Prenos in distribucija električne energije se izvaja po električnih omrežjih - notranjih (delavniških) in zunanjih. Zunanja omrežja se pogosto imenujejo intershop omrežja (napajanje 3UR, 2UR in ločeno RP-10 kV) ali glavna omrežja (napajanje skozi tunele in bloke od 6UR, 5UR do 4UR). Zunanja omrežja do 1 kV v industrijskih podjetjih so omejeno razširjena (predvsem omrežja zunanje razsvetljave).

Polaganje se izvaja z izoliranimi in neizoliranimi (golimi) žicami (predvsem nadzemni daljnovodi). Izolirane žice se izvedejo zaščitene - preko električne izolacije se nanese kovinski ali drug plašč, ki izolacijo ščiti pred mehanskimi poškodbami. Izolirani vodniki: žice, kabli in vrvice. Gole žice: aluminijaste, bakrene, jeklene zbiralke, vodnike, vozičke in gole žice.

Za omrežja se uporablja trdo vlečen baker, prekrit s tankim oksidnim filmom, ki zagotavlja dobro odpornost na vplive atmosferskih razmer in učinke kemičnih spojin, ki jih vsebujejo industrijski izpusti. Trdo vlečeni aluminij, ki se uporablja v te namene, je prav tako prekrit s filmom, vendar korodira v bližini morja in številnih industrij, povezanih s proizvodnjo ali uporabo kislin. Večji električni upor, slabša montaža in obratovalne lastnosti, vendar nižji stroški v primerjavi z bakrom določajo obseg njegove uporabe. Jeklene vodnike je treba pocinkati (dodatki do 0,4% bakra), uporabljajo se zaradi poceni, za majhne obremenitve (v podeželskih omrežjih). Bolje je uporabiti bimetalne, pri katerih so jeklene žice, ki nosijo mehansko obremenitev, na zunanji strani prevlečene s plastjo elektrolitskega bakra ali aluminija.

Prevoz električne energije v sistemih oskrbe z električno energijo se izvaja:

1) nadzemni vodi - naprave za prenos in distribucijo električne energije po žicah, ki se nahajajo na prostem in so pritrjene z izolatorji in fitingi na nosilce ali nosilce, stojala na zgradbah in inženirskih objektih (mostovi, nadvozi, nadvozi itd.);

2) kabelski vodi - naprave za prenos električne energije, sestavljene iz enega ali več vzporednih kablov s povezovalnimi, zaklepnimi in končnimi rokavi (terminali) in pritrdilnimi elementi;

3) prevodniki - naprave za prenos in distribucijo električne energije, sestavljene iz neizoliranih ali izoliranih vodnikov in izolatorjev, povezanih z njimi, zaščitnih plaščev, naprav za razsvetljavo, podpornih ali nosilnih konstrukcij;

4) električna napeljava - niz žic in kablov s pripadajočimi pritrdilnimi elementi, nosilnimi zaščitnimi strukturami in deli.

Prečni prerezi vodnikov električnih kanalizacijskih naprav so izbrani: a) s segrevanjem (ob upoštevanju normalnih, post-nujnih, popravilnih načinov) z največjim tokom pol ure; b) ekonomsko gostoto toka; c) glede na pogoje dinamičnega delovanja in segrevanja med kratkim stikom.

Normalizirano vrednost za ogrevanje in za ekonomsko gostoto toka j eq določa PUE. Glede na ekonomsko gostoto toka ne izbirajo: omrežja industrijskih podjetij in objektov do 1 kV pri T maks do 4000-5000; odcepi do posameznih električnih sprejemnikov in predstikalnih naprav z napetostjo do 1 kV; svetlobna omrežja industrijskih podjetij, stanovanjskih in javnih zgradb; zbiralke in zbiralke zunanjih stikalnih naprav in 3RU vseh napetosti; omrežja začasnih objektov, pa tudi naprave z življenjsko dobo 3-5 let.

V električnih napeljavah nad 1 kV v načinu kratkega stika je treba preveriti: a) kable in druge vodnike, vodnike ter nosilne in podporne konstrukcije zanje; b) nadzemni vodi z udarnim kratkostičnim tokom 50 kA ali več, da se prepreči pripenjanje žic pod dinamičnim delovanjem tokov kratkega stika, v električnih napeljavah pod 1 kV - samo tokovni vodniki, stikalne plošče in napajalne omare. Odporni na tokove kratkega stika so tisti elementi prenosa električne energije, ki v konstrukcijskih pogojih prenesejo učinke teh tokov, ne da bi bili izpostavljeni električnim in mehanskim poškodbam ali deformacijam.

Glede na način kratkega stika pri napetosti nad 1 kV se elementi ne preverjajo:

zaščiten z varovalkami z vložki (glede elektrodinamične upornosti - za nazivni tok vložkov do 60 A in neodvisno od tega - glede toplotne stabilnosti),

v tokokrogih do posameznih sprejemnikov, vključno s trgovinskimi transformatorji s skupno močjo do 2,5 MVA in z višjo napetostjo do 20 kV [če so hkrati izpolnjeni naslednji pogoji: a) je v električnem ali tehnološkem delu zagotovljena potrebna stopnja redundance, narejena tako, da odklop teh sprejemnikov ne povzroči motenj v tehnološkem procesu, b) poškodba vodnika med kratkim stikom ne more povzročiti eksplozije ali požara, c) je možno zamenjati prevodnik brez večjih težav];

prevodnikov neodgovornih posameznih sprejemnikov,

žice VL;

tokovnih in napetostnih transformatorjev pod določenimi pogoji

Temperatura ogrevanja vodnikov med kratkim stikom ne sme presegati naslednjih najvišjih dovoljenih vrednosti, ° С

baker 300

aluminij 200

Izolirani kabli:

papir za napetost do 10 kV 200

PVC guma 150

polietilen 120

v fiziki

na temo "Proizvodnja, prenos in raba električne energije"

Učenci 11. A razreda

MOU šola številka 85

Catherine.

Abstraktni načrt.

Uvod.

1. Proizvodnja električne energije.

1. vrste elektrarn.

2. alternativni viri energije.

2. Prenos električne energije.

transformatorji.

3. Poraba električne energije.

Uvod.

Rojstvo energije se je zgodilo pred več milijoni let, ko so se ljudje naučili uporabljati ogenj. Ogenj jim je dajal toploto in svetlobo, bil vir navdiha in optimizma, orožje proti sovražnikom in divjim živalim, pravno sredstvo, kmetijski pomočnik, konzervans za hrano, tehnološko orodje itd.

Čudoviti mit o Prometeju, ki je ljudem dal ogenj, se je pojavil v Antična grčija mnogo kasneje kot marsikje po svetu so se pojavile metode precej sofisticiranega ravnanja z ognjem, njegovega pridobivanja in gašenja, ohranjanja ognja in racionalno uporabo goriva.

Dolga leta so ogenj vzdrževali s kurjenjem rastlinskih energentov (les, grmičevje, trstičje, trava, suhe alge itd.), nato pa so odkrili, da je za vzdrževanje ognja mogoče uporabiti fosilne snovi: premog, nafto, skrilavce, šoto.

Danes energija ostaja glavna sestavina človekovega življenja. Omogoča ustvarjanje različnih materialov in je eden glavnih dejavnikov pri razvoju novih tehnologij. Preprosto povedano, brez obvladovanja različne vrste energije, človek ne more polno obstajati.

Močna generacija.

Vrste elektrarn.

Termoelektrarna (TE), elektrarna, ki proizvaja električno energijo kot rezultat pretvorbe toplotne energije, ki se sprošča pri zgorevanju fosilnih goriv. Prve termoelektrarne so se pojavile konec 19. stoletja in postale zelo razširjene. Sredi 70. let 20. stoletja so bile termoelektrarne glavna vrsta elektrarn.

V termoelektrarnah se kemična energija goriva pretvarja najprej v mehansko in nato v električno. Gorivo za takšno elektrarno je lahko premog, šota, plin, oljni skrilavec, kurilno olje.

Termoelektrarne delimo na kondenzacija(IES), ki je zasnovan samo za proizvodnjo električne energije, in termoelektrarne(SPTE), ki poleg električne proizvaja toplotno energijo v obliki topla voda in par. Velike IES regionalnega pomena se imenujejo državne daljinske elektrarne (GRES).

Najenostavnejši shematski diagram IES na premog je prikazan na sliki. Premog se dovaja v bunker za gorivo 1, iz njega pa v drobilnico 2, kjer se spremeni v prah. Premogov prah vstopi v peč generatorja pare (parni kotel) 3, ki ima sistem cevi, v katerem kroži kemično prečiščena voda, imenovana napajalna voda. V kotlu se voda segreje, izhlapi in nastala nasičena para se segreje na temperaturo 400-650 ° C in pod tlakom 3-24 MPa skozi parni cevovod vstopi v parno turbino 4. Parametri pare so odvisni od moči enot.

Termokondenzacijske elektrarne imajo nizek izkoristek (30-40%), saj se večina energije izgubi z dimnimi plini in hladilno vodo kondenzatorja. Ugodno je graditi IES v neposredni bližini črpalnih mest. Hkrati se lahko porabniki električne energije nahajajo na precejšnji razdalji od postaje.

soproizvodnja toplote in elektrarne se od kondenzacijske postaje razlikuje po posebni toplotno-energetski turbini z odvodom pare, ki je nameščena na njej. Pri SPTE se en del pare v celoti porabi v turbini za proizvodnjo električne energije v generatorju 5 in nato vstopi v kondenzator 6, medtem ko se drugi del, ki ima visoko temperaturo in tlak, odvzame iz vmesne stopnje turbine in uporabi za oskrbo s toploto. Črpalka kondenzata 7 skozi odzračevalnik 8 in nato dovodna črpalka 9 se dovaja v generator pare. Količina pridobljene pare je odvisna od potreb podjetij po toplotni energiji.

Učinkovitost SPTE doseže 60-70%. Takšne postaje so običajno zgrajene v bližini potrošnikov - industrijskih podjetij ali stanovanjskih območij. Najpogosteje delajo na uvoženo gorivo.

Termoelektrarne z plinska turbina(GTPS), para-plin(PGES) in dizelskih elektrarn.

V zgorevalni komori GTPP zgoreva plin ali tekoče gorivo; produkti izgorevanja s temperaturo 750-900 ºС vstopijo v plinsko turbino, ki vrti električni generator. Izkoristek takih termoelektrarn je običajno 26-28%, moč je do nekaj sto MW . GTPP se običajno uporabljajo za pokrivanje konic električne obremenitve. Učinkovitost SGPP lahko doseže 42 - 43%.

Najbolj ekonomične so velike termoelektrarne s parnimi turbinami (kratko TE). Večina termoelektrarn pri nas kot gorivo uporablja premogov prah. Za proizvodnjo 1 kWh električne energije je potrebnih nekaj sto gramov premoga. V parnem kotlu se več kot 90 % energije, ki jo sprosti gorivo, prenese na paro. V turbini se kinetična energija parnih curkov prenaša na rotor. Turbinska gred je togo povezana z gredjo generatorja.

Sodobne parne turbine za termoelektrarne so zelo napredni, hitri, visoko varčni stroji z dolgo življenjsko dobo. Njihova moč v različici z eno gredjo doseže 1 milijon 200 tisoč kW in to ni meja. Takšni stroji so vedno večstopenjski, kar pomeni, da imajo običajno več deset diskov z delovnimi rezili in enako število skupin šob pred vsakim diskom, skozi katere teče curek pare. Tlak in temperatura pare se postopoma zmanjšujeta.

Iz tečaja fizike je znano, da se učinkovitost toplotnih motorjev poveča s povečanjem začetne temperature delovne tekočine. Zato se para, ki vstopa v turbino, doseže visoke parametre: temperatura je skoraj do 550 ° C, tlak pa do 25 MPa. Učinkovitost TPP doseže 40%. Večina energija se izgubi skupaj z vročo izpušno paro.

Hidroelektrarna (HE), kompleks objektov in opreme, skozi katere se energija vodnega toka pretvarja v električno energijo. HPP je sestavljen iz serijskega kroga hidravlične konstrukcije, zagotavljanje potrebne koncentracije pretoka vode in ustvarjanje tlaka ter napajalna oprema, ki pretvarja energijo vode, ki se premika pod pritiskom, v mehansko energijo vrtenja, ki se nato pretvori v električno energijo.

Padec hidroelektrarne nastane s koncentracijo padca reke v uporabljenem odseku ob jezu oz. izpeljava, ali jez in odvod skupaj. Glavna energetska oprema HE se nahaja v stavbi HE: v strojnici elektrarne - hidravlične enote, pomožna oprema, avtomatske krmilne in nadzorne naprave; v centralni nadzorni točki - operatersko-dispečerska konzola oz operater hidroelektrarne. Spodbujanje transformatorska postaja ki se nahajajo tako v zgradbi elektrarne kot v ločenih stavbah ali na odprtih površinah. Distribucijske naprave pogosto na odprtem območju. Objekt elektrarne je lahko razdeljen na sklope z eno ali več enotami in pomožno opremo, ločene od sosednjih delov objekta. Pri zgradbi HE ali v njej se ustvari montažno mesto za montažo in popravilo različne opreme ter za pomožna vzdrževalna dela HE.

Glede na nameščeno moč (in MW) razlikovati med hidroelektrarnami močan(St. 250), srednje(do 25) in majhna(do 5). Moč hidroelektrarne je odvisna od tlaka (razlika med nivoji gorvodnega in dolvodnega toka ), pretok vode, ki se uporablja v hidravličnih turbinah, in učinkovitost hidravlične enote. Zaradi številnih razlogov (na primer zaradi sezonskih sprememb nivoja vode v akumulacijah, spremenljivosti obremenitve elektroenergetskega sistema, popravila hidroelektrarn ali hidravličnih objektov itd.) Se višina in pretok vode nenehno spreminjata, poleg tega pa se spreminja tudi pretok pri regulaciji moči HE. Obstajajo letni, tedenski in dnevni cikli načina delovanja HE.

Glede na maksimalni uporabljeni tlak delimo HE na visok pritisk(nad 60 m), srednji tlak(od 25 do 60 m) in nizek pritisk(od 3 do 25 m). Na ravninskih rekah tlak le redko preseže 100 m, v gorskih razmerah je skozi jez mogoče ustvariti pritiske do 300 m in več ter s pomočjo izpeljave - do 1500 m. Razdelitev hidroelektrarne glede na uporabljeni tlak je približna, pogojna.

Glede na shemo uporabe vodnih virov in koncentracijo pritiska HE običajno delimo na kanal , blizu jezu , preusmeritev s tlačnim in breztlačnim odvodom, mešana, črpalna akumulacija in plimovanje .

Pri pretočnih in objezovnih HE vodni pritisk ustvarja jez, ki zapre reko in dvigne gladino vode v zgornjem toku. Obenem je nekaj poplav v dolini neizogibno. Pretočne in objezove hidroelektrarne so zgrajene tako na nižinskih visokovodnih rekah kot na gorskih rekah, v ozkih stisnjenih dolinah. Za pretočne HE so značilni padci do 30-40 m.

Pri višjih tlakih se izkaže, da je prenos hidrostatičnega pritiska vode na zgradbo elektrarne nepraktičen. V tem primeru vrsta jez V spodnjem toku meji hidroelektrarna, pri kateri je tlačna fronta po vsej dolžini pregrajena z jezom, objekt hidroelektrarne pa se nahaja za jezom.

Druga vrsta postavitve blizu jezu Hidroelektrarna ustreza gorskim razmeram z relativno nizkimi pretoki rek.

IN izpeljanka Hidroelektrična koncentracija padca reke se ustvari z izpeljavo; Voda na začetku uporabljenega odseka reke je odvedena iz struge z napeljavo, z naklonom, ki je bistveno manjši od povprečnega naklona reke na tem odseku in z izravnavo zavojev in zavojev struge. Zaključek derivacije se pripelje na lokacijo objekta HE. Odpadna voda se vrača v reko ali pa se odvaja v naslednjo obvodno HE. Izpeljava je ugodna, kadar je naklon reke velik.

Posebno mesto med HE zavzemajo črpalne elektrarne(PSPP) in plimske elektrarne(PES). Izgradnja črpalne elektrarne je posledica naraščajočega povpraševanja po konični moči v velikih energetskih sistemih, ki določajo proizvodne zmogljivosti, potrebne za pokrivanje koničnih obremenitev. Sposobnost črpalne elektrarne za akumulacijo energije temelji na dejstvu, da električno energijo, ki je določen čas prosta v elektroenergetskem sistemu, porabijo agregati ČHE, ki v črpalnem načinu črpajo vodo iz rezervoarja v zgornji bazen. Med konicami obremenitve se akumulirana energija vrne v elektroenergetski sistem (voda iz zgornjega bazena vstopi v tlačni cevovod in vrti hidroelektrarne, ki delujejo v trenutnem generatorskem načinu).

PES pretvarjajo energijo morskega plimovanja v električno energijo. Električna energija plimskih hidroelektrarn se lahko zaradi nekaterih značilnosti, povezanih s periodično naravo plimovanja, uporablja v elektroenergetskih sistemih le v povezavi z energijo regulacijskih elektrarn, ki kompenzirajo izpade električne energije plimskih elektrarn čez dan ali mesece.

Najpomembnejša lastnost hidroenergetskih virov v primerjavi z viri goriva in energije je njihovo nenehno obnavljanje. Pomanjkanje potrebe po gorivu za HE določa nizke stroške električne energije, proizvedene v HE. Zato je gradnja hidroelektrarn kljub znatnim, specifičnim kapitalskim vložkom na 1 kW inštalirane moči in dolgega časa gradnje, je bila in je izjemnega pomena, še posebej, ko je povezana z lokacijo elektro intenzivne industrije.

Nuklearna elektrarna (NPP), elektrarna, v kateri se atomska (jedrska) energija pretvarja v električno energijo. Generator električne energije v jedrski elektrarni je jedrski reaktor. Toplota, ki se sprosti v reaktorju zaradi verižna reakcija jedrska cepitev nekaterih težkih elementov, nato pa se tako kot v klasičnih termoelektrarnah (TE) pretvori v električno energijo. Za razliko od termoelektrarn, ki delujejo na fosilna goriva, jedrske elektrarne delujejo na jedrsko gorivo(na osnovi 233 U, 235 U, 239 Pu). Ugotovljeno je, da svetovni energetski viri jedrskega goriva (uran, plutonij itd.) znatno presegajo energetske vire. naravni viri organsko, gorivo (nafta, premog, zemeljski plin itd.). To odpira široke možnosti za zadovoljitev hitro rastočega povpraševanja po gorivu. Poleg tega je treba upoštevati vedno večji obseg porabe premoga in nafte za tehnološke namene svetovnega gospodarstva. kemična industrija, ki postaja resna konkurenca termoelektrarnam. Kljub odkritju novih nahajališč organskega goriva in izboljšanju metod za njegovo pridobivanje se svet nagiba k relativnemu povečanju njegovih stroškov. To ustvarja najtežje pogoje za države z omejenimi zalogami fosilnih goriv. Očitna je potreba po hitrem razvoju jedrske energije, ki že zaseda vidno mesto v energetski bilanci številnih industrijskih držav sveta.

Shematski diagram jedrske elektrarne z vodno hlajenim jedrskim reaktorjem je prikazan na sl. 2. Toplota, ki nastaja v jedro reaktor hladilna tekočina, prevzame voda 1. kroga, ki jo obtočna črpalka prečrpa skozi reaktor.Ogreta voda iz reaktorja vstopi v izmenjevalnik (uparjalnik) 3, kjer prenese toploto, prejeto v reaktorju, na vodo 2. kroga. Voda iz 2. kroga izhlapi v uparjalniku in nastane para, ki nato vstopi v turbino. 4.

Najpogosteje se v jedrskih elektrarnah uporabljajo 4 vrste reaktorjev s toplotnimi nevtroni:

1) voda-voda z navadna voda kot moderator in hladilno sredstvo;

2) grafit-voda z vodnim hladilnim sredstvom in grafitnim moderatorjem;

3) težka voda z vodnim hladilnim sredstvom in težka voda kot moderator;

4) graffito - plin s plinskim hladilnim sredstvom in grafitnim moderatorjem.

Izbira pretežno uporabljenega tipa reaktorja je odvisna predvsem od nabranih izkušenj v nosilnem reaktorju, pa tudi od razpoložljivosti potrebne industrijske opreme, surovin itd.

Reaktor in njegovi podporni sistemi vključujejo: sam reaktor z biološko zaščito , toplotni izmenjevalniki, črpalke ali naprave za pihanje plinov, ki krožijo hladilno sredstvo, cevovodi in armature za kroženje tokokroga, naprave za ponovno polnjenje jedrskega goriva, sistemi posebnega prezračevanja, zasilnega hlajenja itd.

Za zaščito osebja jedrske elektrarne pred izpostavljenostjo sevanju je reaktor obdan z biološko zaščito, katere glavni material so beton, voda, serpentinski pesek. Oprema reaktorskega tokokroga mora biti popolnoma zatesnjena. Zagotovljen je sistem za spremljanje mest morebitnega iztekanja hladilne tekočine, sprejeti so ukrepi, da pojav puščanj in prekinitev v tokokrogu ne povzroči radioaktivnih emisij in onesnaženja prostorov NEK in okolice. Radioaktivni zrak in majhna količina hlapov hladilne tekočine se zaradi prisotnosti puščanja iz tokokroga odstranijo iz nenadzorovanih prostorov NEK s posebnim prezračevalnim sistemom, v katerem so predvideni čistilni filtri in zadrževalni plini, ki izključujejo možnost onesnaženja ozračja. Služba dozimetričnega nadzora spremlja izpolnjevanje pravil sevalne varnosti s strani osebja NEK.

Razpoložljivost biološke zaščite, posebnih sistemov prezračevanja in zasilnega hlajenja ter storitve dozimetričnega nadzora omogoča popolno zaščito vzdrževalcev NEK pred škodljivimi učinki radioaktivne izpostavljenosti.

NEK, ki jih je največ moderen videz elektrarne imajo številne pomembne prednosti pred drugimi vrstami elektrarn: v normalnih pogojih delovanja popolnoma ne onesnažujejo okolju, ne zahtevajo vezave na vir surovin in jih je zato mogoče postaviti skoraj povsod. Novi agregati so po moči skoraj enaki povprečni hidroelektrarni, a izkoriščenost instalirane moči jedrskih elektrarn (80 %) bistveno presega hidroelektrarne ali termoelektrarne.

Bistvenih pomanjkljivosti jedrskih elektrarn v normalnih pogojih delovanja praktično ni. Vendar pa ne moremo opaziti nevarnosti jedrskih elektrarn v možnih okoliščinah višje sile: potresi, orkani itd. - tukaj stari modeli energetskih enot predstavljajo potencialno nevarnost radiacijske kontaminacije ozemelj zaradi nenadzorovanega pregrevanja reaktorja.

Alternativni viri energije.

Energija sonca.

IN Zadnje čase zanimanje za problem uporabe sončna energija močno povečala, saj je energetski potencial, ki temelji na izkoriščanju neposrednega sončnega sevanja, izjemno velik.

Najenostavnejši zbiralnik sončnega sevanja je počrnjena kovinska (običajno aluminijasta) pločevina, znotraj katere so cevi, po katerih kroži tekočina. Ogrevana s sončno energijo, ki jo absorbira kolektor, se tekočina dovaja za neposredno uporabo.

Sončna energija je ena materialno najbolj intenzivnih vrst proizvodnje energije. Široka uporaba sončne energije pomeni ogromno povečanje potreb po materialih in posledično delovnih virih za pridobivanje surovin, njihovo bogatenje, proizvodnjo materialov, izdelavo heliostatov, kolektorjev, druge opreme in njihov transport.

Doslej je električna energija, proizvedena s sončnimi žarki, veliko dražja od prejete tradicionalne načine. Znanstveniki upajo, da bodo poskusi, ki jih bodo izvajali na eksperimentalnih napravah in postajah, pomagali rešiti ne le tehnične, ampak tudi ekonomske probleme.

vetrna energija.

Energija premikajočih se zračnih mas je ogromna. Zaloge vetrne energije so več kot stokrat večje od zalog hidroenergije vseh rek na planetu. Vetrovi pihajo nenehno in povsod po zemlji. Podnebne razmere omogočajo razvoj vetrne energije na velikem območju.

Toda v teh dneh motorji na vetrni pogon pokrivajo le eno tisočinko svetovnih potreb po energiji. Zato so pri načrtovanju vetrnega kolesa, srca vsake vetrne elektrarne, vključeni letalograditelji, ki znajo izbrati najustreznejši profil lopatic in ga preučiti v vetrovniku. S prizadevanji znanstvenikov in inženirjev je bilo ustvarjenih najrazličnejših modelov sodobnih vetrnih turbin.

Zemeljska energija.

Že od pradavnine so ljudje vedeli za elementarne manifestacije velikanske energije, ki se skriva v globinah globus. Spomin človeštva hrani legende o katastrofalnih vulkanskih izbruhih, ki so zahtevali milijone ljudi. človeška življenja, do neprepoznavnosti spremenila podobo mnogih krajev na Zemlji. Moč izbruha celo relativno majhnega vulkana je ogromna, večkrat presega moč največjih elektrarn, ki so jih ustvarile človeške roke. Res je, da o neposredni uporabi energije vulkanskih izbruhov ni treba govoriti, zaenkrat ljudje nimajo možnosti zajeziti tega nepokornega elementa.

Energija Zemlje ni primerna samo za ogrevanje prostorov, kot je to primer na Islandiji, ampak tudi za proizvodnjo električne energije. Elektrarne na vroče podzemne izvire delujejo že dolgo. Prvo takšno elektrarno, še dokaj nizke moči, so zgradili leta 1904 v majhnem italijanskem mestecu Larderello. Postopoma je moč elektrarne rasla, obratovalo je vedno več novih enot, uporabljali so se novi viri tople vode in danes je moč elektrarne že dosegla impresivno vrednost 360 tisoč kilovatov.

Prenos električne energije.

Transformatorji.

Kupili ste hladilnik ZIL. Prodajalec vas je opozoril, da je hladilnik zasnovan za omrežno napetost 220 V. In v vaši hiši je omrežna napetost 127 V. Zastoj? Sploh ne. Samo doplačati morate in kupiti transformator.

Transformator- zelo preprosta naprava, ki vam omogoča povečanje in zmanjšanje napetosti. Pretvorba AC se izvaja s pomočjo transformatorjev. Prvič je transformatorje uporabil leta 1878 ruski znanstvenik P. N. Yablochkov za napajanje "električnih sveč", ki jih je izumil, takrat novega vira svetlobe. Idejo P. N. Yablochkova je razvil I. F. Usagin, uslužbenec moskovske univerze, ki je oblikoval izboljšane transformatorje.

Transformator je sestavljen iz zaprtega železnega jedra, na katerega sta nameščeni dve (včasih več) tuljavi z žičnimi navitji (slika 1). Eno od navitij, imenovano primarno, je priključeno na vir izmenične napetosti. Drugo navitje, na katerega je priključena "obremenitev", to je naprave in naprave, ki porabljajo električno energijo, se imenuje sekundarna.

Delovanje transformatorja temelji na pojavu elektromagnetne indukcije. Ko skozi primarno navitje teče izmenični tok, se v železnem jedru pojavi izmenični magnetni tok, ki vzbuja indukcijsko EMF v vsakem navitju. Poleg tega je trenutna vrednost indukcijske emf e V vsak obrat primarnega ali sekundarnega navitja po Faradayevem zakonu je določen s formulo:

e = - Δ F/ Δ t

če F= Ф 0 сosωt, torej

e = ω Ф 0 greh ω t , oz

e = E 0 greh ω t ,

Kje E 0 \u003d ω Ф 0 - amplituda EMF v enem obratu.

V primarnem navitju, ki ima str 1 obratov, skupna indukcijska emf e 1 je enako n 1 e.

V sekundarnem navitju je celoten EMF. e 2 je enako n 2 e, Kje str 2 je število ovojev tega navitja.

Iz tega sledi, da

e 1 e 2 \u003d n 1 n 2 . (1)

Vsota napetosti u 1 , ki se nanese na primarno navitje, in EMF e 1 mora biti enak padcu napetosti v primarnem navitju:

u 1 + e 1 = jaz 1 R 1 , Kje R 1 je aktivni upor navitja in jaz 1 je tok v njem. Ta enačba izhaja neposredno iz splošne enačbe. Običajno je aktivni upor navitja majhen in člen jaz 1 R 1 lahko zanemarimo. Zato

u 1 ≈ -e 1 . (2)

Ko je sekundarno navitje transformatorja odprto, tok v njem ne teče in velja razmerje:

u 2 ≈ - e 2 . (3)

Ker so trenutne vrednosti emf e 1 in e 2 sprememba faze, potem lahko njihovo razmerje v formuli (1) nadomestimo z razmerjem efektivnih vrednosti E 1 in E 2 te EMF ali ob upoštevanju enakosti (2) in (3) razmerje efektivnih vrednosti napetosti U 1 in U 2 .

U 1 /U 2 = E 1 / E 2 = n 1 / n 2 = k . (4)

Vrednost k imenovano transformacijsko razmerje. če k> 1, potem je transformator padajoči, s k <1 - povečevanje.

Ko je tokokrog sekundarnega navitja sklenjen, v njem teče tok. Potem razmerje u 2 ≈ - e 2 ni več natančno zadoščeno in s tem povezava med U 1 in U 2 postane bolj zapletena kot v enačbi (4).

Po zakonu o ohranitvi energije mora biti moč v primarnem krogu enaka moči v sekundarnem krogu:

U 1 jaz 1 = U 2 jaz 2, (5)

Kje jaz 1 in jaz 2 - efektivne vrednosti sile v primarnih in sekundarnih navitjih.

Iz tega sledi, da

U 1 /U 2 = jaz 1 / jaz 2 . (6)

To pomeni, da z večkratnim povečanjem napetosti s pomočjo transformatorja za toliko zmanjšamo tok (in obratno).

Zaradi neizogibnih izgub energije za nastajanje toplote v navitjih in železnem jedru sta enačbi (5) in (6) približno izpolnjeni. Vendar pa v sodobnih transformatorjih visoke moči skupne izgube ne presegajo 2-3%.

V vsakdanji praksi se morate pogosto soočiti s transformatorji. Poleg tistih transformatorjev, ki jih uporabljamo, hočeš nočeš, zaradi dejstva, da so industrijske naprave zasnovane za eno napetost, druga pa se uporablja v mestnem omrežju - poleg njih se moramo ukvarjati z avtomobilskimi koluti. Bobbin je stopenjski transformator. Za ustvarjanje iskre, ki vžge delovno mešanico, je potrebna visoka napetost, ki jo dobimo iz avtomobilskega akumulatorja, potem ko z odklopnikom najprej spremenimo enosmerni tok akumulatorja v izmenični. Preprosto je videti, da do izgube energije, ki se porabi za ogrevanje transformatorja, ko se napetost poveča, se tok zmanjša in obratno.

Varilni stroji zahtevajo padajoče transformatorje. Varjenje zahteva zelo visoke tokove, transformator varilnega stroja pa ima le en izhodni obrat.

Verjetno ste opazili, da je jedro transformatorja izdelano iz tankih jeklenih plošč. To se naredi, da ne izgubite energije med pretvorbo napetosti. V ploščatem materialu bodo imeli vrtinčni tokovi manjšo vlogo kot v trdnem materialu.

Doma imate opravka z majhnimi transformatorji. Kar se tiče močnih transformatorjev, so ogromne strukture. V teh primerih se jedro z navitji postavi v rezervoar, napolnjen s hladilnim oljem.

Prenos električne energije

Porabniki električne energije so povsod. Proizvaja se na razmeroma malo mestih v bližini virov goriva in vodnih virov. Zato postane potreben prenos električne energije na razdalje, ki včasih dosežejo več sto kilometrov.

Toda prenos električne energije na dolge razdalje je povezan s precejšnjimi izgubami. Dejstvo je, da jih tok, ki teče skozi daljnovode, segreva. V skladu z zakonom Joule-Lenz je energija, porabljena za ogrevanje žic linije, določena s formulo

kjer je R linijski upor. Pri dolgem vodu lahko postane prenos električne energije na splošno neekonomičen. Da bi zmanjšali izgube, lahko seveda sledite poti zmanjšanja upora R linije s povečanjem preseka žic. Toda za zmanjšanje R, na primer, za faktor 100, je treba tudi maso žice povečati za faktor 100. Jasno je, da tako velike porabe dragih barvnih kovin ni mogoče dovoliti, da ne omenjamo težav pri pritrjevanju težkih žic na visoke drogove itd. Zato se izgube energije v liniji zmanjšajo na drug način: z zmanjšanjem toka v liniji. Na primer, zmanjšanje toka za faktor 10 zmanjša količino toplote, sproščene v prevodnikih, za 100-krat, tj. doseže se enak učinek kot pri stokratnem ponderiranju žice.

Ker je trenutna moč sorazmerna zmnožku jakosti toka in napetosti, je za ohranitev prenesene moči potrebno povečati napetost v daljnovodu. Poleg tega, daljši kot je daljnovod, bolj donosna je uporaba višje napetosti. Tako se na primer v visokonapetostnem daljnovodu Volzhskaya HPP - Moskva uporablja napetost 500 kV. Medtem so generatorji izmeničnega toka izdelani za napetosti, ki ne presegajo 16-20 kV, saj bi višja napetost zahtevala sprejetje bolj zapletenih posebnih ukrepov za izolacijo navitij in drugih delov generatorjev.

Zato so v velikih elektrarnah nameščeni povečevalni transformatorji. Transformator toliko poveča napetost v liniji, kolikor zmanjša tok. Izguba moči v tem primeru je majhna.

Za neposredno uporabo električne energije v motorjih električnih pogonov obdelovalnih strojev, v omrežju razsvetljave in za druge namene je treba napetost na koncih voda zmanjšati. To se doseže z uporabo padajočih transformatorjev. Poleg tega običajno zmanjšanje napetosti in s tem povečanje tokovne jakosti poteka v več fazah. Na vsaki stopnji je napetost manjša, območje pokrivanja električnega omrežja pa vse večje. Shema prenosa in distribucije električne energije je prikazana na sliki.

Elektrarne v številnih regijah države so povezane z visokonapetostnimi daljnovodi, ki tvorijo skupno električno omrežje, na katerega so priključeni potrošniki. Takšna zveza se imenuje elektroenergetski sistem. Elektroenergetski sistem zagotavlja nemoteno oskrbo odjemalcev z energijo ne glede na njihovo lokacijo.

Uporaba električne energije.

Uporaba električne energije na različnih področjih znanosti.

20. stoletje je postalo stoletje, ko znanost posega v vse družbene sfere: gospodarstvo, politiko, kulturo, izobraževanje itd. Znanost seveda neposredno vpliva na razvoj energetike in obseg električne energije. Po eni strani znanost prispeva k širjenju obsega električne energije in s tem povečuje njeno porabo, po drugi strani pa v dobi, ko neomejena raba neobnovljivih virov energije predstavlja nevarnost za prihodnje generacije, postajata razvoj energetsko varčnih tehnologij in njihova implementacija v življenje aktualni nalogi znanosti.

Razmislimo o teh vprašanjih na konkretnih primerih. Približno 80 % rasti BDP (bruto domačega proizvoda) v razvitih državah dosežejo s tehničnimi inovacijami, ki so večinoma povezane z uporabo električne energije. Vse novo v industriji, kmetijstvu in vsakdanjem življenju prihaja k nam zahvaljujoč novostim v različnih vejah znanosti.

Večina znanstvenih dosežkov se začne s teoretičnimi izračuni. Če pa so v devetnajstem stoletju te izračune opravljali s peresom in papirjem, potem v dobi znanstvene in tehnične revolucije (znanstveno-tehnološke revolucije) vse teoretične izračune, selekcijo in analizo znanstvenih podatkov ter celo jezikovno analizo literarnih del izvajajo s pomočjo računalnikov (elektronskih računalnikov), ki delujejo na električno energijo, najprimernejšo za njen prenos na daljavo in uporabo. Toda če so bili sprva računalniki uporabljeni za znanstvene izračune, so zdaj računalniki zaživeli iz znanosti.

Zdaj se uporabljajo na vseh področjih človeške dejavnosti: za snemanje in shranjevanje informacij, ustvarjanje arhivov, pripravo in urejanje besedil, izvajanje risarskih in grafičnih del, avtomatizacijo proizvodnje in kmetijstva. Elektronizacija in avtomatizacija proizvodnje sta najpomembnejši posledici »druge industrijske« oziroma »mikroelektronske« revolucije v gospodarstvih razvitih držav. Razvoj integrirane avtomatizacije je neposredno povezan tudi z mikroelektroniko, katere kakovostno nova stopnja se je začela po izumu mikroprocesorja leta 1971 - mikroelektronske logične naprave, vgrajene v različne naprave za nadzor njihovega delovanja.

Mikroprocesorji so pospešili rast robotike. Večina robotov, ki so danes v uporabi, spada v tako imenovano prvo generacijo in se uporabljajo pri varjenju, rezanju, stiskanju, premazovanju itd. Roboti druge generacije, ki jih nadomeščajo, so opremljeni z napravami za prepoznavanje okolja. In roboti - "intelektualci" tretje generacije bodo "videli", "čutili", "slišali". Med najbolj prednostnimi področji uporabe robotov znanstveniki in inženirji imenujejo jedrsko energijo, raziskovanje vesolja, transport, trgovino, skladiščenje, medicinsko oskrbo, predelavo odpadkov, razvoj bogastev oceanskega dna. Večina robotov deluje na električno energijo, vendar se povečana poraba električne energije robotov izravna z znižanjem stroškov energije v številnih energetsko intenzivnih proizvodnih procesih z uvedbo učinkovitejših metod in novih energetsko varčnih tehnoloških procesov.

Ampak nazaj k znanosti. Vse nove teoretične ugotovitve so eksperimentalno preverjene po računalniških izračunih. In praviloma se na tej stopnji izvajajo raziskave s fizikalnimi meritvami, kemičnimi analizami itd. Znanstvena raziskovalna orodja so tukaj raznolika - številni merilni instrumenti, pospeševalci, elektronski mikroskopi, magnetnoresonančni tomografi itd. Večina teh instrumentov eksperimentalne znanosti deluje na električno energijo.

Znanost na področju komunikacij in komunikacij se zelo hitro razvija. Satelitska komunikacija se ne uporablja le kot sredstvo mednarodne komunikacije, ampak tudi v vsakdanjem življenju - satelitske antene v našem mestu niso neobičajne. Nova komunikacijska sredstva, kot je optična tehnologija, lahko bistveno zmanjšajo izgube električne energije v procesu prenosa signalov na velike razdalje.

Znanost in sfera upravljanja nista zaobšla. Z razvojem znanstvene in tehnološke revolucije, širitvijo proizvodne in neproizvodne sfere človeške dejavnosti, upravljanje začne igrati vse pomembnejšo vlogo pri izboljšanju njihove učinkovitosti. Iz nekakšne umetnosti, do nedavnega na podlagi izkušenj in intuicije, je management postal znanost. Veda o upravljanju, splošnih zakonitostih sprejemanja, shranjevanja, prenosa in obdelave informacij se imenuje kibernetika. Ta izraz izhaja iz grških besed "krmar", "krmar". Najdemo ga v spisih starogrških filozofov. Vendar se je njeno novo rojstvo dejansko zgodilo leta 1948, po objavi knjige "Kibernetika" ameriškega znanstvenika Norberta Wienerja.

Pred začetkom »kibernetske« revolucije je obstajalo samo papirnato računalništvo, katerega glavno sredstvo zaznavanja so bili človeški možgani in ni uporabljalo elektrike. "Kibernetska" revolucija je povzročila bistveno drugačno - strojno informatiko, ki ustreza gigantsko povečanim pretokom informacij, katerih vir energije je elektrika. Ustvarili so se popolnoma novi načini pridobivanja informacij, njihovega zbiranja, obdelave in prenosa, ki skupaj tvorijo kompleksno informacijsko strukturo. Vključuje avtomatizirane nadzorne sisteme (avtomatizirani nadzorni sistemi), informacijske banke podatkov, avtomatizirane informacijske baze, računalniške centre, video terminale, fotokopirne in telegrafske stroje, državne informacijske sisteme, satelitske in hitre optične komunikacijske sisteme - vse to je neomejeno razširilo obseg uporabe električne energije.

Mnogi znanstveniki verjamejo, da v tem primeru govorimo o novi "informacijski" civilizaciji, ki nadomešča tradicionalno organizacijo industrijskega tipa družbe. Za to specializacijo so značilne naslednje pomembne značilnosti:

· široka uporaba informacijske tehnologije v materialni in nematerialni proizvodnji, na področju znanosti, izobraževanja, zdravstva itd.;

prisotnost široke mreže različnih bank podatkov, vključno z javno uporabo;

preoblikovanje informacij v enega najpomembnejših dejavnikov gospodarskega, nacionalnega in osebnega razvoja;

prosti pretok informacij v družbi.

Takšen prehod iz industrijske družbe v "informacijsko civilizacijo" je postal mogoč predvsem zaradi razvoja energetike in zagotavljanja priročne vrste energije pri prenosu in uporabi - električne energije.

Električna energija v proizvodnji.

Sodobne družbe si ni mogoče predstavljati brez elektrifikacije proizvodnih dejavnosti. Že konec osemdesetih let prejšnjega stoletja je bila več kot 1/3 vse porabe energije na svetu izvedena v obliki električne energije. Do začetka naslednjega stoletja se lahko ta delež poveča na 1/2. Takšno povečanje porabe električne energije je povezano predvsem s povečanjem njene porabe v industriji. Glavnina industrijskih podjetij deluje na električni energiji. Visoka poraba električne energije je značilna za energetsko intenzivne industrije, kot so metalurgija, aluminij in strojegradnja.

Elektrika v domu.

Elektrika v vsakdanjem življenju je bistveni pomočnik. Z njo se srečujemo vsak dan in verjetno si življenja brez nje ne moremo več predstavljati. Spomnite se, kdaj ste zadnjič ugasnili luč, torej vaša hiša ni dobila elektrike, spomnite se, kako ste prisegli, da nimate časa za nič in potrebujete svetlobo, potrebujete TV, kuhalnik vode in kup drugih električnih aparatov. Konec koncev, če bomo za vedno brez energije, se bomo preprosto vrnili v tiste davne čase, ko so hrano kuhali na ognju in živeli v hladnih wigwamih.

Pomen elektrike v našem življenju je mogoče opisati s celo pesmijo, tako pomembna je v našem življenju in tako smo je navajeni. Čeprav ne opazimo več, da prihaja v naše domove, ko pa je izklopljena, postane zelo neprijetno.

Cenite elektriko!

Bibliografija.

1. Učbenik S. V. Gromova "Fizika, 10. razred". Moskva: Razsvetljenje.

2. Enciklopedični slovar mladega fizika. Spojina. V.A. Chuyanov, Moskva: Pedagogika.

3. Ellion L., Wilkons W.. Fizika. Moskva: Nauka.

4. Koltun M. Svet fizike. Moskva.

5. Viri energije. Dejstva, težave, rešitve. Moskva: Znanost in tehnologija.

6. Netradicionalni viri energije. Moskva: Znanje.

7. Yudasin L. S. Energija: težave in upanja. Moskva: Razsvetljenje.

8. Podgorny A.N. Vodikova energija. Moskva: Nauka.

Nobena skrivnost ni, da elektriko v našem domu pridobivajo iz elektrarn, ki so glavni vir električne energije. Lahko pa je med nami (potrošniki) in postajo na stotine kilometrov in skozi vso to dolgo razdaljo je treba nekako prenesti tok z največjo učinkovitostjo. V tem članku bomo pravzaprav preučili, kako se električna energija prenaša na daljavo do potrošnikov.

Prevozna pot električne energije

Torej, kot smo že povedali, je izhodišče elektrarna, ki pravzaprav proizvaja električno energijo. Do danes so glavne vrste elektrarn hidroelektrarne (HE), toplotne (TE) in jedrske (JE). Poleg tega obstajajo sončna, vetrna in geotermalna energija. postaje.

Dlje od vira se električna energija prenaša do porabnikov, ki so lahko oddaljeni. Za izvedbo prenosa električne energije je potrebno povečati napetost s povečevalnimi transformatorji (napetost se lahko poveča do 1150 kV, odvisno od razdalje).

Zakaj se električna energija prenaša pri visoki napetosti? Vse je zelo preprosto. Spomnimo se formule za električno energijo - P = UI, potem če energijo prenesete na potrošnika, potem višja kot je napetost na daljnovodu - nižji je tok v žicah z enako porabo energije. Zahvaljujoč temu je mogoče graditi daljnovode z visoko napetostjo, zmanjšati presek žic v primerjavi z daljnovodi z nizko napetostjo. To pomeni, da se bodo stroški gradnje zmanjšali – tanjše kot so žice, cenejše so.

Skladno s tem se električna energija prenaša od postaje do povečevalnega transformatorja (če je potrebno), nato pa se s pomočjo daljnovodov električna energija prenaša v CRP (centralne razdelilne postaje). Slednji pa se nahajajo v mestih ali v njihovi neposredni bližini. Na CRP napetost pade na 220 ali 110 kV, od koder se električna energija prenaša v transformatorske postaje.

Nadalje se napetost ponovno zniža (že na 6-10 kV) in porazdelitev električne energije poteka med transformatorskimi točkami, imenovanimi tudi TP. Električna energija se lahko prenaša na transformatorske točke ne prek električnih vodov, temveč prek podzemnega kablovoda, ker. v urbanih območjih bo primernejša. Dejstvo je, da so stroški prednosti v mestih precej visoki in da bo bolj donosno kopati jarek in vanj položiti kabel, kot pa zasesti prostor na površini.

Od transformatorskih točk se električna energija prenaša v večnadstropne stavbe, stavbe zasebnega sektorja, garažne zadruge itd. Opozarjamo vas na dejstvo, da napetost na transformatorski postaji ponovno pade, že na običajnih 0,4 kV (omrežje 380 voltov).

Če na kratko razmislimo o poti prenosa električne energije od vira do potrošnikov, potem izgleda takole: elektrarna (na primer 10 kV) - transformatorska postaja (od 110 do 1150 kV) - daljnovod - transformatorska postaja - transformatorska postaja (10-0,4 kV) - stanovanjske zgradbe.

Na ta način se električna energija po žicah prenaša do naše hiše. Kot lahko vidite, shema za prenos in distribucijo električne energije potrošnikom ni preveč zapletena, vse je odvisno od tega, kako velika je razdalja.

Na spodnji sliki lahko jasno vidite, kako električna energija vstopa v mesta in doseže stanovanjski sektor:

Strokovnjaki govorijo o tem vprašanju podrobneje:

Kako potuje električna energija od vira do porabnika?

Kaj je še pomembno vedeti?

Želel sem povedati tudi nekaj besed o točkah, ki se križajo s tem vprašanjem. Prvič, že dolgo potekajo raziskave o tem, kako izvesti prenos električne energije brez žic. Idej je veliko, a najbolj obetavna rešitev do danes je uporaba brezžične tehnologije WI-Fi. Znanstveniki z Univerze v Washingtonu so ugotovili, da je ta metoda povsem resnična, in začeli podrobneje preučevati to vprašanje.

Drugič, danes daljnovod prenaša izmenični in ne enosmerni tok. To je posledica dejstva, da imajo pretvorniške naprave, ki najprej popravijo tok na vhodu in ga nato ponovno spremenijo na izhodu, precej visoke stroške, kar ni ekonomsko izvedljivo. Vendar pa je prepustnost enosmernih daljnovodov še vedno 2-krat višja, zaradi česar razmišljamo tudi o tem, kako se ga bolj splača izvajati.

V prvem metodološkem vodniku za operativno osebje začetnike je bil obravnavan princip proizvodnje električne energije v termoelektrarnah. V tem poglavju bomo obravnavali glavne procese in značilnosti delovanja opreme med prenosom električne energije od elektrarne do potrošnika.

V veliki večini primerov se električna energija, ki izstopa iz generatorja, s povečevalnim transformatorjem takoj pretvori v električno energijo višje napetosti, pri porabniku pa se s stopenjskim transformatorjem pretvori v električno energijo nižje napetosti. Zakaj se to počne? Napetost generatorja v večini termoelektrarn je 6-10 kV, na velikih generatorjih 15-20 kV. Električne energije, ali preprosteje, moč takšne napetosti na velike razdalje ni ekonomsko donosna za prenos iz dveh razlogov:

• 1. Prevelike izgube (višja kot je napetost, manjša je izguba električne energije. O tem bo podrobneje govora v poglavju "Izgube električne energije");
• 2. Zaradi nizke pasovne širine.

Če se kdo spomni, lahko vsak prevodnik določenega odseka prenese določeno količino električnega toka, in če je ta vrednost presežena, se bo prevodnik začel segrevati in nato preprosto stopiti. Če pogledate formulo za skupno moč S=v3UI (U - napetost, I - tok), potem je enostavno uganiti, da za enako količino prenesene moči, višja kot je napetost voda, manjša je količina toka, ki teče skozi to. Zato bo za prenos prenesene moči na primer vzdolž enega voda 110 kV z uporabo vodov 10 kV potrebno zgraditi 10 vodov 10 kV z žico enakega preseka kot vod 110 kV. Če je elektrarna v bližini porabnika (npr. velike elektrarne), potem ni smiselno povečevati napetosti za prenos električne energije in se porabniku napaja na generatorski napetosti, kar prihrani na transformatorjih. Mimogrede, kakšna je razlika med elektriko in električno energijo? nič. Električna moč je trenutna vrednost električne energije in se meri v vatih, kilovatih, megavatih (W, kW, MW), električna energija pa je količina oddane električne moči na časovno enoto in se meri v kilovatnih urah (kWh,). Enota, v kateri se električna energija pretvarja iz ene napetosti v drugo, se imenuje transformator.

Načelo delovanja in zasnova transformatorja

Kot smo že povedali, transformator služi za pretvorbo električne moči ene napetosti v električno moč druge napetosti. Kako se to zgodi. Trifazni transformator je magnetno vezje (jedro), izdelano iz pločevine električnega jekla in sestavljeno iz treh navpičnih palic, povezanih od zgoraj in spodaj z istimi prečnimi palicami (imenujejo se jarem). Na palice so nameščena nizko in visokonapetostna navitja v obliki valjastih tuljav iz izolirane bakrene žice. V energetskem sektorju se ta navitja imenujejo visoka in nizka napetost, če ima transformator dva navitja, to je, da ima samo dve napetosti. V trinavitnem transformatorju je tudi srednjenapetostno navitje. Navitja so nameščena na palico v naslednjem vrstnem redu: najprej nizkonapetostno navitje (najbližje magnetnemu vezju), nato srednjenapetostno navitje in nato višjenapetostno navitje, to je na vsako palico tri navitja, če je transformator tri navitja, in dva navitja, če je transformator dvonavitni. Zaradi enostavnosti bomo upoštevali delovanje dveh navitnih transformatorjev. Navitja ene palice tvorijo fazo. Linijske sponke so priključene na začetek vsakega navitja, skozi katerega električna energija vstopa in izstopa iz transformatorja. Navitje, v katerega električna energija vstopa v transformator, se imenuje primarno, navitje, iz katerega pretvorjena moč odhaja, pa sekundar. Če se moč približa nizkonapetostnemu navitju in zapusti višjenapetostno navitje, se transformator imenuje stopenjski transformator. In obratno, če se moč približa višjenapetostnemu navitju in zapusti nižjenapetostno navitje, se transformator imenuje stopenjski. Po svoji zasnovi se ne razlikujejo. Konci navitij visoke in nizke napetosti so povezani drugače. Konci navitij višje napetosti so povezani skupaj in tvorijo zvezdo, imenujemo jo tudi nevtralna (zakaj, bomo razmislili kasneje). Konci nizkonapetostnih navitij so zapleteno povezani, in sicer je konec vsakega navitja povezan z začetkom drugega in tvori, če se na diagramu razširi, trikotnik, na vrhove katerega so priključeni linearni izhodi. Zakaj sta navitja visoke in nizke napetosti povezana drugače? Iz čisto ekonomskih razlogov. Električni tok in napetost delimo na fazne in linearne. Napetost med fazami A-B, B-C in C-A se imenuje linearna, imenujemo jo tudi medfazna. Fazna napetost je napetost med vsako (posamezno) fazo in zemljo ali, v primeru transformatorja, nevtralnim transformatorjem. Fazna napetost je v3-krat (1,73-krat) manjša od linearne napetosti. Linearni in fazni tok je najbolje obravnavati na primeru povezav navitij transformatorja. Tok, ki teče skozi vsako fazo linije, se imenuje linearni. Tok, ki teče skozi navitje vsake faze transformatorja ali elektromotorja, se imenuje fazni tok. Če je navitje teh enot povezano z zvezdo, potem je linearni tok, tako v fazi linije kot v fazi zvezde, enak (narišite zvezdo in črto in takoj bo jasno). To je, ko je navitje povezano z zvezdo, je linearni tok enak faznemu toku. Če je navitje povezano v trikotnik (risba), potem vidimo, kako se tok iz črte, ki se približuje vrhu trikotnika, razhaja skozi dva navitja. Tukaj fazni tok ni enak linearnemu toku, je manjši od njega. Fazni tok, kot tudi napetost, je v3-krat (1,73-krat) manjši od linearnega. Ko je navitje povezano v zvezdo, je tok, ki teče skozi njega, enak linearnemu toku, napetost na tem navitju pa je enaka fazni napetosti. In ko je navitje povezano v trikotnik, je tok, ki teče skozi njega, enak faznemu toku, napetost na vsakem navitju pa je enaka linearni napetosti. In če je na primer navitje transformatorja, na katerega se napaja napetost 110 kV, najprej priključeno na zvezdo in nato na trikotnik, potem bo v prvem primeru (ko je zvezda) napetost, ki se uporablja za navitje vsake faze, 63 kV, v drugem primeru (ko je trikotnik) pa 110 kV. Zato mora biti izolacija na njem, ko je navitje vezano v trikotnik, večja in zato dražja. Pri tokovih je ravno nasprotno. Ko je navitje vezano v trikotnik, je tok, ki teče skozenj, v3-krat manjši od toka, ki teče skozi isto navitje, če je vezano v zvezdo. Če je tok manjši, je presek žice za navijanje manjši in navijanje cenejše. Ker je tok na nizkonapetostni strani večji od toka na visokonapetostni strani (in je zato večji prerez navitja), je nizkonapetostno navitje povezano v trikotnik. Višja kot je napetost, dražja je izolacija. Zato je navitje višje napetosti povezano v zvezdo. Obstajajo tudi koncepti, kot sta nazivni tok in nazivna napetost. Nazivni tok je največji tok, ki teče skozi prevodnik dolgo časa, ne da bi se pregrel nad temperaturo, dovoljeno za njegovo izolacijo. Nazivna napetost je največja napetost glede na ozemljitev (fazna napetost) ali druge faze te opreme (linearna napetost), ki se dolgo časa nanaša na vodnik (deluje na vodnik) brez nevarnosti poškodbe (razpada) njegove izolacije. Za vsako opremo proizvajalec navede nazivni tok in napetost njenih vodnikov.

torej. Ko je primarno navitje transformatorja dovedeno z električno energijo, tok, ki teče skozenj (skozi navitje), ustvari izmenični magnetni tok v magnetnem krogu, na katerega so navitja oblečena, ta pa v sekundarnem navitju inducira tako imenovano elektromotorno silo (emf). E.m.f. je isto kot moč. Na ta način se s pomočjo elektromagnetne sklopke moč prenaša preko transformatorja. Ne zamenjujte z električno komunikacijo. Električna povezava (imenuje se tudi kovinska) je, ko se moč prenaša po vodniku brez zračnih rež. Razmerje med primarno in sekundarno napetostjo ter številom ovojev navitij določa formula:

U1 / U2 = w1 / w2

kjer sta U1 in w1 napetost in število ovojev primarnega navitja, U2 in w2 pa sta sekundarna. Iz tega sledi, da lahko z izbiro števila ovojev primarnega in sekundarnega navitja dosežemo želeno sekundarno napetost. Razmerje višje napetosti proti nižji napetosti ali razmerje med številom ovojev navitja višje napetosti in navitja nižje napetosti (kar je enako) se imenuje transformacijsko razmerje transformatorja. Transformacijsko razmerje je vedno večje od ena (to je vseeno mogoče ugibati). Transformatorje, ki se uporabljajo za pretvorbo električne moči ene napetosti v moč druge napetosti, imenujemo moč. Obstajajo tudi tokovni in napetostni transformatorji. Ti transformatorji se imenujejo merilni, ker. namenjeni so za napajanje naprav za merjenje toka in napetosti, podrobneje pa jih bomo obravnavali v poglavju o relejni zaščiti, avtomatiki in meritvah. Količina moči, ki prehaja skozi močnostni transformator, se ne spremeni (če izključimo nepomembne izgube med pretvorbo), spremenijo se le vrednosti toka in napetosti. Če se spomnimo formule za moč, S=v3UI, ni težko uganiti, da kolikokrat se spremeni napetost med transformacijo, se tok spremeni enako, le v nasprotni smeri, to je, če se napetost po transformatorju poveča 10-krat, potem se tok zmanjša 10-krat. To je za to (da zmanjšate količino toka) in povečate napetost v elektrarnah, da jo prenesete na velike razdalje. Transformatorji so suhi in oljni. Suhi transformatorji (serija TC) so zračno hlajeni transformatorji za zaprte prostore. Zasnova je najpreprostejša, magnetno vezje z navitji stoji na izolatorjih na tleh prostora in je prekrito z ohišjem iz kovinske mreže. Ustvarjeno toploto odvaja okoliški zrak. Suhi transformatorji se proizvajajo za napetosti do 10 kV in se uporabljajo predvsem za lastne potrebe elektrarn. V industriji se uporabljajo predvsem oljni transformatorji (serije TM, TD, TDC, TC. Črke M, D, DC in C pomenijo način hlajenja in kroženja olja). Pri oljnem transformatorju je magnetno vezje z navitji nameščeno v zatesnjenem ohišju napolnjenem s transformatorskim oljem, ki služi za hlajenje in hkrati izolacijo magnetnega vezja in navitij. Na vrhu ohišja je ekspanzijska posoda, ki služi za napajanje ohišja in sprejem olja iz ohišja s temperaturnimi spremembami prostornine olja v ohišju transformatorja. Na straneh ohišja oljnega transformatorja so nameščeni hladilniki olja, ki služijo za hlajenje olja. Olje pod vplivom temperaturne razlike v ohišju in zunaj v radiatorju neprestano kroži po radiatorjih, pri čemer se hladi z zunanjim zrakom. To imenujemo naravno hlajenje in naravno kroženje olja (M hladilni sistem). Tak sistem hlajenja se uporablja na transformatorjih do 10 MW. Pri transformatorjih, večjih od 10 MW, hladilnike olja pihajo ventilatorji za večjo učinkovitost hlajenja. Ta hladilni sistem D je z naravno cirkulacijo in prisilnim vlekom. Za še učinkovitejše hlajenje olja krožijo s črpalkami, radiatorje pa napihujejo ventilatorji. Ta hladilni sistem spada v tip DC - s prisilnim kroženjem olja in prisilnim peskanjem in se uporablja na transformatorjih z močjo nad 100 MW. Najučinkovitejši sistem danes je sistem C - s prisilnim kroženjem olja in vodno hlajenimi oljnimi hladilniki. Uporablja se na transformatorjih 500 MW in več.

V tehnični literaturi pogosto najdemo še eno značilnost transformatorja - to je Uk%, kar pomeni napetost kratkega stika v odstotkih. Napetost Uk% je napetost na enem od navitij transformatorja, pri kateri nazivni tok teče skozi drugo kratkostično navitje (mimogrede, nazivni tok teče tudi skozi prvo navitje v tem trenutku). Uk% označuje impedanco navitij transformatorja in se uporablja pri izračunu tokov za transformatorjem v različnih načinih delovanja omrežja.

Močnostni transformatorji se proizvajajo predvsem v trifazni izvedbi. Močni transformatorji (500 MVA in več) se proizvajajo v enofazni izvedbi iz preprostega razloga, ker bo trifazni transformator takšne moči takšnih dimenzij, da ga ne bo mogoče dostaviti na mesto namestitve. Transformatorji so dvonavitni (VN, NN), trinavitni (VN, SN, NN) in z deljenimi navitji. Transformator z deljenim navitjem ima dva enaka nizkonapetostna navitja. Čemu služi? Transformatorji z deljenimi navitji imajo povečan Uk % (upor navitja), zato jih je smotrneje uporabljati za napajanje stikalnih naprav z velikim številom priključkov. Stikalna naprava ni sestavljena iz dveh sekcij (en transformator za vsako), ampak iz štirih. En transformator napaja dva odseka (vsako navitje napaja ločen odsek). Tako zmanjšamo tok kratkega stika v sekcijah za polovico, v primerjavi s tem, če bi bila sekcija dve in bi se vsaka napajala z dvema navitnima transformatorjema.

Regulacija napetosti transformatorja

Kot smo že povedali, lahko vrednost napetosti na sekundarnem navitju transformatorja spremenimo s spreminjanjem števila obratov primarnega ali sekundarnega navitja. Na močnostnih transformatorjih je predvidena sprememba števila obratov na navitju višje napetosti. Za to imajo nekateri ovoji navitja višje napetosti nastavitvene veje, s katerimi lahko dodate ali zmanjšate število ovojev navitja višje napetosti. Z zmanjšanjem števila ovojev višjenapetostnega navitja, ko je to primarno navitje (stopenjski transformator), se zmanjša upor navitja, zato se povečata tok in magnetni pretok v jedru transformatorja, kar pomeni, da se poveča napetost na nizkonapetostnem navitju, ki je v tem primeru sekundarno. In obratno. S povečanjem števila ovojev navitja višje napetosti se poveča upor navitja, zato se tok in magnetni pretok v jedru transformatorja zmanjšata, s tem pa se zmanjša tudi napetost na navitju nizke napetosti.

V primeru stopenjskega transformatorja, ko je nizkonapetostno navitje primarno in visokonapetostno navitje sekundarno, se proces povečanja napetosti na sekundarnem navitju ne pojavi zaradi povečanja magnetnega pretoka, temveč zaradi povečanja števila obratov sekundarnega navitja, to je navitja višje napetosti.

Zakaj se regulacija napetosti izvaja ravno na višjenapetostnem navitju, bo jasno po preučitvi zasnove stikala. V oljnih transformatorjih se uporabljata dve vrsti stikal za odcepe - PBV in OLTC. Stikalo PBV pomeni preklapljanje brez vzbujanja, to je na odklopljenem transformatorju in je sistem fiksnih kontaktov, povezanih z vejami navitja, in gibljivih kontaktov, povezanih z glavnim navitjem. Premični kontakti so nameščeni na napravi v obliki bobna, katerega obračanje s pogonskim ročajem, ki se nahaja na pokrovu transformatorja, spreminja število obratov navitja višje napetosti. Ker je na ta način reguliranje napetosti pogosto neprijetno zaradi potrebe po izklopu transformatorja, se s pomočjo stikal PBV izvaja predvsem sezonska regulacija napetosti, ko se spremenijo obremenitve v sosednjem omrežju, to je pozimi in poleti (pozimi je obremenitev večja, kar pomeni večji padec napetosti v omrežju in je treba napetost povečati).

Za pogoste prilagoditve napetosti je na transformatorjih nameščen odcepni regulator, kar pomeni regulacijo pod obremenitvijo. Preklopnik tipa OLTC vam omogoča regulacijo napetosti, ne da bi izklopili transformator ali celo odstranili obremenitev z njega, zato je njegova zasnova bolj zapletena kot pri stikalu PBV. Da bi zagotovili, da med preklapljanjem gibljivega kontakta iz ene veje v drugo ne pride do prekinitve tokovnega tokokroga navitja, ima preklopnik pod obremenitvijo dva premična kontakta za vsako fazo (glavni in shunt) in preklop z ene veje na drugo poteka v dveh stopnjah - najprej se glavni kontakt preklopi na novo vejo, nato pa shunt. In tako, da v trenutku, ko je glavni kontakt že na novi veji, ranžirni pa je še vedno na starem, zavoji med temi kontakti ne povzročijo kratkega stika, je v vezju s šuntnim kontaktom nameščen poseben upor in tok ne gre skozi kratek stik, ki ga tvorijo glavni in ranžirni kontakti. Preklopnik pod obremenitvijo ni nameščen v skupni posodi transformatorja, kjer se nahaja magnetno vezje z navitji, temveč v ločenem predelu, kjer se izvlečejo veje navitij višje napetosti. To je posledica dejstva, da pri preklopu pod obremenitvijo med kontakti nastane električni oblok, čeprav nepomemben, ki razgradi olje s sproščanjem vodika. In če bi bil regulator napetosti v skupnem rezervoarju, bi se vodik nenehno kopičil v plinskem releju transformatorja, kar bi povzročilo nepotrebne izklope plinske zaščite (o tem bomo podrobneje razpravljali v poglavju o relejni zaščiti in avtomatizaciji). Preklopnik pod obremenitvijo je mogoče preklopiti tako na daljavo s krmilnim ključem kot s pomočjo AVR (avtomatsko regulacijo napetosti), ki reagira na spremembe napetosti na sekundarnem navitju.

V suhih transformatorjih ni odcepnih stikal in sprememba števila obratov se pojavi s ponovnim priklopom posebne kovinske plošče na navitju vsake faze, ki povezuje glavni del navitja z dodatnimi obrati.

Avtotransformatorji

Avtotransformatorji se uporabljajo za povezavo stikalnih naprav različnih napetosti. Avtotransformator se od trinavitnega transformatorja razlikuje po tem, da nima srednjenapetostnega navitja. Povprečna napetost je vzeta iz dela navitja višje napetosti. V navitju transformatorja, povezanem v zvezdo, napetost od maksimuma na začetku navitja pada z vsakim obratom proti nevtralnemu, dokler na nevtralnem po zadnjem obratu popolnoma ne pade na nič. Na podlagi tega načela je izdelano srednjenapetostno navitje avtotransformatorja. Na primer, v avtotransformatorju z napetostjo 220/110/10 kV se nekje na sredini višjenapetostnega navitja (220 kV) naredijo veje, ki ustrezajo napetosti 110 kV, to je srednjenapetostno navitje v kombinaciji z višjo napetostjo (oziroma je del tega). Zato je avtotransformator manjši in cenejši od treh navitnih transformatorjev enake moči. Na višjenapetostnem navitju (kot pri transformatorju) je več vej za možnost regulacije napetosti z odcepnim stikalom pod obremenitvijo.

V PTE lahko najdete tako stvar, kot je dovoljena napetost za določeno vejo navitja transformatorja. Kako to razumeti in kje dobiti te dovoljene napetosti? Kot smo povedali na začetku tega razdelka, se v navitjih zvezdasto vezanih transformatorjev napetost zmanjša z vsakim obratom proti nevtralnemu. V zvezi s tem se zmanjša tudi izolacija z vsakim obratom, oziroma z vsako vejo proti nevtralni (zaradi varčevanja). Zato ima vsaka veja svojo dovoljeno napetost. In to napetost lahko vidite v tabeli kapic transformatorja, v tovarniških navodilih, v najslabšem primeru na ploščici, pritrjeni na transformator.

Proizvodnja (proizvodnja), distribucija in poraba električne in toplotne energije: elektrarna proizvaja (ali proizvaja) električno energijo, elektrarna soproizvaja električno in toplotno energijo. Glede na vrsto primarnega energenta, ki se pretvarja v električno ali toplotno energijo, delimo elektrarne na termoelektrarne (TE), jedrske (NEK) in hidravlične (HE). V termoelektrarnah je primarni vir energije organsko gorivo (premog, plin, nafta), v jedrskih elektrarnah - uranov koncentrat, v hidroelektrarnah - voda (hidro viri). TE delimo na kondenzacijske termoelektrarne (kondenzacijske elektrarne - IES ali državne daljinske elektrarne - GRES), ki proizvajajo samo električno energijo, in toplotne elektrarne (SPTE), ki proizvajajo tako električno kot toplotno energijo.

Poleg termoelektrarn, jedrskih elektrarn in hidroelektrarn obstajajo tudi druge vrste elektrarn (črpalne, dizelske, sončne, geotermalne, elektrarne na plimovanje in vetrne elektrarne). Vendar je njihova moč majhna.

Električni del elektrarne vključuje različno glavno in pomožno opremo. Glavna oprema za proizvodnjo in distribucijo električne energije vključuje: sinhrone generatorje, ki proizvajajo električno energijo (v TE - turbogeneratorji); zbiralke, izdelane za sprejem električne energije od generatorjev in njeno distribucijo porabnikom; stikalne naprave - stikala, namenjena vklopu in izklopu tokokrogov v normalnih in izrednih razmerah, in ločilniki, namenjeni razbremenitvi napetosti iz breznapetostnih delov električnih napeljav in ustvarjanju vidnega preloma v tokokrogu (ločilniki praviloma niso zasnovani za prekinitev delovnega toka napeljave); pomožni električni sprejemniki (črpalke, ventilatorji, zasilna električna razsvetljava itd.). Pomožna oprema je zasnovana za izvajanje funkcij merjenja, signalizacije, zaščite in avtomatizacije itd.

Energetski sistem (energetski sistem) sestavljajo elektrarne, električna omrežja in porabniki električne energije, ki so med seboj povezani in povezani s skupnim načinom delovanja v neprekinjenem procesu proizvodnje, distribucije in porabe električne in toplotne energije, s splošnim upravljanjem tega načina.

Električni (električni) sistem- to je sklop električnih delov elektrarn, električnih omrežij in porabnikov električne energije, ki jih povezuje skupnost režima in kontinuiteta procesa proizvodnje, distribucije in porabe električne energije. Elektroenergetski sistem je del elektroenergetskega sistema, razen toplotnih omrežij in porabnikov toplote. Električno omrežje je sklop električnih napeljav za distribucijo električne energije, ki ga sestavljajo razdelilne postaje, stikalne naprave, nadzemni in kabelski daljnovodi. Distribucija električne energije od elektrarn do porabnikov poteka po električnem omrežju. Električni vod (nadzemni ali kabelski) - električna napeljava, namenjena prenosu električne energije.

V naši državi se uporabljajo standardne nazivne (medfazne) napetosti trifaznega toka s frekvenco 50 Hz v območju 6-1150 kV, pa tudi napetosti 0,66; 0,38 (0,22) kV.

Prenos električne energije iz elektrarn preko daljnovodov se izvaja pri napetostih 110-1150 kV, kar je bistveno več kot napetost generatorjev. Električne transformatorske postaje se uporabljajo za pretvorbo električne energije ene napetosti v električno energijo druge napetosti. Električna transformatorska postaja je električna napeljava, namenjena pretvorbi in distribuciji električne energije. Postaje sestavljajo transformatorji, zbiralke in stikalne naprave ter pomožna oprema: naprave za relejno zaščito in avtomatizacijo, merilni instrumenti. RTP so namenjene povezovanju generatorjev in porabnikov z daljnovodi (stopenjske in padajoče RTP P1 in P2) ter povezovanju posameznih delov električnega sistema.