетической энергии относятся тепловая энергия, обусловленная движением молекул, и механическая энергия движения тел.

Потенциальная энергия – это энергия, полученная в результате изменения взаимного расположения частей системы либо положения по отношению к другим телам. К потенциальной энергии относятся энергия масс, которые притягиваются по закону тяготения, химическая энергия и энергия положения однородных частиц.

Основным источником энергии является солнце. Под воздействием солнечных лучей хлорофилл, содержащийся в растениях, разлагает углекислый газ, полученный из воздуха, на углерод и кислород. Углерод накапливается в растениях.

За счет солнечной энергии получается и энергия воды. Солнечная энергия испаряет воду и поднимает пар в высокие слои атмосферы.

В результате различной степени нагревания солнцем земли в разных местах возникает ветер, который используется в ветряных двигателях.

Энергия, которая содержится в природных энергоресурсах может быть преобразована в механическую, электрическую, химическую. Такая энергия называется первичной.

Готовые работы на аналогичную тему

Традиционными видами первичной энергии являются:

органическое топливо – газ, нефть, уголь и т.д.
гидроэнергия
ядерное топливо – уран, торий и т.д.

Энергия, полученная в результате преобразования первичной, называется вторичной энергией. К ней относится электроэнергия, энергия горячей воды, папа и т.д.

В настоящее время разрабатываются методы по применению нетрадиционных источников энергии, к которым относятся энергия солнца, ветра, теплоты земли, энергия морских волн и приливов. Перечисленные источники энергии являются возобновляемыми, они экологически чисты, в процессе их использования не происходит загрязнения окружающей среды.

В процессе потребления энергии с снабжения ею потребителей выделяется пять стадий:

Получение энергетических ресурсов. Это добыча топлива и его обогащение, концентрация напоры воды при помощи сооружений гидротехники и т.д.
Передача добытых энергетических ресурсов к специальным установкам, которые преобразуют ее. Это осуществляется перевозками по суше и воде, а также передачей по трубопроводам газа, нефти, воды и т.д.
На этой стадии первичная энергия преобразуется во вторичную, которая наиболее оптимальна для конкретных условий. Чаще всего это электрическая и тепловая энергия.
Передача и распределение преобразованной энергии
Потребление энергии

Преобразование энергии

Преобразование энергии осуществляется с помощью различных энергетических преобразователей. Такими преобразователями являются специальные устройства, предназначенные для преобразования природной энергии в удобный для использования вид.

Одним из видов преобразователей, являющихся эффективными, выступают тепловые насосы. Они представляют собой устройство, напоминающее холодильник, у которого морозильная камера погружена в море.

Солнечные преобразователи энергии являются достаточно эффективными для некоторых районов земного шара. Солнечные преобразователи энергии используются для космических аппаратов. Энергии этих элементов достаточно для того, чтобы поддерживать работоспособность расположенных на космических аппаратах устройств.

Основной целью термоэмиссионного преобразования энергии является генерация электричества для использования в удаленных районах, в космосе и под водой. При разработке такого преобразователя возникает ряд проблем:

регулирование и поддержание необходимого вакуума
разработка коррозионностойкой оболочки корпуса преобразователя и другие.

Термоэмиссионные преобразователи хорошо сочетаются с атомным реактором. ТЭС, ГЭС, АЭС

Не все виды источников энергии являются удобными и могут использоваться. Самыми распространенными, удобными и доступными видами энергии являются нефть, газ, вода. Несколько десятилетий назад к ним добавилась еще атомная энергия.

Тепловые электростанции преобразуют тепловую энергию, выделяющуюся при сжигании топлива, в электрическую. Среди таких электростанций основную часть составляют паротурбинные электростанции. На них тепловая энергия используется в генераторе для получения пара высокого давления, который приводит в движение ротор паровой турбины, соединенный с ротором электрогенератора.

На гидроэлектростанциях энергия потока воды преобразуется в электрическую. Гидроэлектростанция состоит из цепи сооружений, концентрирующих потоки воды и создающих напор, и энергетического оборудования, которое осуществляет преобразование энергии напора воды в механическую, а механическая преобразуется в электрическую. Гидротехнические ресурсы. По сравнению с топливно-энергетическими, являются возобновляемыми.

На атомных электростанциях генератором энергии является атомный реактор. Атомные электростанции функционируют на ядерном горючем, запасы которого превышают запасы органического топлива.

При помощи ветроэнергетических установок происходит преобразование энергии ветра в электроэнергию. Среднегодовая скорость ветра во многих районах составляет 6 м/с, что позволяет эффективно использовать этот способ преобразования энергии.

Приливная энергетика использует энергию прилива Мирового океана. Недостатком этого способа является высокая стоимость сооружения и неравномерность выработки энергии.

Гелиоэнергетика использует солнечное излучения для преобразования ее в электрическую энергию. Для этого устанавливается солнечная батарея, основой которой являются фотоэлементы.

На геотермальных электростанциях преобразуется внутреннее тепло Земли в электричество. Для построения такой электростанции необходимы особе геологические условия, что ограничивает использование этого способа преобразования энергии.

Биоэнергетика использует переработку органических соединений – отходов и мусора – при помощи бактерий.

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Новосибирский Государственный Технический
Университет

Список литературы
Введение
Электрические машины разделяют по назначению на два основных вида: электрические генераторы и электрические двигатели. Генераторы предназначены для выработки электрической энергии, а электродвигатели — для приведения в движение колесных пар локомотивов, вращения валов вентиляторов,компрессоров и т. п.
В электрических машинах происходит процесс преобразования энергии. Генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую. Это означает, что для работы генератора надо вращать его вал каким-либо двигателем. На тепловозе, например, генератор приводят во вращение дизелем, на тепловой электростанции — паровой турбиной, на гидроэлектростанции — водяной турбиной.
Электрические двигатели,наоборот, преобразуют электрическую энергию в механическую. Поэтому для работы двигателя его надо соединить проводами с источником электрической энергии, или, как говорят, включить в электрическую сеть.
Принцип действия любой электрической машины основан на использовании явлений электромагнитной индукции и возникновения электромагнитных сил при взаимодействии проводников с током и магнитного поля. Этиявления имеют место при работе как генератора, так и электродвигателя. Поэтому часто говорят о генераторном и двигательном режимах работы электрических машин.
Во вращающихся электрических машинах в процессе преобразования энергии участвуют две основные части: якорь и индуктор со своими обмотками, которые перемещаются относительно друг друга. Индуктор создает в машине магнитное поле. В обмотке якоряиндуцируется э. д. с. и возникает электрический ток. При взаимодействии тока в обмотке якоря с магнитным полем создаются электромагнитные силы, посредством которых реализуется процесс преобразования энергии в машине
Электродвигатель
Электрические двигатели бывают постоянного и переменного Наиболее распространены электрические двигатели переменного тока. Они просты по устройству, неприхотливы в эксплуатации.Основной недостаток- практически не регулируемая частота вращения.
Электрические двигатели переменного тока изготавливают одно- и многофазными. Основные элементы таких двигателей - статор (неподвижная часть) и ротор (вращающаяся часть). Выпускаются электродвигатели с коротко замкнутыми обмотками ротора (типа беличьей клетки) и обмотками, выведенными на коллектор (систему контактных колец) и замыкающимисячерез регулируемые резисторы. Такие роторы называют фазными, а электродвигатели - электродвигателями с фазным ротором.
Электрические двигатели переменного тока применяют для привода рабочих машин различного назначения (насосы, деревообрабатывающие станки, дробилки и т. д.), не требующих регулирования частоты вращения. Выпускаются на мощности от 0, 2 до 200 и более киловатт.
Электродвигателипостоянного тока состоят из подвижной части (якоря) и неподвижной части (статора). Они выпускаются с параллельным, последовательным и смешанным соединением обмоток якоря и статора. Достоинством двигателей постоянного тока является способность регулировать частоту вращения, но они требуют значительных усилий при эксплуатации.

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

Содержание работы

Введение 3
Энергия солнца 5
Энергия ветра 8
Энергия воды 10
Геотермальная энергия 13
Энергия биомассы 15
Вторичные энергоресурсы 17
Атомная энергия 18
Производство, распрастранение и потребление электрической энергии 21
Заключение 28

Файлы: 1 файл

MINISTERSTVO_OBRAZOVANIYa_I_NAUKI_ROSSIJSKOJ_FED.docx

Электрическую энергию от источников к потребителям передают с помощью электрических сетей. В их состав входят все сооружения по передаче, преобразованию и распределению электрической энергии: трансформаторные подстанции, открытые и закрытые распределительные устройства, линии электропередачи. Электрические сети классифицируют: по виду тока — сети постоянного и переменного тока;по значению передавамого напряжения — сети низкого (до 1 кВ), среднего (от I до 35 кВ), высокого (от 35 до 400кВ) и сверхвысокого (свыше 400 кВ) напряжения; по назначению — межсистемные, магистральные и распределительные; по конструктивному исполнению — воздушные, кабельные, внутренние. Для передачи и распределения электрической энергии используют исключительно сети переменного тока с частотой 50 Гц, а в некоторых странах Азии и Америки-60 Гц. Межсистемные электрические сети (линии электропередачи— ЛЭП) служат для связи между отдельными электроэнергетическими системами, магистральные сети — для транспортировки энергии от электростанций к районным подстанциям, распределительные сети — для распределения электроэнергии между потребителями. Сооружение высоковольтных электрических сетей позволяет передавать электрическую энергию на большие расстояния при сравнительно небольших ее потерях. Потери мощности увеличиваются пропорционально квадрату силы тока. Передача больших мощностей при низком напряжении тока технически нецелесообразна и экономически невыгодна (надо увеличивать сечение проводов).Электрические сети для среднего, высокого и сверхвысокого напряжений выполняют трехфазными. Для сетей низкого напряжения принята схема с четырьмя проводами и с заземленной нейтралью. Таким образом, имеется возможность получать два напряжения: фазное 220 В для освещения и питания однофазных потребителей и линейное (межфазное) 380 В для силовых потребителей. Кроме того, наличие нулевого проводника обеспечивает электрическую безопасность потребителей. Воздушные линии электропередачи. Такие линии выполняют из неизолированных проводов , укрепленных на опорах с помощью изоляторов. На протяжении линии электропередачи изолятором служит воздух. Провода бывают одножильными, многожильными и специального профиля. Чаще всего используются многожильные проводники, такие проводники гибче и обладают большей механической прочностью. Провода специального профиля используют при сооружении контактных сетей электрического транспорта.Провода для электропередачи могут быть изготовлены из меди, алюминия, стали, а также из стали и алюминия. Медь — дефицитный материал, поэтому для проводов ее используют очень редко. Чаще всего применяют многожильные провода из стали и алюминия. Сердцевина такого провода стальная, а на нее навиты алюминиевые жилы. За счет этого получают хорошие электрическую проводимость (алюминий) и механическую прочность (сталь).Стальные провода используют преимущественно для защиты от молний и монтируют над фазными проводами в линиях электропередачи высокого и сверхвысокого напряжения. В линиях электропередачи с напряжением свыше 220 кВ используют пучки проводников: каждый фазный проводник состоит из нескольких параллельных многожильных проводов, расположенных на определенном расстоянии друг от друга (40—60 см) и связанных между собой специальными держателями (распорками).В населенных пунктах воздушные сети низкого напряжения выполняют со следующим расположением проводов: сверху устанавливают три фазных провода, иод ними нулевой провод , а снизу — провод для уличного освещения. Во многих случаях на том же столбе, но ниже, располагают еще два провода для радиотрансляционной сети. Опоры (столбы) в зависимости от материала, из которого они изготовлены, бывают деревянными, железобетонными и металлическими. Деревянные опоры используют весьма редко. Железобетонные опоры дешевле и служат дольше. Их применяют для линий электропередачи напряжением до 110 кВ. Металлические опоры делают решетчатыми из стальных профилей. На них выполняют линии электропередачи для высоких и сверхвысоких напряжений.Изоляторы изготовляют из фарфора или стекла. В зависимости от конструктивного выполнения они бывают закрепленными и висящими. Закрепленные изоляторы используют для напряжений до 35 кВ включительно. Для более высокого напряжения применяют висящие изоляторы, из которых сооружают изоляторные гирлянды (цепи). Число изоляторных элементов в одной гирлянде определяется напряжением линии электропередачи. Следует отметить, что с увеличением напряжения линий электропередачи уменьшается площадь земли, занимаемая трассой на единицу передаваемой мощности . На рисунке площадь прямоугольника соответствует максимальной пропускной мощности ЛЭП, а длина основания — ширине трассы Кабельные линии электропередачи. Линии электропередачи можно выполнять путем укладки кабелей в землю. Конструкция используемых кабелей определяется напряжением,числом и сечением жил, условиями работы. Токопроводящие жилы изготовляют из меди или алюминия. Кабели бывают одножильными и многожильными. В зависимости от числа жил различают одно-, двух-, трех- и четырехжильные кабели. Четырехжильные кабели используют в сетях низкого напряжения, причем одна из жил является нулевым проводом.В последние годы проводят интенсивную научно-исследовательскую работу по созданию и внедрению сверхпроводящих кабелей. Жилы этих кабелей, будучи охлажденными жидким гелием, водородом и др., находятся в состоянии сверхпроводимости. Используют также материалы, обладающие высокотемпературной сверхпроводимостью. Для кабельных линий электропередачи не требуются трассы, они не подвержены влиянию атмосферных явлений, удобны для городских условий и др. Однако они капиталоемки, а их повреждения труднее обнаружить.

Короткое замыкание в электрических сетях. Каждое непредусмотренное металлическое соединение между фазными проводниками, а при соединении в звезду с заземленной нейтралью — между фазным проводником и землей или между фазным и нулевым проводниками называют коротким замыканием. Причинами короткого замыкания могут быть нарушенная изоляция, порванные проводники, неправильные действия персонала и др. Ток, протекающий в этом случае, многократно превышает номинальный и приводит к большим перегревам и механическим нарушениям электрического оборудования. Для быстрого отключения линии при замыкании и для предохранения электрического оборудования от повреждений обязательно в начале каждой токопроводящей линии ставить защиту от максимального тока с помощью плавкого предохранителя, автоматических выключателей или реле максимального тока (в зависимости от конкретных требований).

Подстанции и распределительные устройства Преобразование (трансформацию) электрической энергии с более низкого на более высокое напряжение и наоборот, а также ее распределение осуществляют на подстанциях. Виды подстанций. В зависимости от назначения и места в электроэнергетической системе подстанции бывают: межсистемные — предназначены для связи между отдельными ЭС. Через них передают и на них преобразуют большие мощности электроэнергии сверхвысокого и высокого напряжения; районные — на них преобразуют сверхвысокие напряжения в высокие или высокие в средние напряжения для питания районных распределительных сетей; местные—для питания городских районов, городов или сел. На них преобразуют высокие или средние напряжения в более низкие (6, 10, 20 кВ); распределительные — для распределения электрической энергии. В них отсутствуют устройства для ее преобразования; трансформаторн ые — для преобразования средних напряжений в более низкие (380/220 В); преобразовательные — для преобразования переменного тока в постоянный или с другим значением напряжения (преимущественно для электрического транспорта). Их сооружают и в качестве конечных подстанций при переходе к линиям электропередачи постоянного тока.По способу строительства различают закрытые и открытые подстанции. При напряжении до 35 кВ их делают закрытыми, при напряжении свыше 35 кВ — открытыми. Закрытые подстанции дороже и сооружаются медленнее, но эксплуатационные условия в них лучше.

Основные сооружения. Основными сооружениями в подстанциях являются преобразующие и распределительные устройства.Преобразующими устройствами являются трансформаторы, выпрямители тока, инверторы (устройства, преобразующие постоянный ток в переменный — процесс, обратный выпрямлению тока) и преобразователи частоты. Распределительные устройства — это совокупность сооружений, предназначенных для приема и распределении электроэнергии: шины, выключатели, разъединители и др.Для различных по значению напряжений сооружают отдельные распределительные устройства.Число и мощность трансформаторов на подстанции зависят от электрических нагрузок и от требований безопасной эксплуатации. Часто подстанции сооружают с двумя трансформаторами и более, работающими параллельно. В зависимости от требований по непрерывности питания всех потребителей подразделяют на три категории: первую, вторую и третью. Питание электроэнергией потребителей первой и второй категорий осуществляют от двух или более независимых источников или отдельных трансформаторов.Небольшие трансформаторные посты для питания потребителей третьей категории выполняют с одним трансформатором. Из схемы видна последовательность соединения электрических устройств. Питание осуществляется воздушной линией электропередачи.Вентильные разрядники служат для предохранения сооружений трансформаторного поста от перенапряжений.Через разъединитель трансформатор можно отключить со стороны высокого напряжения. Защита от перегрузок и коротких замыканий осуществлена с помощью плавких предохранителей. В распределительном щите низкого напряжения смонтирована коммутационная и измерительная аппаратура. От щита отводят три вывода для питания потребителей

Расчет электрических нагрузок. выбор аппаратов и токопроводящих элементов

Электрической нагрузкой называют мощность, которую электрическое устройство или отдельный потребитель получает от сети, для электростанций — генерируемая ими мощность. Знать электрическую нагрузку необходимо, чтобы рассчитывать и выбирать аппараты и токопроводящие элементы для использования их в электрических устройствах (аппаратах для управления и защиты, трансформаторах, проводниках, кабелях и др.). Как правило, электрическая нагрузка не является постоянной. Чтобы представить ее изменение во времени строят графики нагрузки. Для определения нагрузок в действующих устройствах используют измерительные устройства. При проектировании новых предприятий нагрузки определяют вычислительными методами, а аппараты и токопроводящие элементы выбирают на основании расчетной нагрузки. Для отдельного потребителя расчетной нагрузкой является его номинальная мощность. Для группы потребителей сумму их номинальных мощностей, называемую установленной мощностью, нельзя приравнивать к расчетной, так как не все они работают одновременно и с номинальной нагрузкой. В этом случае расчетная нагрузка определяется на базе реальной электрической нагрузки с использованием расчетных методов. Условия выбора аппаратов и токопроводящих элементов бывают общими и специфическими. Общие условия справедливы для всех устройств, специфические— только для определенных аппаратов и токопроводящих элементов.

Большинство условий выбора аппаратов и токопроводящих элементов записывают в виде неравенства. Когда техническая характеристика аппарата не совпадает с расчетным значением, то выбирают аппарат с последующим большим номинальным значением. Наиболее важные общие условия, которые следует соблюдать при выборе аппаратов токопроводящих элементов: 1. Номинальное напряжение аппарата должно соответствовать номинальным напряжению сети: 2. Номинальный ток аппарата должен быть равен или больше расчетного: Это условие называют выбором по допустимому нагреву, так как от него зависит, насколько будут нагреваться аппараты и токопроводящие элементы. В общие условия входит и вид монтажа (на открытом воздухе, в закрытом помещении), состояние окружающей среды (нормальная, влажная, пожароопасная, взрывоопасная) и др. Специфические условия более многочисленны, так как они могут быть различны для различных видов электрических устройств. Так, при выборе аппаратов для высокого напряжения учитывают тепловое и динамическое воздействие токов короткого замыкания и другие дополнительные условия. При выборе аппаратов для низкого напряжения проверка на динамическую устойчивость не требуется. Выбор предохранителей. Самыми распространенными аппаратами защиты от перегрузок и короткого замыкания в электрических устройствах низкого напряжения являются плавкие предохранители. Их устройство достаточно простое, они надежны и недороги. Их выбирают, соблюдая следующие условия:1. Защищаемая цепь не должна прерываться при нормальном режиме работы.2. Защищаемая цепь не должна прерываться в пусковом режиме. Так как для электродвигателей и ряда других потребителей пусковой ток в несколько раз больше номинального, то, чтобы плавкие вставки не расплавлялись, во время пуска должно соблюдаться условие. При определении сечения кабелей большой длины наиболее важно соблюсти условие допустимой потери напряжения

Свет — это электромагнитное излучение. Источниками света называют устройства, излучающие электромагнитные волны видимого спектра — от 0,38 до 0,77 мм. Эти источники можно подразделить на две основные группы: естественные и искусственные. Самым важным естественным источником света является Солнце. Когда отсутствует естественное освещение или оно недостаточно, используют искусственные источники света. В качестве таких источников служат лампы накаливания и газоразрядные лампы. Лампы накаливания. Источником света в лампе накаливания является тепловая энергия нагретой вольфрамовой спирали. Для уменьшения интенсивности процесса окисления и распыления спирали лампы выполняют либо вакуумными, либо с колбами заполненными инертным газом аргоном, криптоном и др.Лампы накаливания просты по устройству и в эксплуатации, дешевы, не нуждаются в применении специальной пусковой аппаратуры. Их существенный недостаток — отличие спектра создаваемого света от дневного и малая светоотдача. Средняя продолжительность службы таких ламп около 1000 Ч. Люминесцентные лампы. Люминесцентные лампы светятся в результате электрического разряда в газовой среде. Они получили наиболее широкое распространение наряду с ртутными. Люминесцентные лампы представляют собой стеклянную трубку, внутренние стенки которой покрыты люминофором.

Взаимодействуя с люминофором, ультрафиолетовое излучение преобразуется в видимый свет. Для того чтобы уменьшить распыление электроды и облегчить возникновение электрического разряда, трубку заполняют инертным газом (аргоном) или небольшим количеством ртути. Помимо люминесцентных в качестве источников света широко используют ртутные, металлогалогенные и натриевые лампы. Осветительные устройства. Для эффективного и качественного выполнения осветительных устройств источники света обычно используются не самостоятельно, а в сочетании с осветительными телами, которые перераспределяют световой поток источника света, направляют его в нужную сторону, предохраняют глаза человека от прямого потока света и защищают лампу от механических, а также атмосферных воздействий и пыли. Схемы подключения осветительных устройств зависят от числа ламп в одном, либо в одновременно включаемых устройствах, а также от числа мест включения и выключения. Для различных способов включения применяют разные типы выключателей. Электрические линии отходят от щитов и бывают питающими, групповыми и выводными. Питающие линии связывают данный щит с внешней электрической сетью или групповыми щитами. Групповые линии, групповые щиты непосредственно с приемниками электроэнергии. Выводные служат для подсоединения к контактам н лампам (осветительным устройствам ).На фазных проводниках питающих и групповых линий обязательно устанавливают предохранители, автоматические выключатели. На нулевом проводнике предохранители не устанавливают. Питание электрических устройств ,в жилых и производственных зданиях осуществляют от распределительной сети с напряжением 380/220 В.

Заключение

Имеющиеся в природе ресурсы, используются человеком для получения энергии только после преобразований к виду, удобному для практического применения. Поэтому актуальны создание новых методов и средств получения и преобразования различных видов энергии в электрическую, разработка новых способов передачи электрической энергии и их использование в различных стационарных и подвижных установках.

Читайте также: