по физика

на тема "Производство, пренос и използване на електрическа енергия"

Учениците от 11 клас А

MOU училище номер 85

Катрин.

Абстрактен план.

Въведение.

1. Производство на електроенергия.

1. видове електроцентрали.

2. алтернативни източници на енергия.

2. Предаване на мощност.

трансформатори.

3. Използване на електроенергия.

Въведение.

Раждането на енергията се случи преди няколко милиона години, когато хората се научиха да използват огъня. Огънят им давал топлина и светлина, бил източник на вдъхновение и оптимизъм, оръжие срещу врагове и диви животни, лек, помощник в земеделието, хранителен консервант, технологичен инструмент и др.

Красивият мит за Прометей, който даде на хората огън, се появи в Древна Гърциямного по-късно в много части на света бяха усвоени методи за доста сложно боравене с огън, неговото производство и гасене, опазване на огъня и рационално използване на гориво.

В продължение на много години огънят се поддържаше чрез изгаряне на растителни енергийни източници (дърва, храсти, тръстика, трева, сухи водорасли и др.), а след това беше открито, че е възможно да се използват изкопаеми вещества за поддържане на огъня: въглища, нефт , шисти, торф.

Към днешна дата енергията остава основният компонент на човешкия живот. Това дава възможност за създаване на различни материали, е един от основните фактори за развитието на нови технологии. Просто казано, без овладяване на различни видове енергия, човек не е в състояние да съществува пълноценно.

Производство на електроенергия.

Видове електроцентрали.

ТЕЦ (ТЕЦ), електроцентрала, която генерира електроенергия в резултат на преобразуване на топлинна енергия, отделена при изгарянето на изкопаеми горива. Първите ТЕЦ се появяват в края на 19 век и са предимно разпространени. В средата на 70-те години на 20 век ТЕЦ-овете са основният тип електроцентрали.

В топлоелектрическите централи химическата енергия на горивото се преобразува първо в механична, а след това в електрическа. Горивото за такава електроцентрала може да бъде въглища, торф, газ, нефтени шисти, мазут.

Топлоелектрическите централи се делят на кондензация(IES), предназначени да генерират само електрическа енергия, и комбинирани топлоелектрически централи(CHP), произвеждащи освен електрическа топлинна енергия под формата на гореща вода и пара. Големите IES с областно значение се наричат ​​държавни районни електроцентрали (GRES).

Най-простата принципна схема на IES, работеща с въглища, е показана на фигурата. Въглищата се подават в горивния бункер 1, а от него - в трошачната инсталация 2, където се превръщат в прах. Въглищният прах влиза в пещта на парогенератора (парния котел) 3, който има система от тръби, в които циркулира химически пречистена вода, наречена захранваща вода. В котела водата се нагрява, изпарява се и получената наситена пара се довежда до температура от 400-650 ° C и под налягане от 3-24 MPa навлиза в парната турбина 4 през паропровода. параметрите зависят от мощността на агрегатите.

Топлинните кондензационни електроцентрали имат ниска ефективност (30-40%), тъй като по-голямата част от енергията се губи с димните газове и охлаждащата вода на кондензатора. Изгодно е изграждането на ИЕС в непосредствена близост до местата за добив на гориво. В същото време потребителите на електроенергия могат да бъдат разположени на значително разстояние от станцията.

комбинирана топлоелектрическа централасе различава от кондензационната станция със специална турбина за извличане на топлина, инсталирана върху нея с извличане на пара. В ТЕЦ една част от парата се използва изцяло в турбината за генериране на електричество в генератора 5 и след това влиза в кондензатора 6, а другата част, която има висока температура и налягане, се взема от междинния етап на турбина и се използва за доставка на топлина.Кондензатът се изпомпва 7 през деаератора 8 и след това се захранва от захранващата помпа 9 се подава в парогенератора. Количеството добита пара зависи от нуждите на предприятията от топлинна енергия.

Ефективността на CHP достига 60-70%. Такива станции обикновено се изграждат в близост до потребители - промишлени предприятия или жилищни райони. Най-често работят на вносно гориво.

Термоцентрали с газова турбина(GTPS), пара-газ(PGPP) и дизелови заводи.

Газът се изгаря в горивната камера на GTPP или течно гориво; продуктите от горенето с температура 750-900 ºС влизат в газовата турбина, която върти електрическия генератор. Ефективността на такива топлоелектрически централи обикновено е 26-28%, мощността е до няколкостотин MW . GTPP обикновено се използват за покриване на пикови електрически натоварвания. Ефективността на SGPP може да достигне 42 - 43%.

Най-икономични са големите термични паротурбинни електроцентрали (накратко ТЕЦ). Повечето ТЕЦ у нас използват като гориво въглищен прах. Необходими са няколкостотин грама въглища, за да се генерира 1 kWh електроенергия. В парния котел над 90% от енергията, отделена от горивото, се прехвърля на пара. В турбината кинетичната енергия на парните струи се предава на ротора. Валът на турбината е твърдо свързан с генератора на вала.

Съвременните парни турбини за топлоелектрически централи са много модерни, високоскоростни, високоикономични машини с дълъг експлоатационен живот. Тяхната мощност във версията с бойна глава достига 1 милион 200 хиляди kW и това не е границата. Такива машини винаги са многостепенни, т.е. обикновено имат няколко десетки дискове с работещи лопатки и същия брой пред всеки диск групи дюзи, през които тече струя пара. Налягането и температурата на парата постепенно намаляват.

От курса на физиката е известно, че ефективността на топлинните двигатели се увеличава с повишаване на началната температура на работния флуид. Поради това парата, влизаща в турбината, се довежда до високи параметри: температурата е почти до 550 ° C, а налягането е до 25 MPa. Ефективността на ТЕЦ достига 40%. По-голямата част от енергията се губи с горещата отпадъчна пара.

водноелектрическа станция (ВЕЦ), комплекс от конструкции и оборудване, чрез които енергията на водния поток се преобразува в електрическа енергия. HPP се състои от последователна верига хидротехнически съоръжения,осигуряване на необходимата концентрация на водния поток и създаване на налягане и енергийно оборудване, което преобразува енергията на водата, движеща се под налягане, в механична енергия на въртене, която от своя страна се преобразува в електрическа енергия.

Напор ВЕЦ се създава от концентрацията на спада на реката в използваната площ от язовира, или извеждане,или язовир и деривация заедно. Основното енергийно оборудване на водноелектрическата централа е разположено в сградата на водноелектрическата централа: в машинната зала на електроцентралата - хидравлични агрегати,спомагателно оборудване, устройства за автоматично управление и наблюдение; в централния контролен пост - конзолата за оператор-диспечер или оператор на водноелектрическа централа.Подсилване трафопостразположени както в сградата на електроцентралата, така и в отделни сгради или на открити площи. Разпределителни апаратичесто се намират на открито. Сградата на електроцентралата може да бъде разделена на секции с един или повече агрегати и спомагателно оборудване, отделени от съседните части на сградата. В сградата на ВЕЦ или вътре в него се създава монтажна площадка за монтаж и ремонт на различно оборудване и за спомагателни операции по поддръжка на ВЕЦ.

Инсталиран капацитет (в MW)прави разлика между водноелектрическите централи мощен(Св. 250), среден(до 25) и малък(до 5). Мощността на водноелектрическата централа зависи от налягането (разликата между нивата на горния и долния басейн ), скоростта на потока на водата, използвана в хидравличните турбини, и ефективността на хидравличния агрегат. Поради редица причини (например поради сезонни промени в нивото на водата в резервоарите, променливост на натоварването на електроенергийната система, ремонт на водноелектрически агрегати или хидротехнически съоръжения и др.), Напорът и потокът на водата са постоянно промяна и в допълнение дебитът се променя при регулиране на мощността на ВЕЦ. Различават се годишни, седмични и дневни цикли на режим на работа на ВЕЦ.

Според максимално използваното налягане ВЕЦ се делят на високо налягане(повече от 60 м), средно налягане(от 25 до 60 м)И ниско налягане(от 3 до 25 м).На равнинните реки налягането рядко надвишава 100 м,в планински условия през язовира е възможно да се създадат налягания до 300 ми повече, а с помощта на деривация - до 1500 м.Подразделението на водноелектрическата централа според използваното налягане е приблизително, условно.

Според схемата за използване на водните ресурси и концентрацията на налягане ВЕЦ обикновено се разделят на канал, близо до язовир, отклонителна помпа и отклоняване без налягане, смесено, помпено съхранениеИ приливна.

В каналните и язовирните водноелектрически централи налягането на водата се създава от язовир, който блокира реката и повишава нивото на водата в горното течение. В същото време някои наводнения на долината на реката са неизбежни. Отточните и крайязовирните ВЕЦ се изграждат както на ниско разположени пълноводни реки, така и на планински реки, в тесни компресирани долини. Отточните ВЕЦ се характеризират с напори до 30-40 м.

При по-високи налягания се оказва непрактично пренасянето на хидростатичното водно налягане към сградата на ВЕЦ. В този случай типът язовирВодноелектрическата централа, в която фронтът на налягането е блокиран от язовир навсякъде, сградата на водноелектрическата централа се намира зад язовира, в непосредствена близост до долното течение.

Друг вид оформление близо до язовираВодноелектрическата централа отговаря на планински условия с относително ниски речни течения.

IN деривационенВодноелектрическа концентрация на падането на реката се създава чрез деривация; водата в началото на използвания участък на реката се отвежда от речното русло по водопровод, с наклон значително по-малък от средния наклон на реката в този участък и с изправяне на чупките и завоите на руслото. Краят на деривацията се извежда до мястото на сградата на ВЕЦ. Отпадъчните води или се връщат в реката, или се подават към следващата отклонителна ВЕЦ. Извличането е полезно, когато наклонът на реката е голям.

Особено място сред ВЕЦ заемат помпено-акумулиращи електроцентрали(PSPP) и приливни електроцентрали(ПЕС). Изграждането на помпено-акумулираща централа се дължи на нарастващото търсене на върхова мощност в големите енергийни системи, което определя необходимия генериращ капацитет за покриване на пиковите натоварвания. Способността на PSP да акумулира енергия се основава на факта, че свободната електрическа енергия в електроенергийната система за определен период от време се използва от блоковете на PSP, които, работейки в режим на помпа, изпомпват вода от резервоара в горен басейн за съхранение. По време на пикове на натоварване натрупаната енергия се връща в електроенергийната система (водата от горния басейн навлиза в напорния тръбопровод и завърта хидравличните агрегати, работещи в режим на текущ генератор).

PES преобразуват енергията на морските приливи и отливи в електрическа енергия. Електрическата енергия на приливните водноелектрически централи, поради някои характеристики, свързани с периодичния характер на приливите, може да се използва в енергийните системи само заедно с енергията на регулиращите електроцентрали, които компенсират прекъсванията на захранването на приливните електроцентрали през деня или месеци.

Най-важната характеристика на хидроенергийните ресурси в сравнение с горивните и енергийните ресурси е тяхното непрекъснато обновяване. Следователно изграждането на водноелектрически централи, въпреки значителните, специфични капитални инвестиции на 1 kWинсталираният капацитет и дългите периоди на строителство са били и са от голямо значение, особено когато е свързано с местоположението на индустрии с интензивно електричество.

Атомна електроцентрала (АЕЦ), електроцентрала, в която атомната (ядрена) енергия се преобразува в електрическа. Генераторът на енергия в атомната електроцентрала е ядрен реактор. Топлината, която се отделя в реактора в резултат на верижна реакция на делене на ядрата на някои тежки елементи, след това, точно както в конвенционалните топлоелектрически централи (ТЕЦ), се превръща в електричество. За разлика от топлоелектрическите централи, работещи с изкопаеми горива, атомните електроцентрали работят на ядрено гориво(основно 233U, 235U, 239Pu) Установено е, че световните енергийни ресурси на ядрено гориво (уран, плутоний и др.) Значително надвишават енергийните ресурси на природните запаси от органично гориво (нефт, въглища, природен газ и др.). ). Това открива широки перспективи за задоволяване на бързо нарастващото търсене на гориво.Освен това е необходимо да се вземе предвид непрекъснато нарастващото потребление на въглища и нефт за технологични цели на световната химическа индустрия, която се превръща в сериозен конкурент на топлинната енергия. електроцентрали. Въпреки откриването на нови находища на органично гориво и усъвършенстването на методите за неговото производство, в света се наблюдава тенденция към относително увеличение на цената му. Това създава най-трудните условия за страните с ограничени запаси от изкопаеми горива. Очевидна е необходимостта от бързо развитие на ядрената енергетика, която вече заема видно място в енергийния баланс на редица индустриални страни по света.

Принципна схема на атомна електроцентрала с ядрен реактор с водно охлаждане е показана на фиг. 2. Топлина, генерирана в сърцевинареактор антифриз,се поема от вода от 1-ви кръг, която се изпомпва през реактора с циркулационна помпа.Нагрятата вода от реактора постъпва в топлообменника (парогенератора) 3, където пренася получената в реактора топлина към водата от 2-ри кръг. Водата от 2-ри кръг се изпарява в парогенератора и се образува пара, която след това влиза в турбината 4.

Най-често в атомните електроцентрали се използват 4 типа реактори с топлинни неутрони:

1) вода-вода с обикновена вода като модератор и охлаждаща течност;

2) графитно-воден с воден охладител и графитен модератор;

3) тежка вода с воден охладител и тежка вода като модератор;

4) графито - газ с газов охладител и графитен модератор.

Изборът на преобладаващо използвания тип реактор се определя основно от натрупания опит в реактора носител, както и наличието на необходимото индустриално оборудване, суровини и др.

Реакторът и неговите поддържащи системи включват: самия реактор с биологична защита , топлообменници, помпи или газонагнетателни инсталации, които циркулират охлаждащата течност, тръбопроводи и арматура за циркулация на веригата, устройства за презареждане на ядрено гориво, системи за специална вентилация, аварийно охлаждане и др.

За да защити персонала на атомната електроцентрала от излагане на радиация, реакторът е заобиколен от биологична защита, основният материал за която са бетон, вода, змийски пясък. Оборудването на веригата на реактора трябва да бъде напълно запечатано. Предвидена е система за наблюдение на местата на евентуално изтичане на топлоносител, взети са мерки появата на течове и прекъсвания във веригата да не доведат до радиоактивни емисии и замърсяване на територията на АЕЦ и околностите. Радиоактивният въздух и малко количество изпарения на охлаждащата течност, поради наличието на течове от веригата, се отстраняват от необслужваните помещения на АЕЦ чрез специална вентилационна система, в която, за да се изключи възможността от атмосферно замърсяване, пречиствателни филтри и задържане предвидени са газголдери. Службата за дозиметричен контрол следи за спазването на правилата за радиационна безопасност от персонала на АЕЦ.

Наличието на биологична защита, специални системи за вентилация и аварийно охлаждане, както и служба за дозиметричен контрол позволяват напълно да се защити персоналът по поддръжката на АЕЦ от вредното въздействие на радиоактивното облъчване.

Атомните централи, които са най-много модерен виделектроцентралите имат редица значителни предимства пред другите видове електроцентрали: при нормални условия на работа те абсолютно не замърсяват заобикаляща среда, не изискват обвързване с източника на суровини и съответно могат да бъдат поставени почти навсякъде. Новите енергийни блокове имат мощност, почти равна на мощността на средна водноелектрическа централа, но коефициентът на използване на инсталираната мощност в атомните електроцентрали (80%) значително надвишава този показател във водноелектрическите централи или топлоелектрическите централи.

Практически няма съществени недостатъци на атомните електроцентрали при нормални условия на работа.Невъзможно е обаче да не се забележи опасността от атомни електроцентрали в случай на възможни форсмажорни обстоятелства: земетресения, урагани и др.- тук стари модели енергийни блокове представляват потенциална опасност от радиационно замърсяване на територии поради неконтролирано прегряване на реактора.

Алтернативни източници на енергия.

Енергия на слънцето.

Напоследък интересът към проблема с използването на слънчевата енергия се увеличи драстично, тъй като потенциалът за енергия, базиран на използването на пряка слънчева радиация, е изключително висок.

Най-простият колектор на слънчева радиация е почернял метален (обикновено алуминиев) лист, вътре в който има тръби, в които циркулира течност. Загрята от слънчева енергия, погълната от колектора, течността се подава за директна употреба.

Слънчевата енергия е един от най-материалоемките видове производство на енергия. Мащабното използване на слънчевата енергия води до огромно увеличение на необходимостта от материали и следователно от трудови ресурси за добив на суровини, тяхното обогатяване, производство на материали, производство на хелиостати, колектори, друго оборудване, и тяхното транспортиране.

Засега електрическата енергия, генерирана от слънчевите лъчи, е много по-скъпа от тази, получена по традиционните методи. Учените се надяват, че експериментите, които ще проведат в пилотни заводи и станции, ще помогнат за решаването не само на технически, но и на икономически проблеми.

Вятърна енергия.

Движеща се огромна енергия въздушни маси. Запасите от вятърна енергия са повече от сто пъти по-големи от запасите от водна енергия на всички реки на планетата. Ветровете духат постоянно и навсякъде по земята. Климатични условияпозволяват развитието на вятърна енергия в обширна област.

Днес вятърните двигатели покриват само една хилядна от световните енергийни нужди. Ето защо конструкторите на самолети, които могат да изберат най-подходящия профил на лопатките и да го изследват в аеродинамичен тунел, участват в създаването на конструкции на вятърни колела – сърцето на всяка вятърна електроцентрала. Благодарение на усилията на учени и инженери е създадено голямо разнообразие от дизайни на съвременни вятърни турбини.

Земна енергия.

От древни времена хората са знаели за стихийните прояви на гигантската енергия, която се крие в подземното кълбо. Паметта на човечеството пази легенди за катастрофални вулканични изригвания, взели милиони жертви човешки животипроменили до неузнаваемост облика на много места по Земята. Силата на изригването дори на сравнително малък вулкан е колосална, тя е многократно по-голяма от мощността на най-големите електроцентрали, създадени от човешки ръце. Вярно е, че няма нужда да говорим за прякото използване на енергията на вулканичните изригвания, засега хората нямат възможност да обуздаят този непокорен елемент.

Енергията на Земята е подходяща не само за отопление на помещения, както е в Исландия, но и за производство на електричество.Електроцентралите, използващи горещи подземни източници, работят от дълго време. Първата такава електроцентрала, все още доста ниска мощност, е построена през 1904 г. в малкото италианско градче Лардерело. Постепенно капацитетът на електроцентралата нараства, влизат в експлоатация все нови и нови блокове, използват се нови източници на топла вода и днес мощността на централата вече достига внушителната стойност от 360 хиляди киловата.

Предаване на мощност.

Трансформърс.

Закупили сте хладилник ZIL. Продавачът ви предупреди, че хладилникът е проектиран за мрежово напрежение от 220 V. Имате ли мрежово напрежение от 127 V във вашата къща. Въобще не. Просто трябва да направите допълнителни разходи и да закупите трансформатор.

Трансформатор- много просто устройство, което ви позволява както да увеличавате, така и да намалявате напрежението. AC преобразуването се извършва с помощта на трансформатори. За първи път трансформатори са използвани през 1878 г. от руския мъченик П. Н. Яблочков за захранване на изобретените от него „електрически свещи“, нов източник на светлина по това време. Идеята на П. Н. Яблочков е разработена от И. Ф. Усагин, служител на Московския университет, който проектира подобрени трансформатори.

Трансформаторът се състои от затворена желязна сърцевина, върху която са поставени две (понякога повече) намотки с жични намотки (фиг. 1). Една от намотките, наречена първична намотка, е свързана към източник на променливо напрежение. Втората намотка, към която е свързан "товарът", т.е. устройства и устройства, които консумират електроенергия, се нарича вторична.

Фиг.1 Фиг.2

Схемата на устройството на трансформатор с две намотки е показана на фигура 2, а конвенционалното обозначение, прието за него, е на фигура. 3.

Действието на трансформатора се основава на явлението електромагнитна индукция. Когато променлив ток преминава през първичната намотка, в желязното ядро ​​се появява променлив магнитен поток, който възбужда индукционната ЕМП във всяка намотка.Освен това, моментната стойност на индукционната ЕМП дVвсяко завъртане на първичната или вторичната намотка съгласно закона на Фарадей се определя по формулата:

e = -Δ Ж/Δ T

Ако Е= Ф0сosωt, тогава

e = ω Ф0гряхω T, или

e =дгряхω T,

Където д\u003d ω Ф0 - амплитудата на ЕМП в един завой.

В първичната намотка като n1обороти, обща индукционна емф д1 е равно на p1e.

Във вторичната намотка има обща емф. д2е равно на p2e,Където p2е броят на навивките на тази намотка.

Оттук следва, че

д1 e2 = p1p2. (1)

Размер на напрежението u1 , приложен към първичната намотка и ЕМП д1 трябва да бъде равен на спада на напрежението в първичната намотка:

u1 + д1 = аз1 Р1 , Където Р1 е активното съпротивление на намотката и аз1 е течението в него. Това уравнение следва пряко от общото уравнение. Обикновено активното съпротивление на намотката е малко и срокът аз1 Р1 може да се пренебрегне. Ето защо

u1 ≈ -д1 . (2)

Когато вторичната намотка на трансформатора е отворена, токът не протича в нея и има връзката:

u2 ≈ - д2 . (3)

Тъй като моментните стойности на ЕМП д1 И д2 промяна на фазата, тогава съотношението им във формула (1) може да бъде заменено със съотношението на ефективните стойности д1 Ид2 тези ЕМП или, като се вземат предвид равенствата (2) и (3), съотношението на ефективните стойности на напреженията U 1 и ти 2 .

U 1 /U 2 = д1 / д2 = н1 / н2 = к. (4)

Стойност кнаречен коефициент на трансформация. Ако к>1, тогава трансформаторът е понижаващ, с к<1 - повишаване на.

Когато веригата на вторичната намотка е затворена, в нея протича ток. Тогава връзката u2 ≈ - д2 вече не е удовлетворен точно и съответно връзката между У 1 и ти 2 става по-сложно, отколкото в уравнение (4).

Според закона за запазване на енергията мощността в първичната верига трябва да бъде равна на мощността във вторичната верига:

U 1 аз1 = U 2 аз2, (5)

Където аз1 И аз2 - ефективните стойности на силата в първичната и вторичната намотка.

Оттук следва, че

U 1 /U 2 = аз1 / аз2 . (6)

Това означава, че увеличавайки няколко пъти напрежението с помощта на трансформатор, ние намаляваме тока със същия брой пъти (и обратно).

Поради неизбежните загуби на енергия поради генериране на топлина в намотките и желязното ядро, уравнения (5) и (6) са приблизително изпълнени. Въпреки това, в съвременните трансформатори с висока мощност общите загуби не надвишават 2-3%.

В ежедневната практика често трябва да се справяте с трансформатори. В допълнение към тези трансформатори, които използваме волю-неволю поради факта, че индустриалните устройства са предназначени за едно напрежение, а друго се използва в градската мрежа, освен тях трябва да се занимаваме с автомобилни макари. Бобината е повишаващ трансформатор. За да се създаде искра, която запалва работната смес, е необходимо високо напрежение, което получаваме от акумулатора на автомобила, като преди това сме превърнали постоянния ток на акумулатора в променлив ток с помощта на прекъсвач.Лесно е да се разбере, че до загубата на енергия, използвана за загряване на трансформатора, токът намалява с увеличаване на напрежението и обратно.

Заваръчните машини изискват понижаващи трансформатори. Заваряването изисква много големи токове, а трансформаторът на заваръчната машина има само един изходен оборот.

Вероятно сте забелязали, че сърцевината на трансформатора е направена от тънки листове стомана. Това се прави, за да не се губи енергия при преобразуване на напрежението. В листов материал вихровите токове ще играят по-малка роля, отколкото в непрекъснатия.

Вкъщи се занимавате с малки трансформатори. Що се отнася до мощните трансформатори, те са огромни структури. В тези случаи сърцевината с намотките се поставя в резервоар, пълен с охлаждащо масло.

Предаване на мощност

Консуматорите на електроенергия са навсякъде. Произвежда се на относително малко места в близост до източници на гориво и водни ресурси. Следователно има нужда от пренос на електричество на разстояния, понякога достигащи стотици километри.

Но преносът на електроенергия на големи разстояния е свързан със значителни загуби. Факт е, че преминавайки през електропроводи, токът ги загрява. В съответствие със закона на Джаул-Ленц енергията, изразходвана за нагряване на проводниците на линията, се определя по формулата

където R е съпротивлението на линията. При дълга линия преносът на електроенергия може да стане като цяло икономически неизгоден. За да намалите загубите, можете, разбира се, да следвате пътя за намаляване на съпротивлението R на линията чрез увеличаване на площта на напречното сечение на проводниците. Но за да се намали R, например, с коефициент 100, масата на жицата също трябва да се увеличи с коефициент 100. Ясно е, че не може да се допусне такъв голям разход на скъпи цветни метали, да не говорим за трудностите при фиксиране на тежки проводници на високи мачти и т.н. Следователно загубите на енергия в линията се намаляват по друг начин: чрез намаляване на тока в линията. Например, намаляването на тока с коефициент 10 намалява количеството топлина, отделена в проводниците, 100 пъти, т.е. постига се същият ефект като при стократно претегляне на проводника.

Тъй като текущата мощност е пропорционална на произведението от силата на тока и напрежението, за да се поддържа предаваната мощност, е необходимо да се увеличи напрежението в преносната линия. Освен това, колкото по-дълъг е електропроводът, толкова по-изгодно е да се използва по-високо напрежение.Така, например, във високоволтовия електропровод Волжская ВЕЦ - Москва се използва напрежение от 500 kV. Междувременно генераторите за променлив ток се изграждат за напрежения, които не надвишават 16-20 kV, тъй като по-високото напрежение би изисквало приемането на по-сложни специални мерки за изолиране на намотките и другите части на генераторите.

Ето защо в големи електроцентрали се инсталират повишаващи трансформатори. Трансформаторът увеличава напрежението в линията толкова, колкото намалява тока. Загубите на мощност са малки.

За директно използване на електроенергия в двигателите на електрическото задвижване на машините, осветителната мрежа и за други цели напрежението в краищата на линията трябва да се намали. Това се постига с помощта на понижаващи трансформатори. Освен това обикновено намаляването на напрежението и съответно увеличаването на силата на тока се извършва на няколко етапа. На всеки етап напрежението намалява, територията, покрита от електрическата мрежа, се разширява. Схемата за пренос и разпределение на електроенергия е показана на фигурата.

Електрически централи в редица райони на страната са свързани с високоволтови електропроводи, образуващи обща електропреносна мрежа, към която са присъединени потребителите. Такава асоциация се нарича енергийна система. Енергийната система осигурява непрекъснато снабдяване с енергия на потребителите, независимо от местоположението им.

Използване на електроенергия.

Използването на електроенергия в различни области на науката.

Двадесети век се превърна във век, в който науката нахлува във всички сфери на обществото: икономика, политика, култура, образование и др. Естествено, науката пряко влияе върху развитието на енергетиката и обхвата на електроенергията. От една страна, науката допринася за разширяване на обхвата на електрическата енергия и по този начин увеличава нейното потребление, но от друга страна, в епоха, когато неограниченото използване на невъзобновяеми енергийни ресурси представлява опасност за бъдещите поколения, развитието на енергоспестяващите технологии и тяхното прилагане стават актуални задачи на науката.

Нека разгледаме тези въпроси на конкретни примери. Около 80% от растежа на БВП (брутен вътрешен продукт) в развитите страни се постига чрез технически иновации, повечето от които са свързани с използването на електроенергия. Всичко ново в индустрията, селското стопанство и ежедневието идва при нас благодарение на новите разработки в различни клонове на науката.

Повечето от научните разработки започват с теоретични изчисления. Но ако през деветнадесети век тези изчисления са правени с помощта на писалка и хартия, то в епохата на научната и технологична революция (научно-техническа революция) се извършват всички теоретични изчисления, подбор и анализ на научни данни и дори езиков анализ на литературни произведения използване на компютри (електронни компютри), които работят с електрическа енергия, най-удобни за нейното предаване на разстояние и използване. Но ако компютрите първоначално са били използвани за научни изчисления, сега компютрите са оживели от науката.

Сега те се използват във всички сфери на човешката дейност: за записване и съхраняване на информация, създаване на архиви, подготовка и редактиране на текстове, извършване на рисунки и графични работи, автоматизиране на производството и селското стопанство. Електронизацията и автоматизацията на производството са най-важните последици от "втората индустриална" или "микроелектронна" революция в икономиките на развитите страни. Развитието на интегрираната автоматизация е пряко свързано с микроелектрониката, чийто качествено нов етап започва след изобретяването на микропроцесора през 1971 г. - микроелектронно логическо устройство, вградено в различни устройства за управление на тяхната работа.

Микропроцесорите ускориха растежа на роботиката. Повечето от използваните днес роботи принадлежат към така нареченото първо поколение и се използват за заваряване, рязане, пресоване, нанасяне на покрития и др. Роботите от второ поколение, които ги заменят, са оборудвани с устройства за разпознаване на околната среда. Ароботите – „интелектуалци“ от трето поколение ще „виждат“, „усещат“, „чуват“. Учените и инженерите сред най-приоритетните области на приложение на роботите посочват ядрената енергия, изследването на космоса, транспорта, търговията, складирането, медицинските грижи, обработката на отпадъците, развитието на богатството на океанското дъно. По-голямата част от роботите работят с електрическа енергия, но увеличаването на потреблението на електроенергия от роботите се компенсира от по-ниските разходи за енергия в много енергоемки производствени процеси чрез въвеждането на по-ефективни методи и нови енергоспестяващи технологични процеси.

Но да се върнем към науката.Всички нови теоретични разработки се проверяват експериментално след изчисления на компютър. И като правило на този етап изследванията се извършват с помощта на физически измервания, химични анализи и др. Тук инструментите за научни изследвания са разнообразни - многобройни измервателни уреди, ускорители, електронни микроскопи, магнитно-резонансни томографи и др. Основната част от тези експериментални научни инструменти работят с електрическа енергия.

Науката в областта на комуникациите и комуникациите се развива много бързо. Сателитната комуникация се използва не само като средство за международна комуникация, но и в ежедневието - сателитните чинии не са рядкост в нашия град. Новите средства за комуникация, като оптичната технология, могат значително да намалят загубите на електроенергия в процеса на предаване на сигнали на големи разстояния.

Науката не е заобиколила и сферата на управлението. С развитието на научно-техническата революция, разширяването на производствените и непроизводствените сфери на човешката дейност, управлението започва да играе все по-важна роля за подобряване на тяхната ефективност. От вид изкуство, доскоро базирано на опит и интуиция, днес мениджмънтът се превърна в наука. Науката за управлението, общите закони за получаване, съхраняване, предаване и обработка на информация се нарича кибернетика. Този термин произлиза от гръцките думи "кормчия", "кормчия".Среща се в писанията на древногръцките философи. Новото му раждане обаче всъщност се случва през 1948 г., след публикуването на книгата Кибернетика на американския учен Норбърт Винер.

Преди началото на "кибернетичната" революция имаше само хартиена компютърна наука, чието основно средство за възприятие беше човешкият мозък и която не използваше електричество. „Кибернетичната" революция породи коренно различна - машинна информатика, съответстваща на гигантски увеличени информационни потоци, енергиен източник за които е електричеството. Създадени са напълно нови средства за получаване на информация, нейното натрупване, обработка и предаване, които заедно образуват сложна информационна структура. Включва автоматизирани системи за управление (автоматизирани системи за управление), информационни банки с данни, автоматизирани информационни бази, компютърни центрове, видеотерминали, копирни и фототелеграфни машини, национални информационни системи, сателитни и високоскоростни оптични комуникационни системи - всичко това се разшири неограничено обхвата на използване на електроенергия.

Много учени смятат, че в този случай става дума за нова "информационна" цивилизация, заменяща традиционната организация на обществото от индустриален тип. Тази специализация се характеризира със следните важни характеристики:

· широко използване на информационните технологии в материалното и нематериалното производство, в областта на науката, образованието, здравеопазването и др.;

· наличието на широка мрежа от различни банки данни, включително за обществено ползване;

· превръщането на информацията в един от най-важните фактори на икономическото, националното и личностното развитие;

свободното движение на информация в обществото.

Такъв преход от индустриално общество към "информационна цивилизация" стана възможен до голяма степен благодарение на развитието на енергетиката и осигуряването на удобен вид енергия за пренос и използване - електрическата енергия.

Електричество в производството.

Съвременното общество не може да се представи без електрификация на производствените дейности. Още в края на 80-те години повече от 1/3 от цялото потребление на енергия в света се извършва под формата на електрическа енергия. До началото на следващия век този дял може да нарасне до 1/2. Такова увеличение на потреблението на електроенергия е свързано преди всичко с увеличаване на потреблението му в промишлеността. Основната част от промишлените предприятия работят с електричество. Високото потребление на електроенергия е типично за такива енергоемки отрасли като металургията, алуминия и машиностроенето.

Битово електричество.

Електричеството е незаменим помощник в ежедневието. Всеки ден се сблъскваме с него и вероятно не можем да си представим живота си без него. Спомнете си последния път, когато изключихте светлината, тоест къщата ви не получи ток, спомнете си как се кълняхте, че нямате време за нищо и имате нужда от светлина, имате нужда от телевизор, чайници и куп други електрически уреди уреди. В края на краищата, ако останем без ток завинаги, тогава просто ще се върнем към онези древни времена, когато храната се приготвяше на огън и живееше в студени вигвами.

Значението на електричеството в живота ни може да бъде цяла поема, то е толкова важно в живота ни и толкова сме свикнали с него. Въпреки че вече не забелязваме, че идва в домовете ни, но когато е изключен, става много неудобно.

Оценявайте електричеството!

Библиография.

1. Учебник от С. В. Громов "Физика, 10 клас". Москва: Просвещение.

2. Енциклопедичен речник на млад физик. Съединение. В.А. Чуянов, Москва: Педагогика.

3. Елиън Л., Уилконс У ... Физика. Москва: Наука.

4. КолтунМ. Светът на физиката. Москва.

5. Източници на енергия. Факти, проблеми, решения. Москва: Наука и техника.

6. Нетрадиционни източници на енергия. Москва: Знание.

7. Юдасин Л. С. Енергетика: проблеми и надежди. Москва: Просвещение.

8. Подгорни А.Н. Водородна енергия. Москва: Наука.

« Физика - 11 клас"

Производство на електроенергия

Електричеството се произвежда в електроцентралите главно с помощта на електромеханични индукционни генератори.
Има два основни типа електроцентрали: топлоелектрически и водноелектрически.
Тези електроцентрали се различават по двигатели, които въртят роторите на генераторите.

В топлоелектрическите централи източникът на енергия е гориво: въглища, газ, нефт, мазут, нефтени шисти.
Роторите на електрическите генератори се задвижват от парни и газови турбини или двигатели с вътрешно горене.

Термопарни електроцентрали - ТЕЦнай-икономичен.

В парния котел над 90% от енергията, отделена от горивото, се прехвърля на пара.
В турбината кинетичната енергия на парните струи се предава на ротора.
Валът на турбината е твърдо свързан с вала на генератора.
Генераторите на парни турбини са много бързи: броят на оборотите на ротора е няколко хиляди в минута.

Ефективността на топлинните двигатели се увеличава с повишаване на началната температура на работния флуид (пара, газ).
Поради това парата, влизаща в турбината, се довежда до високи параметри: температурата е почти до 550 ° C, а налягането е до 25 MPa.
Ефективността на ТЕЦ достига 40%. По-голямата част от енергията се губи заедно с горещата отработена пара.

ТЕЦ – ТЕЦпозволяват значителна част от енергията на отработената пара да се използва в промишлени предприятия и за битови нужди.
В резултат на това ефективността на CHP достига 60-70%.
В Русия топлоелектрическите централи осигуряват около 40% от цялата електроенергия и захранват стотици градове с електричество.

На водноелектрически централи - ВЕЦпотенциалната енергия на водата се използва за въртене на роторите на генераторите.

Роторите на електрическите генератори се задвижват от хидравлични турбини.
Мощността на такава станция зависи от налягането, създадено от язовира, и масата на водата, преминаваща през турбината всяка секунда.

Водноелектрическите централи осигуряват около 20% от цялата произведена електроенергия у нас.

Атомни електроцентрали - АЕЦв Русия осигуряват около 10% от електроенергията.

Използване на електроенергия

Основният консуматор на електроенергия е промишлеността - 70% от произведената електроенергия.
Транспортът също е основен потребител.

Повечето от използваната електроенергия сега се преобразува в механична енергия, т.к. почти всички механизми в индустрията се задвижват от електродвигатели.

Пренос на електроенергия

Електричеството не може да бъде запазено в голям мащаб.
Трябва да се консумира веднага след получаване.
Следователно има нужда от пренос на електричество на големи разстояния.

Преносът на електроенергия е свързан със значителни загуби, тъй като електрическият ток загрява проводниците на електропроводите. В съответствие със закона на Джаул-Ленц енергията, изразходвана за нагряване на проводниците на линията, се определя по формулата

Където
Р- съпротивление на линията,
U- предавано напрежение,
Р- мощност на източника на ток.

При много дълги линии преносът на енергия може да стане неикономичен.
На практика е много трудно да се намали значително съпротивлението на линията R, следователно е необходимо да се намали силата на тока I.

Тъй като мощността на източника на ток P е равна на произведението на тока I и напрежението U, за да се намали предаваната мощност, е необходимо да се увеличи предаваното напрежение в преносната линия.

За тази цел в големите електроцентрали се инсталират повишаващи трансформатори.
Трансформаторът увеличава напрежението в линията толкова пъти, колкото намалява тока.

Колкото по-дълъг е преносният проводник, толкова по-изгодно е да се използва по-високо напрежение. Генераторите за променлив ток са настроени на напрежение, което не надвишава 16-20 kV. По-високото напрежение би изисквало сложни специални мерки за изолиране на намотките и другите части на генераторите.

Това се постига с помощта на понижаващи трансформатори.

Намаляването на напрежението (и съответно увеличаването на силата на тока) се извършва на етапи.

При много високо напрежение между проводниците може да започне разряд, което да доведе до загуби на енергия.
Допустимата амплитуда на променливото напрежение трябва да бъде такава, че за дадена площ на напречното сечение на проводника загубата на енергия поради разреждането да е незначителна.

Електрическите централи са свързани с далекопроводи за високо напрежение, образуващи обща електрическа мрежа, към която са свързани консуматорите.
Такава асоциация, наречена енергийна система, позволява да се разпределят натоварванията на потреблението на енергия.
Енергийната система осигурява непрекъснато захранване на потребителите.
Сега у нас функционира Единната енергийна система на европейската част на страната.

Използване на електроенергия

Нуждата от електроенергия непрекъснато нараства както в индустрията, в транспорта, в научните институции, така и в ежедневието. Тази нужда може да бъде удовлетворена по два основни начина.

Първият е изграждането на нови мощни електроцентрали: ТЕЦ, хидравлични и атомни.
Изграждането на голяма електроцентрала обаче изисква няколко години и големи разходи.
Освен това топлоелектрическите централи консумират невъзобновяеми природни ресурси: въглища, нефт и газ.
В същото време те нанасят големи щети на баланса на нашата планета.
Усъвършенстваната технология прави възможно посрещането на енергийните нужди по различен начин.

Второто е ефективното използване на електроенергията: модерни флуоресцентни лампи, спестяване на осветление.

Големи надежди се възлагат на получаването на енергия чрез контролирани термоядрени реакции.

Приоритет трябва да бъде повишаването на ефективността на използването на електроенергия, а не увеличаването на капацитета на електроцентралите.

Въведение
II Производство и използване на електроенергия
1. Генериране на електроенергия
1.1 Генератор
2. Използване на електроенергия
III Трансформатори
1. Назначаване
2. Класификация
3. Устройство
4. Характеристики
5. Режими
5.1 Празен ход
5.2 Режим на късо съединение
5.3 Режим на натоварване
IV Предаване на мощност
В ГОЕЛРО
1. История
2. Резултати
VI Списък на литературата

Въведение

Електричеството, един от най-важните видове енергия, играе огромна роля в съвременния свят. Това е ядрото на икономиките на държавите, определящо тяхното положение на международната арена и нивото на развитие. Ежегодно се инвестират огромни суми пари в развитието на научни отрасли, свързани с електроенергията.
Електричеството е неразделна част от ежедневието, така че е важно да имаме информация за характеристиките на неговото производство и използване.

II. Производство и използване на електроенергия

1. Генериране на електроенергия

Производството на електроенергия е производството на електроенергия чрез нейното преобразуване от други видове енергия с помощта на специални технически устройства.
За генериране на електроенергия използвайте:
Електрически генератор - електрическа машина, в която механичната работа се преобразува в електрическа енергия.
Слънчева батерия или фотоклетка е електронно устройство, което преобразува енергията на електромагнитното излъчване, главно в светлинния диапазон, в електрическа енергия.
Химични източници на ток - преобразуването на част от химичната енергия в електрическа, чрез химична реакция.
Радиоизотопни източници на електричество - устройства, които използват енергията, освободена по време на радиоактивно разпадане, за нагряване на охлаждащата течност или превръщането й в електричество.
Електричеството се произвежда в електроцентрали: топлинни, хидравлични, ядрени, слънчеви, геотермални, вятърни и други.
Практически във всички електроцентрали с промишлено значение се използва следната схема: енергията на първичния енергиен носител с помощта на специално устройство първо се преобразува в механична енергия на въртеливо движение, която се предава на специална електрическа машина - генератор , където се генерира електрически ток.
Основните три типа електроцентрали: топлоелектрически централи, водноелектрически централи, атомни електроцентрали
Водеща роля в електроенергетиката на много страни играят топлоелектрическите централи (ТЕЦ).
Топлоелектрическите централи изискват огромно количество изкопаеми горива, докато запасите им намаляват, а разходите непрекъснато нарастват поради все по-трудните условия за добив и разстояния за транспортиране. Коефициентът на използване на горивото в тях е доста нисък (не повече от 40%), а обемите на отпадъците, замърсяващи околната среда, са големи.
Икономическите, техническите, икономическите и екологичните фактори не ни позволяват да разглеждаме топлоелектрическите централи като обещаващ начин за производство на електроенергия.
Водноелектрическите централи (ВЕЦ) са най-икономични. Техният коефициент на полезно действие достига 93%, а цената на един kWh е 5 пъти по-евтина, отколкото при други методи за производство на електроенергия. Те използват неизчерпаем източник на енергия, обслужват се от минимален брой работници и са добре регулирани. Страната ни заема водещо място в света по големина и капацитет на отделните водноелектрически централи и агрегати.
Но темповете на развитие се възпрепятстват от значителни разходи и време за строителство, поради отдалечеността на площадките за изграждане на ВЕЦ от големите градове, липсата на пътища, трудните условия за строителство, са засегнати от сезонността на речния режим, големи площи с ценни речни земите са наводнени от резервоари, големите резервоари влияят негативно на екологичната ситуация, мощни ВЕЦ могат да бъдат построени само там, където има съответните ресурси.
Атомните електроцентрали (АЕЦ) работят на същия принцип като топлоелектрическите централи, т.е. топлинната енергия на парата се преобразува в механична енергия на въртене на вала на турбината, която задвижва генератор, където механичната енергия се преобразува в електрическа.
Основното предимство на атомните електроцентрали е малкото използвано гориво (1 кг обогатен уран замества 2,5 хиляди тона въглища), в резултат на което атомните електроцентрали могат да бъдат изградени във всякакви райони с енергиен дефицит. Освен това запасите от уран на Земята надвишават запасите от традиционно минерално гориво и при безпроблемна работа на атомните електроцентрали те имат малко въздействие върху околната среда.
Основният недостатък на атомните електроцентрали е възможността от аварии с катастрофални последици, за предотвратяването на които са необходими сериозни мерки за безопасност. Освен това атомните електроцентрали са слабо регулирани (необходими са няколко седмици, за да бъдат напълно спрени или включени), а технологиите за преработка на радиоактивни отпадъци не са разработени.
Ядрената енергетика се превърна в един от водещите сектори на националната икономика и продължава да се развива бързо, като гарантира безопасност и екологичност.

1.1 Генератор

Електрическият генератор е устройство, в което неелектрическите форми на енергия (механични, химични, топлинни) се преобразуват в електрическа енергия.
Принципът на работа на генератора се основава на явлението електромагнитна индукция, когато ЕМП се индуцира в проводник, който се движи в магнитно поле и пресича неговите магнитни силови линии.Следователно такъв проводник може да се разглежда от нас като източник на електрическа енергия.
Методът за получаване на индуцирана емф, при който проводникът се движи в магнитно поле, движейки се нагоре или надолу, е много неудобен при практическото му използване. Следователно генераторите използват не праволинейно, а въртеливо движение на проводника.
Основните части на всеки генератор са: система от магнити или най-често електромагнити, които създават магнитно поле, и система от проводници, които пресичат това магнитно поле.
Алтернаторът е електрическа машина, която преобразува механичната енергия в променливотокова електрическа енергия. Повечето алтернатори използват въртящо се магнитно поле.

Когато рамката се върти, магнитният поток през нея се променя, така че в нея се индуцира ЕМП. Тъй като рамката е свързана към външна електрическа верига с помощта на токоприемник (пръстени и четки), в рамката и външната верига възниква електрически ток.
При равномерно въртене на рамката ъгълът на въртене се променя според закона:

Магнитният поток през рамката също се променя с времето, зависимостта му се определя от функцията:

Където С− площ на рамката.
Съгласно закона за електромагнитната индукция на Фарадей, ЕМП на индукция, която възниква в рамката, е:

където е амплитудата на ЕМП на индукция.
Друга стойност, която характеризира генератора, е силата на тока, изразена по формулата:

Където азе силата на тока във всеки даден момент, аз съм- амплитудата на силата на тока (максималната стойност на силата на тока в абсолютна стойност), φc- фазово изместване между колебанията в тока и напрежението.
Електрическото напрежение на клемите на генератора варира според синусоидалния или косинусния закон:

Почти всички генератори, монтирани в нашите електроцентрали, са генератори за трифазен ток. По същество всеки такъв генератор е връзка в една електрическа машина на три генератора на променлив ток, проектирани по такъв начин, че индуцираните в тях ЕМП се изместват един спрямо друг с една трета от периода:

2. Използване на електроенергия

Електрозахранване на промишлени предприятия. Промишлените предприятия консумират 30-70% от електроенергията, генерирана като част от електроенергийната система. Значителна разлика в промишленото потребление се определя от промишленото развитие и климатичните условия на различните страни.
Електрозахранване на електрифициран транспорт. Токоизправителните подстанции за постоянен ток (градски, промишлени, междуградски) и понижаващите подстанции на променлив ток на дълги разстояния се захранват с електричество от електрическите мрежи на EPS.
Електрозахранване на битови консуматори. Тази група PE включва широка гама от сгради, разположени в жилищни райони на градовете. Това са жилищни сгради, сгради за административно-управленско предназначение, образователни и научни институции, магазини, сгради за здравеопазване, културни цели, обществено хранене и др.

III. трансформатори

Трансформатор - статично електромагнитно устройство, имащо две или повече индуктивно свързани намотки и предназначено да преобразува една (първична) система за променлив ток в друга (вторична) система за променлив ток чрез електромагнитна индукция.

Схема на устройството на трансформатора

1 - първична намотка на трансформатора
2 - магнитна верига
3 - вторична намотка на трансформатора
Е- посока на магнитния поток
U 1- напрежение на първичната намотка
U 2- напрежение на вторичната намотка

Първите трансформатори с отворена магнитна верига са предложени през 1876 г. от P.N. Яблочков, който ги използва за захранване на електрическа "свещ". През 1885 г. унгарските учени М. Дери, О. Блати, К. Зиперновски разработват еднофазни индустриални трансформатори със затворена магнитна верига. През 1889-1891г. М.О. Доливо-Доброволски предложи трифазен трансформатор.

1. Назначаване

Трансформаторите се използват широко в различни области:
За пренос и разпределение на електрическа енергия
Обикновено в електроцентралите генераторите за променлив ток генерират електрическа енергия при напрежение 6-24 kV и е изгодно да се пренася електроенергия на дълги разстояния при много по-високи напрежения (110, 220, 330, 400, 500 и 750 kV) . Следователно във всяка електроцентрала са инсталирани трансформатори, които повишават напрежението.
Разпределението на електрическа енергия между промишлени предприятия, населени места, в градовете и селските райони, както и в промишлените предприятия се извършва чрез въздушни и кабелни линии с напрежение 220, 110, 35, 20, 10 и 6 kV. Следователно във всички разпределителни възли трябва да се монтират трансформатори, които намаляват напрежението до 220, 380 и 660 V.
За осигуряване на желаната верига за включване на вентили в преобразувателни устройства и съгласуване на напрежението на изхода и входа на преобразувателя (преобразувателни трансформатори).
За различни технологични цели: заваряване (заваръчни трансформатори), захранване на електротермични инсталации (електропещни трансформатори) и др.
За захранване на различни вериги на радиооборудване, електронно оборудване, устройства за комуникация и автоматизация, домакински уреди, за разделяне на електрически вериги на различни елементи на тези устройства, за съгласуване на напрежение и др.
Да се ​​включат електрически измервателни уреди и някои устройства (релета и др.) в електрически вериги с високо напрежение или във вериги, през които преминават големи токове, с цел разширяване на границите на измерване и осигуряване на електрическа безопасност. (измервателни трансформатори)

2. Класификация

Класификация на трансформатора:

• По назначение: обща мощност (използвани в електропреносни и разпределителни линии) и специални приложения (пещ, токоизправител, заваряване, радиотрансформатори).
• По вид охлаждане: с въздушно (сухи трансформатори) и маслено (маслени трансформатори) охлаждане.
• Според броя на фазите от първичната страна: монофазни и трифазни.
• Според формата на магнитопровода: пръчковидни, бронирани, тороидални.
• По броя на намотките на фаза: две намотки, три намотки, много намотки (повече от три намотки).
• Според конструкцията на намотките: с концентрични и редуващи се (дискови) намотки.

3. Устройство

Най-простият трансформатор (еднофазен трансформатор) е устройство, състоящо се от стоманена сърцевина и две намотки.

Принципът на устройството на еднофазен трансформатор с две намотки
Магнитопроводът е магнитната система на трансформатора, през която се затваря главният магнитен поток.
Когато към първичната намотка се приложи променливо напрежение, във вторичната намотка се индуцира ЕМП със същата честота. Ако електрически приемник е свързан към вторичната намотка, тогава в него възниква електрически ток и на вторичните клеми на трансформатора се установява напрежение, което е малко по-малко от ЕМП и в известна относително малка степен зависи от товара.

Символ на трансформатора:
а) - трансформатор със стоманена сърцевина, б) - трансформатор с феритна сърцевина

4. Характеристики на трансформатора

• Номиналната мощност на трансформатора е мощността, за която е проектиран.
• Номинално първично напрежение - напрежението, за което е проектирана първичната намотка на трансформатора.
• Номинално вторично напрежение - напрежението на клемите на вторичната намотка, получено при празен ход на трансформатора и номиналното напрежение на клемите на първичната намотка.
• Номиналните токове се определят от съответната номинална мощност и напрежение.
• Най-високото номинално напрежение на трансформатора е най-високото от номиналните напрежения на намотките на трансформатора.
• Най-ниското номинално напрежение е най-малкото от номиналните напрежения на намотките на трансформатора.
• Средно номинално напрежение - номинално напрежение, което е средно между най-високото и най-ниското номинално напрежение на намотките на трансформатора.

5. Режими

5.1 Празен ход

Режим на празен ход - режимът на работа на трансформатора, при който вторичната намотка на трансформатора е отворена и към клемите на първичната намотка се прилага променливо напрежение.

В първичната намотка на трансформатор, свързан към източник на променлив ток, протича ток, в резултат на което в сърцевината се появява променлив магнитен поток Φ проникващ в двете намотки. Тъй като Φ е еднакъв и в двете намотки на трансформатора, промяната Φ води до появата на една и съща индукционна ЕМП във всеки завой на първичната и вторичната намотка. Моментна стойност на едс на индукция двъв всеки завой на намотките е еднакъв и се определя по формулата:

където е амплитудата на ЕМП в един оборот.
Амплитудата на индукционната ЕМП в първичната и вторичната намотка ще бъде пропорционална на броя на завъртанията в съответната намотка:

Където N 1И N 2- броя на завоите в тях.
Спадът на напрежението в първичната намотка, като в резистор, е много малък в сравнение с ε 1, и следователно за ефективните стойности на напрежението в първичната U 1и вторичен U 2намотки, следният израз ще бъде верен:

К- коефициент на трансформация. При К>1 понижаващ трансформатор и кога К<1 - повышающий.

5.2 Режим на късо съединение

Режим на късо съединение - режим, когато изходите на вторичната намотка са затворени от токов проводник със съпротивление, равно на нула ( З=0).

Късо съединение на трансформатора при работни условия създава авариен режим, тъй като вторичният ток и следователно първичният се увеличават няколко десетки пъти в сравнение с номиналния. Следователно във вериги с трансформатори е предвидена защита, която при късо съединение автоматично изключва трансформатора.

Трябва да се разграничат два режима на късо съединение:

Авариен режим - когато вторичната намотка е затворена при номиналното първично напрежение. При такава верига токовете се увеличават с коефициент 15–20. Намотката е деформирана и изолацията е овъглена. Желязото също гори. Това е труден режим. Максималната и газова защита изключва трансформатора от мрежата в случай на аварийно късо съединение.

Експериментален режим на късо съединение е режим, когато вторичната намотка е късо съединение и такова намалено напрежение се подава към първичната намотка, когато номиналният ток протича през намотките - това е U K- напрежение на късо съединение.

В лабораторни условия може да се извърши пробно късо съединение на трансформатора. В този случай, изразено в проценти, напрежението U K, при I 1 \u003d I 1nomобозначавам у Ки се нарича напрежение на късо съединение на трансформатора:

Където U 1ном- номинално първично напрежение.

Това е характеристиката на трансформатора, посочена в паспорта.

5.3 Режим на натоварване

Режимът на натоварване на трансформатора е режимът на работа на трансформатора при наличие на токове в поне две от основните му намотки, всяка от които е затворена към външна верига, докато токовете, протичащи в две или повече намотки в режим на празен ход, са не са взети предвид:

Ако към първичната намотка на трансформатора е свързано напрежение U 1, и свържете вторичната намотка към товара, в намотките ще се появят токове аз 1И аз 2. Тези токове създават магнитни потоци Φ 1И Φ2насочени един към друг. Общият магнитен поток в магнитната верига намалява. В резултат на това ЕМП, предизвикана от общия поток ε 1И ε 2намаляване. RMS напрежение U 1остава непроменена. Намаляване ε 1причинява увеличаване на тока аз 1:

С увеличаване на тока аз 1поток Φ 1се увеличава точно толкова, колкото да компенсира демагнетизиращия ефект на потока Φ2. Равновесието се възстановява отново при практически същата стойност на общия поток.

IV. Пренос на електроенергия

Преносът на електроенергия от електроцентралата до потребителите е една от най-важните задачи на енергетиката.
Електричеството се пренася предимно чрез въздушни електропроводи за променлив ток (TL), въпреки че има тенденция към нарастващо използване на кабелни линии и линии за постоянен ток.

Необходимостта от пренос на електроенергия на разстояние се дължи на факта, че електроенергията се генерира от големи електроцентрали с мощни агрегати и се консумира от консуматори с относително ниска мощност, разпределени на голяма площ. Тенденцията към концентрация на генериращи мощности се обяснява с факта, че с нарастването им намаляват относителните разходи за изграждане на електроцентрали и себестойността на произведената електроенергия.
Поставянето на мощни електроцентрали се извършва, като се вземат предвид редица фактори, като наличието на енергийни ресурси, техния вид, запаси и възможности за транспортиране, природни условия, способност за работа като част от единна енергийна система и др. Често такива електроцентрали се оказват значително отдалечени от основните центрове на потребление на електроенергия. Работата на единни електроенергийни системи, покриващи огромни територии, зависи от ефективността на преноса на електроенергия на разстояние.
Необходимо е електроенергията да се пренася от местата на нейното производство до потребителите с минимални загуби. Основната причина за тези загуби е превръщането на част от електричеството във вътрешната енергия на проводниците, тяхното нагряване.

Според закона на Джаул-Ленц количеството топлина Q, освободен за времето t в проводника от съпротивление Рпо време на преминаване на ток аз, равно на:

От формулата следва, че за да се намали нагряването на проводниците, е необходимо да се намали силата на тока в тях и тяхното съпротивление. За да намалите съпротивлението на проводниците, увеличете техния диаметър, но много дебели проводници, висящи между опорите на електропроводите, могат да се счупят под действието на гравитацията, особено по време на снеговалеж. Освен това, с увеличаване на дебелината на проводниците, тяхната цена се увеличава и те са направени от сравнително скъп метал - мед. Следователно, по-ефективен начин за минимизиране на енергийните загуби при преноса на електричество е намаляването на силата на тока в проводниците.
По този начин, за да се намали нагряването на проводниците при предаване на електричество на дълги разстояния, е необходимо токът в тях да бъде възможно най-малък.
Мощността на тока е равна на произведението на силата на тока и напрежението:

Следователно, за да се спести мощност, предавана на дълги разстояния, е необходимо да се увеличи напрежението със същото количество, с което силата на тока в проводниците е намалена:

От формулата следва, че при постоянни стойности на предаваната мощност на тока и съпротивлението на проводниците, топлинните загуби в проводниците са обратно пропорционални на квадрата на напрежението в мрежата. Следователно, за предаване на електричество на разстояния от няколкостотин километра се използват високоволтови електропроводи (TL), напрежението между проводниците на които е десетки, а понякога и стотици хиляди волта.
С помощта на електропроводи съседните електроцентрали се обединяват в една мрежа, наречена електроенергийна система. Единната енергийна система на Русия включва огромен брой електроцентрали, управлявани от един център и осигурява непрекъснато захранване на потребителите.

В. ГОЕЛРО

1. История

ГОЕЛРО (Държавна комисия за електрификация на Русия) е орган, създаден на 21 февруари 1920 г. за разработване на проект за електрификация на Русия след Октомврийската революция от 1917 г.

В работата на комисията са участвали над 200 учени и техници. Начело на комисията е Г.М. Кржижановски. Централният комитет на Комунистическата партия и лично В. И. Ленин ежедневно ръководят работата на комисията GOELRO, определят основните фундаментални разпоредби на плана за електрификация на страната.

До края на 1920 г. комисията е свършила огромна работа и е подготвила Плана за електрификация на RSFSR, обем от 650 страници текст с карти и схеми за електрификация на районите.
Планът GOELRO, разработен за 10-15 години, реализира идеите на Ленин за електрифициране на цялата страна и създаване на голяма индустрия.
В областта на електроенергетиката планът включваше програма за възстановяване и реконструкция на довоенната електроенергийна индустрия, изграждане на 30 регионални електроцентрали и изграждане на мощни регионални топлоелектрически централи. Предвиждаше се електроцентралите да се оборудват с големи за това време котли и турбини.
Една от основните идеи на плана беше широкото използване на огромните хидроенергийни ресурси на страната. Беше предвидено радикално преустройство на основата на електрификацията на всички отрасли на народното стопанство на страната, и най-вече за растежа на тежката промишленост и рационалното разпределение на промишлеността в цялата страна.
Изпълнението на плана GOELRO започна в трудните условия на Гражданската война и икономическата разруха.

От 1947 г. СССР е на първо място в Европа и второ в света по производство на електроенергия.

Планът GOELRO изигра огромна роля в живота на нашата страна: без него не би било възможно СССР да се нареди в редиците на най-индустриално развитите страни в света за толкова кратко време. Изпълнението на този план оформи цялата вътрешна икономика и все още до голяма степен я определя.

Изготвянето и изпълнението на плана GOELRO стана възможно и единствено поради комбинацията от много обективни и субективни фактори: значителният индустриален и икономически потенциал на предреволюционна Русия, високото ниво на руската научно-техническа школа, концентрацията на всички икономическата и политическата власт, нейната сила и воля, а също и традиционния съборно-общинен манталитет на народа и неговото послушно-доверчиво отношение към върховните владетели.
Планът GOELRO и неговото прилагане доказаха високата ефективност на системата за държавно планиране в условията на строго централизирана власт и предопределиха развитието на тази система за много десетилетия напред.

2. Резултати

До края на 1935 г. програмата за електростроителство е неколкократно преизпълнена.

Вместо 30 бяха построени 40 регионални електроцентрали, в които заедно с други големи промишлени централи бяха пуснати в експлоатация 6914 хиляди kW мощност (от които 4540 хиляди kW бяха регионални, почти три пъти повече, отколкото според плана GOELRO).
През 1935 г. сред районните електроцентрали има 13 електроцентрали по 100 000 kW.

Преди революцията капацитетът на най-голямата електроцентрала в Русия (1-ва Москва) беше само 75 хиляди kW; нямаше нито една голяма водноелектрическа централа. До началото на 1935 г. общата инсталирана мощност на водноелектрическите централи достига почти 700 000 kW.
Построени са най-големите по това време в света водноелектрическа централа Днепър, Свирская 3-та, Волховская и др.. В най-високата точка на своето развитие Единната енергийна система на СССР в много отношения надмина енергийните системи на развитите страни от Европа и Америка.

Преди революцията в селата електричеството беше почти непознато. Едрите земевладелци инсталираха малки електроцентрали, но броят им беше малък.

Електричеството започва да се използва в селското стопанство: в мелници, фуражни машини, машини за почистване на зърно и дъскорезници; в индустрията, а по-късно – и в бита.

Списък на използваната литература

Веников В. А., Предаване на електроенергия на дълги разстояния, М.-Л., 1960;
Sovalov S. A., Режими на предаване на мощност 400-500 kv. EES, М., 1967;
Бесонов, Л.А. Теоретични основи на електротехниката. Електрически вериги: учебник / L.A. Бесонов. - 10-то изд. — М.: Гардарики, 2002.
Електротехника: Учебно-методически комплекс. /И. М. Когол, Г. П. Дубовицки, В. Н. Бородянко, В. С. Гун, Н. В. Клиначев, В. В. Кримски, А. Я. Ергард, В. А. Яковлев; Под редакцията на Н. В. Клиначева. - Челябинск, 2006-2008.
Електрически системи, т. 3 - Предаване на енергия чрез променлив и постоянен ток с високо напрежение, М., 1972 г.

Съжаляваме, нищо не беше намерено.

Електрическата енергия се произвежда в различни мащаби на електроцентрали, главно с помощта на индукционни електромеханични генератори.

Производство на електроенергия

Има два основни типа електроцентрали:

1. Топлинна.

2. Хидравлични.

Това разделение е причинено от вида на двигателя, който завърта ротора на генератора. IN топлиннаелектроцентралите използват гориво като източник на енергия: въглища, газ, нефт, нефтени шисти, мазут. Роторът се задвижва от парни газови турбини.

Най-икономични са топлинните паротурбинни електроцентрали (ТЕЦ). Максималната им ефективност достига 70%. Това се взема предвид факта, че отработената пара се използва в промишлени предприятия.

На водноелектрически централипотенциалната енергия на водата се използва за въртене на ротора. Роторът се задвижва от хидравлични турбини. Мощността на станцията ще зависи от налягането и масата на водата, преминаваща през турбината.

Използване на електроенергия

Електрическата енергия се използва почти навсякъде. Разбира се, по-голямата част от произведената електроенергия идва от промишлеността. Освен това транспортът ще бъде основен потребител.

Много железопътни линии отдавна са преминали към електрическа тяга. Осветление на жилища, градски улици, промишлени и битови нужди на села и села - всичко това също е голям потребител на електроенергия.

Голяма част от получената електроенергия се преобразува в механична енергия. Всички механизми, използвани в индустрията, се задвижват от електродвигатели. Има достатъчно консуматори на електроенергия и те са навсякъде.

А електричество се произвежда само на няколко места. Възниква въпросът за преноса на електроенергия и то на големи разстояния. При предаване на дълги разстояния има голяма загуба на мощност. Основно това са загуби от нагряване на електрически проводници.

Според закона на Джаул-Ленц енергията, изразходвана за отопление, се изчислява по формулата:

Тъй като е почти невъзможно да се намали съпротивлението до приемливо ниво, е необходимо да се намали силата на тока. За да направите това, увеличете напрежението. Обикновено има повишаващи генератори в станциите и понижаващи трансформатори в края на преносните линии. И вече от тях енергията се отклонява към потребителите.

Нуждата от електрическа енергия непрекъснато нараства. Има два начина за задоволяване на търсенето за увеличено потребление:

1. Изграждане на нови електроцентрали

2. Използване на съвременни технологии.

Ефективно използване на електроенергия

Първият метод изисква изразходване на голям брой строителни и финансови ресурси. Изграждането на една електроцентрала отнема няколко години. Освен това, например, топлоелектрическите централи консумират много невъзобновяеми природни ресурси и вредят на природната среда.

ЕЛЕКТРОДИНАМИКА

Феноменът на електромагнитната индукцияе възникването на електрически ток в затворена верига, когато всяка промяна в магнитния потокпрез повърхността, ограничена от този контур.

Променлив ток-това е електрически ток, чиято сила варира по някакъв начин с времето.

трансформатор-е устройство за повишаване или понижаване на променливо напрежение.

1. Производство:

Топлоелектрическа централа (ТЕЦ), електроцентрала, която генерира електрическа енергия в резултат на преобразуване на топлинна енергия, отделена при изгарянето на изкопаеми горива.

В топлоелектрическите централи химическата енергия на горивото се преобразува първо в механична, а след това в електрическа. Горивото за такава електроцентрала може да бъде въглища, торф, газ, нефтени шисти, мазут.

2. Трансфер:

Трансформаторът е устройство, което ви позволява както да увеличавате, така и да намалявате напрежението. AC преобразуването се извършва с помощта на трансформатори. Трансформаторът се състои от затворена желязна сърцевина, върху която са поставени две (понякога повече) намотки с жични намотки. Една от намотките, наречена първична, е свързана към източник на променливо напрежение. Втората намотка, към която е свързан „товарът“, т.е. устройства и устройства, които консумират електроенергия, се нарича вторична. Действието на трансформатора се основава на явлението електромагнитна индукция. Когато променлив ток преминава през първичната намотка, в желязното ядро ​​се появява променлив магнитен поток, който възбужда индукционната ЕМП във всяка намотка.

3. Консумация:

Електронизацията и автоматизацията на производството са най-важните последици от "втората индустриална" или "микроелектронна" революция в икономиките на развитите страни. Развитието на интегрираната автоматизация също е пряко свързано с микроелектрониката, чийто качествено нов етап започва след изобретяването през 1971 г. на микропроцесора - микроелектронно логическо устройство, вградено в различни устройства за управление на тяхната работа. Науката в областта на комуникациите и комуникациите се развива много бързо. Сателитната комуникация се използва не само като средство за международна комуникация, но и в ежедневието - сателитните чинии не са рядкост в града.

Проблеми с енергоспестяването.Русия има огромни перспективи за енергоспестяване и в същото време е една от най-разточителните страни в света. Спестяването на енергия пряко зависи от рационалното използване на съществуващите енергийни ресурси. Огромните загуби на енергия са характерни за жилищно-комуналните услуги. Според експерти около 70% от топлинните загуби се дължат на небрежното отношение на потребителите. В апартаментите често се инсталират батерии без регулиране на мощността, в резултат на което те работят на пълен капацитет и жителите трябва да отварят прозорци, за да намалят температурата в помещението. За да се реализира потенциалът за спестяване на енергия в жилищно-комуналните услуги, се планира да се въведе широко въвеждане на измервателни устройства, да се премине към задължителни стандарти за енергийна ефективност за нови и реконструирани сгради, да се модернизират системите за топлоснабдяване на сгради и конструкции, да се въведе енергия -спестяващи осветителни системи, внедряване на енергоспестяващи устройства и технологии в котелни централи, пречиствателни станции, водоснабдителни предприятия, предоставяне на право на бюджетни организации да се разпореждат със средства, спестени в резултат на изпълнението на енергоспестяващи проекти, до 5 години, и още.

Мерки за безопасност при работа с електрически ток.За опасен за човек се счита ток от 25 V. В тази ситуация е необходимо ясно да се разграничи напрежението и силата на тока. Това е последният, който убива. Например: сините искри от статични разряди имат напрежение от 7000 V, но незначителна мощност, докато напрежението на изход от 220 V, но с ток от 10-16 A, може да причини смърт. Освен това преминаването на ток със сила 30-50 mA през сърдечния мускул вече може да причини фибрилация (трептене) на сърдечния мускул и рефлексен сърдечен арест. Как ще завърши това е съвсем ясно. Ако токът не докосне сърцето (а пътищата на електричеството в човешкото тяло са много странни), тогава ефектът му може да причини парализа на дихателните мускули, което също не вещае нищо добро.

Електромагнитно поле и електромагнитни вълни.Електромагнитно поле- специална форма на материя, чрез която се осъществява взаимодействието между електрически заредени частици.

електромагнитна вълна- процесът на разпространение на електромагнитното поле в пространството.

Скорост на електромагнитните вълни.Дължината на вълната е частното от скоростта, разделено на честотата.

Принципи на радиокомуникацията.Принципите на радиокомуникацията са следните. Променлив високочестотен електрически ток, създаден в предавателна антена, предизвиква бързо променящо се електромагнитно поле в околното пространство, което се разпространява под формата на електромагнитна вълна. Достигайки приемната антена, електромагнитна вълна индуцира в нея променлив ток със същата честота, на която работи предавателят.