Podsumowanie lekcji „Wytwarzanie i wykorzystanie energii elektrycznej”. Produkcja, przesyłanie i zużycie energii elektrycznej. Transformator

Przesyłanie energii elektrycznej to proces polegający na dostarczaniu energii elektrycznej odbiorcom. Energia elektryczna produkowana jest w odległych źródłach wytwórczych (elektrowniach) za pomocą ogromnych generatorów wykorzystujących węgiel, gazu ziemnego, woda, rozpad atomowy lub wiatr.

Prąd przesyłany jest poprzez transformatory, które zwiększają jego napięcie. Jest to wysokie napięcie, które jest ekonomicznie korzystne przy przesyłaniu energii na duże odległości. Linie wysokiego napięcia linie elektroenergetyczne rozciągają się na terenie całego kraju. Według nich Elektryczność dociera do podstacji w pobliżu dużych miast, gdzie jego napięcie jest redukowane i kierowane do małych linii elektroenergetycznych (dystrybucyjnych). Prąd elektryczny przepływa liniami dystrybucyjnymi w każdym rejonie miasta i trafia do skrzynek transformatorowych. Transformatory obniżają napięcie do określonej wartości standardowej, która jest bezpieczna i niezbędna do pracy urządzeń gospodarstwa domowego. Prąd wpływa do domu przez przewody i przepływa przez licznik, który pokazuje ilość zużytej energii.

Transformator to urządzenie statyczne, które przekształca przemienny prąd elektryczny o jednym napięciu w prąd przemienny różne napięcie bez zmiany jego częstotliwości. Może działać tylko na prądzie przemiennym.

Główne części konstrukcyjne transformatora

Urządzenie składa się z trzech głównych części:

1. Uzwojenie pierwotne transformatora. Liczba zwojów N 1.
2. Rdzeń o zamkniętym kształcie wykonany z miękkiego materiału magnetycznego (na przykład stali).
3. Uzwojenie wtórne. Liczba zwojów N 2.

Na schematach transformator jest przedstawiony w następujący sposób:

Zasada działania

Działanie transformatora mocy opiera się na przepisach prawa Indukcja elektromagnetyczna Faradaya.

Pomiędzy dwoma oddzielnymi uzwojeniami (pierwotnym i wtórnym), które są połączone wspólnym strumieniem magnetycznym, zachodzi wzajemna indukcja. Indukcja wzajemna to proces, w wyniku którego uzwojenie pierwotne indukuje napięcie w uzwojeniu wtórnym znajdującym się w jego pobliżu.

Uzwojenie pierwotne otrzymuje prąd przemienny, który po podłączeniu do źródła zasilania wytwarza strumień magnetyczny. Strumień magnetyczny przechodzi przez rdzeń i ponieważ zmienia się w czasie, wzbudza indukowany emf w uzwojeniu wtórnym. Napięcie prądu na drugim uzwojeniu może być niższe niż na pierwszym, wówczas transformator nazywany jest transformatorem obniżającym. Transformator podwyższający ma wyższe napięcie prądu na uzwojeniu wtórnym. Aktualna częstotliwość pozostaje niezmieniona. Skuteczne zmniejszenie lub zwiększenie napięcia nie może zwiększyć mocy elektrycznej, dlatego prąd na wyjściu transformatora jest odpowiednio zwiększany lub zmniejszany.

Dla wartości amplitudy napięcia na uzwojeniach można zapisać następujące wyrażenie:

k - współczynnik transformacji.

Dla transformatora podwyższającego k>1, a dla transformatora obniżającego - k<1.

Podczas pracy prawdziwego urządzenia zawsze występują straty energii:

• uzwojenia nagrzewają się;
• praca poświęcona jest namagnesowaniu rdzenia;
• W rdzeniu powstają prądy Foucaulta (wywierają wpływ termiczny na masywny rdzeń).

Aby zmniejszyć straty ciepła, rdzenie transformatorów są wykonane nie z jednego kawałka metalu, ale z cienkich płyt, pomiędzy którymi znajduje się dielektryk.

Kategoria K: Prace związane z instalacją elektryczną

Produkcja energii elektrycznej

Energia elektryczna (prąd) jest najbardziej zaawansowanym rodzajem energii i znajduje zastosowanie we wszystkich dziedzinach i gałęziach produkcji materialnej. Do jego zalet należy możliwość przesyłu na duże odległości i zamiany na inny rodzaj energii (mechaniczną, cieplną, chemiczną, świetlną itp.).

Energia elektryczna wytwarzana jest w specjalnych przedsiębiorstwach - elektrowniach przetwarzających inne rodzaje energii na energię elektryczną: chemiczną, paliwową, wodną, ​​wiatrową, słoneczną, nuklearną.

Możliwość przesyłania energii elektrycznej na duże odległości umożliwia budowę elektrowni w pobliżu lokalizacji paliw lub nad wezbranymi rzekami, co jest bardziej ekonomiczne niż transport dużych ilości paliwa do elektrowni zlokalizowanych w pobliżu odbiorców energii elektrycznej.

W zależności od rodzaju wykorzystywanej energii elektrownie dzielą się na cieplne, hydrauliczne i jądrowe. Elektrownie wykorzystujące energię wiatru i ciepło słoneczne są w dalszym ciągu źródłami energii elektrycznej małej mocy, które nie mają znaczenia przemysłowego.

Elektrownie cieplne wykorzystują energię cieplną uzyskaną w wyniku spalania paliw stałych (węgiel, torf, łupki bitumiczne), ciekłych (olej opałowy) i gazowych (gaz ziemny, a w zakładach hutniczych – gazu wielkopiecowego i koksowniczego) w piecach kotłowych.

Energia cieplna zamieniana jest na energię mechaniczną poprzez obrót turbiny, która przekształca się w energię elektryczną w generatorze podłączonym do turbiny. Generator staje się źródłem energii elektrycznej. Elektrownie cieplne rozróżnia się ze względu na rodzaj silnika pierwotnego: turbina parowa, silnik parowy, silnik spalinowy, lokomotywa, turbina gazowa. Ponadto elektrownie turbinowe parowe dzielą się na elektrownie kondensacyjne i ciepłownicze. Stacje kondensacyjne dostarczają odbiorcom wyłącznie energię elektryczną. Para spalinowa przechodzi cykl chłodzenia i zamieniając się w kondensat, jest ponownie dostarczana do kotła.

Zaopatrzenie odbiorców w ciepło i energię elektryczną realizowane jest poprzez ciepłownie zwane elektrociepłowniami (CHP). W tych stacjach energia cieplna jest tylko częściowo przekształcana w energię elektryczną i jest przeznaczana głównie na zaopatrywanie w parę i gorącą wodę przedsiębiorstw przemysłowych i innych odbiorców zlokalizowanych w pobliżu elektrowni.

Na rzekach budowane są elektrownie wodne (HPP), które stanowią dla elektrowni niewyczerpane źródło energii. Płyną z wyżyn na niziny i dlatego są w stanie wykonywać prace mechaniczne. Elektrownie wodne buduje się na rzekach górskich, wykorzystując naturalne ciśnienie wody. Na rzekach nizinnych ciśnienie wytwarzane jest sztucznie poprzez budowę zapór, ze względu na różnicę poziomów wody po obu stronach zapory. Podstawowymi silnikami w elektrowniach wodnych są turbiny hydrauliczne, w których energia przepływu wody zamieniana jest na energię mechaniczną.

Woda obraca wirnik turbiny hydraulicznej i generatora, natomiast energia mechaniczna turbiny hydraulicznej zamieniana jest na energię elektryczną wytwarzaną przez generator. Budowa elektrowni wodnej rozwiązuje, oprócz problemu wytwarzania energii elektrycznej, także zespół innych problemów o znaczeniu gospodarczym kraju - poprawę żeglugi rzek, nawadniania i nawadniania jałowych terenów, poprawę zaopatrzenia w wodę miast i przedsiębiorstw przemysłowych .

Elektrownie jądrowe (EJ) zaliczane są do elektrowni cieplno-parowych, które nie działają na paliwie organicznym, lecz wykorzystują jako źródło energii ciepło uzyskane podczas rozszczepienia jąder atomów paliwa (paliwa) jądrowego – uranu lub plutonu. W elektrowniach jądrowych rolę kotłów pełnią reaktory jądrowe i wytwornice pary.

Dostawa energii elektrycznej do odbiorców odbywa się przede wszystkim z sieci elektrycznych łączących szereg elektrowni. Równoległa praca elektrowni we wspólnej sieci elektrycznej zapewnia racjonalny rozkład obciążenia pomiędzy elektrowniami, najbardziej ekonomiczne wytwarzanie energii elektrycznej, lepsze wykorzystanie mocy zainstalowanej stacji, zwiększoną niezawodność zasilania odbiorców i dostaw energii elektrycznej do odbiorców. je przy użyciu normalnych wskaźników jakości w zakresie częstotliwości i napięcia.

Konieczność unifikacji wynika z nierównego obciążenia elektrowni. Zapotrzebowanie konsumentów na energię elektryczną zmienia się radykalnie nie tylko w ciągu dnia, ale także w różnych porach roku. Zimą wzrasta zużycie energii elektrycznej na oświetlenie. W rolnictwie energia elektryczna jest potrzebna latem w dużych ilościach do prac polowych i nawadniania.

Różnica w stopniu obciążenia stacji jest szczególnie zauważalna, gdy obszary poboru energii elektrycznej są od siebie znacznie oddalone w kierunku ze wschodu na zachód, co tłumaczy się różnym momentem godzin maksymalnego obciążenia porannego i wieczornego. Aby zapewnić odbiorcom niezawodne zasilanie i pełniejsze wykorzystanie mocy elektrowni pracujących w różnych trybach, łączy się je w systemy energetyczne lub elektryczne za pomocą sieci elektrycznych wysokiego napięcia.

Zespół elektrowni, linii elektroenergetycznych i sieci ciepłowniczych oraz odbiorców energii elektrycznej i cieplnej, połączonych w jeden przez wspólność reżimu i ciągłość procesu wytwarzania i zużycia energii elektrycznej i cieplnej, nazywa się system energetyczny (system energetyczny). Częścią sieci elektroenergetycznej jest system elektryczny składający się z podstacji i linii elektroenergetycznych o różnych napięciach.

Z kolei systemy energetyczne poszczególnych regionów są ze sobą połączone w celu równoległego działania i tworzą duże systemy, na przykład Jednolity System Energetyczny (UES) europejskiej części ZSRR, zintegrowane systemy Syberii, Kazachstanu, Azji Środkowej itp. .

Elektrociepłownie i elektrownie zakładowe przyłączane są najczęściej do sieci elektroenergetycznej najbliższego systemu elektroenergetycznego za pośrednictwem linii napięcia generatorowego 6 i 10 kV lub linii napięcia wyższego (35 kV i więcej) poprzez podstacje transformatorowe. Energia wytwarzana przez potężne regionalne elektrownie przekazywana jest do sieci elektroenergetycznej, która zasila odbiorców liniami wysokiego napięcia (110 kV i więcej).

ZASTOSOWANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ W RÓŻNYCH DZIEDZINACH NAUKI
I WPŁYW NAUKI NA WYKORZYSTANIE PRĄDU ELEKTRYCZNEGO W ŻYCIU

Wiek XX stał się wiekiem, w którym nauka wkracza we wszystkie sfery życia społecznego: ekonomię, politykę, kulturę, edukację itp. Naturalnie nauka ma bezpośredni wpływ na rozwój energetyki i zakres zastosowań energii elektrycznej. Z jednej strony nauka przyczynia się do poszerzania zakresu zastosowań energii elektrycznej i tym samym zwiększa jej zużycie, z drugiej jednak strony, w dobie, gdy nieograniczone korzystanie z nieodnawialnych zasobów energii stwarza zagrożenie dla przyszłych pokoleń, pilną koniecznością zadaniami nauki jest rozwój technologii energooszczędnych i ich wdrażanie w życiu.

Przyjrzyjmy się tym pytaniom na konkretnych przykładach. Około 80% wzrostu PKB (produktu krajowego brutto) krajów rozwiniętych osiąga się dzięki innowacjom technicznym, których główna część związana jest z wykorzystaniem energii elektrycznej. Wszystko, co nowe w przemyśle, rolnictwie i życiu codziennym, przychodzi do nas dzięki nowym osiągnięciom w różnych dziedzinach nauki.

Większość osiągnięć naukowych rozpoczyna się od obliczeń teoretycznych. Ale jeśli w XIX wieku tych obliczeń dokonywano za pomocą pióra i papieru, to w dobie STR (rewolucji naukowo-technicznej) wszelkie obliczenia teoretyczne, selekcja i analiza danych naukowych, a nawet analiza językowa dzieł literackich odbywa się za pomocą komputerów (komputery elektroniczne), które działają na energię elektryczną, co jest najwygodniejsze do jej przesyłania na odległość i wykorzystania. Ale jeśli początkowo komputery były używane do obliczeń naukowych, teraz komputery przeszły z nauki do życia.

Obecnie wykorzystuje się je we wszystkich obszarach działalności człowieka: do rejestrowania i przechowywania informacji, tworzenia archiwów, przygotowywania i redagowania tekstów, wykonywania prac rysunkowych i graficznych, automatyzacji produkcji i rolnictwa. Elektronizacja i automatyzacja produkcji to najważniejsze konsekwencje „drugiej rewolucji przemysłowej”, czyli „mikroelektronicznej” w gospodarkach krajów rozwiniętych. Rozwój złożonej automatyki jest bezpośrednio związany z mikroelektroniką, której jakościowo nowy etap rozpoczął się po wynalezieniu w 1971 roku mikroprocesora - mikroelektronicznego urządzenia logicznego wbudowanego w różne urządzenia w celu kontrolowania ich działania.

Mikroprocesory przyspieszyły rozwój robotyki. Większość stosowanych obecnie robotów należy do tzw. pierwszej generacji i ma zastosowanie przy spawaniu, cięciu, prasowaniu, powlekaniu itp. Zastępujące je roboty drugiej generacji wyposażone są w urządzenia rozpoznające otoczenie. A „inteligentne” roboty trzeciej generacji będą „widzieć”, „czuć” i „słyszeć”. Naukowcy i inżynierowie wymieniają energię jądrową, eksplorację kosmosu, transport, handel, magazynowanie, opiekę medyczną, przetwarzanie odpadów i zagospodarowanie bogactw dna oceanu wśród obszarów o najwyższym priorytecie wykorzystania robotów. Większość robotów działa na energii elektrycznej, jednak wzrost zużycia energii elektrycznej przez roboty jest równoważony spadkiem kosztów energii w wielu energochłonnych procesach produkcyjnych w wyniku wprowadzenia bardziej racjonalnych metod i nowych, energooszczędnych procesów technologicznych.

Wróćmy jednak do nauki. Wszystkie nowe opracowania teoretyczne po obliczeniach komputerowych są testowane eksperymentalnie. Z reguły na tym etapie badania przeprowadza się za pomocą pomiarów fizycznych, analiz chemicznych itp. Tutaj narzędzia badań naukowych są różnorodne - liczne przyrządy pomiarowe, akceleratory, mikroskopy elektronowe, skanery rezonansu magnetycznego itp. Większość tych instrumentów nauki eksperymentalnej jest zasilana energią elektryczną.

Ale nauka nie tylko wykorzystuje energię elektryczną w swoich dziedzinach teoretycznych i eksperymentalnych, ale idee naukowe stale pojawiają się w tradycyjnej dziedzinie fizyki związanej z odbiorem i przesyłaniem energii elektrycznej. Naukowcy na przykład próbują stworzyć generatory elektryczne bez części wirujących. W konwencjonalnych silnikach elektrycznych do wirnika musi zostać doprowadzony prąd stały, aby wytworzyła się „siła magnetyczna”. Prąd elektryczny należy doprowadzić do elektromagnesu, „działającego jak wirnik” (jego prędkość obrotowa dochodzi do trzech tysięcy obrotów na minutę), poprzez przewodzące szczotki i pierścienie węglowe, które ocierają się o siebie i łatwo ulegają zużyciu. Fizycy wpadli na pomysł zastąpienia wirnika strumieniem gorących gazów, strumieniem plazmy, w którym znajduje się wiele wolnych elektronów i jonów. Jeśli przepuścisz taki strumień między biegunami silnego magnesu, wówczas zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej powstanie w nim prąd elektryczny - w końcu strumień się porusza. Elektrody, za pomocą których należy odprowadzić prąd z gorącej strumienia, mogą być nieruchome, w przeciwieństwie do szczotek węglowych stosowanych w konwencjonalnych instalacjach elektrycznych. Nowy typ maszyny elektrycznej nazywany jest generatorem magnetohydrodynamicznym.

W połowie XX wieku naukowcy stworzyli oryginalny generator elektrochemiczny, zwany ogniwem paliwowym. Do płytek elektrod ogniwa paliwowego dostarczane są dwa gazy – wodór i tlen. Na elektrodach platynowych gazy oddają elektrony zewnętrznemu obwodowi elektrycznemu, stają się jonami, a po połączeniu zamieniają się w wodę. Z paliwa gazowego pozyskiwany jest zarówno prąd, jak i woda. Wygodne, ciche i czyste źródło zasilania do podróży na duże odległości, np. w kosmos, gdzie szczególnie potrzebne są oba produkty w postaci ogniw paliwowych.

Innym oryginalnym sposobem wytwarzania energii elektrycznej, który stał się ostatnio powszechny, jest zamiana energii słonecznej na energię elektryczną „bezpośrednio” – za pomocą instalacji fotowoltaicznych (baterii słonecznych). Wiąże się z nimi pojawienie się „domów słonecznych”, „szklarni słonecznych”, „farm słonecznych”. Takie panele słoneczne są również wykorzystywane w kosmosie do dostarczania energii elektrycznej do statków kosmicznych i stacji.

Nauka w dziedzinie komunikacji i komunikacji rozwija się bardzo szybko. Łączność satelitarna nie jest już wykorzystywana jedynie jako środek komunikacji międzynarodowej, ale także w życiu codziennym – anteny satelitarne nie są już rzadkością w naszym mieście. Nowe środki komunikacji, takie jak technologia światłowodowa, mogą znacznie zmniejszyć straty energii w procesie przesyłania sygnałów na duże odległości.

Nauka nie ominęła sfery zarządzania. W miarę postępu naukowo-technicznego oraz poszerzania się produkcyjnych i pozaprodukcyjnych sfer działalności człowieka, coraz większą rolę w zwiększaniu ich efektywności zaczyna odgrywać zarządzanie. Z pewnego rodzaju sztuki, która do niedawna opierała się na doświadczeniu i intuicji, zarządzanie dziś stało się nauką. Nauka o zarządzaniu, ogólne prawa otrzymywania, przechowywania, przesyłania i przetwarzania informacji nazywa się cybernetyką. Termin ten pochodzi od greckich słów „sternik”, „sternik”. Można go znaleźć w dziełach starożytnych filozofów greckich. Jednak jego odrodzenie faktycznie nastąpiło w 1948 roku, po opublikowaniu książki „Cybernetyka” amerykańskiego naukowca Norberta Wienera.

Przed rozpoczęciem rewolucji „cybernetycznej” istniała tylko informatyka papierowa, której głównym środkiem percepcji był ludzki mózg i która nie korzystała z prądu. Rewolucja „cybernetyczna” zrodziła zupełnie inną – informatykę maszynową, odpowiadającą gigantycznie wzmożonym przepływom informacji, których źródłem energii jest prąd. Stworzono zupełnie nowe sposoby pozyskiwania informacji, jej gromadzenia, przetwarzania i przekazywania, które razem tworzą złożoną strukturę informacyjną. Obejmuje zautomatyzowane systemy sterowania (zautomatyzowane systemy sterowania), informacyjne banki danych, zautomatyzowane bazy informacyjne, centra komputerowe, terminale wideo, maszyny kopiujące i fototelegraficzne, krajowe systemy informacyjne, satelitarne i szybkie systemy łączności światłowodowej - wszystko to zostało nieograniczenie rozszerzone zakres wykorzystania energii elektrycznej.

Wielu naukowców uważa, że ​​w tym przypadku mówimy o nowej cywilizacji „informacyjnej”, zastępującej tradycyjną organizację społeczeństwa typu przemysłowego. Specjalizacja ta charakteryzuje się następującymi istotnymi cechami:

· powszechne wykorzystanie technologii informatycznych w produkcji materialnej i niematerialnej, w nauce, edukacji, służbie zdrowia itp.;

· obecność szerokiej sieci różnorodnych banków danych, w tym publicznych;

· przekształcanie informacji w jeden z najważniejszych czynników rozwoju gospodarczego, narodowego i osobistego;

· swobodny przepływ informacji w społeczeństwie.

Takie przejście od społeczeństwa przemysłowego do „cywilizacji informacyjnej” stało się możliwe w dużej mierze dzięki rozwojowi energetyki i zapewnieniu dogodnego do przesyłu i wykorzystania rodzaju energii – energii elektrycznej.

ENERGIA ELEKTRYCZNA W PRODUKCJI

Nie można sobie wyobrazić współczesnego społeczeństwa bez elektryfikacji działalności produkcyjnej. Już pod koniec lat 80-tych ponad 1/3 całkowitego zużycia energii na świecie odbywała się w postaci energii elektrycznej. Na początku przyszłego stulecia udział ten może wzrosnąć do 1/2. Ten wzrost zużycia energii elektrycznej związany jest przede wszystkim ze wzrostem jej zużycia w przemyśle. Większość przedsiębiorstw przemysłowych wykorzystuje energię elektryczną. Wysokie zużycie energii elektrycznej jest typowe dla branż energochłonnych, takich jak metalurgia, aluminium i budowa maszyn.

Rodzi to problem efektywnego wykorzystania tej energii. Podczas przesyłania energii elektrycznej na duże odległości od producenta do odbiorcy straty ciepła w linii przesyłowej rosną proporcjonalnie do kwadratu prądu, tj. jeśli prąd podwoi się, straty ciepła wzrosną 4-krotnie. Dlatego pożądane jest, aby prąd w liniach był mały. W tym celu zwiększa się napięcie w linii przesyłowej. Energia elektryczna jest przesyłana liniami, w których napięcie sięga setek tysięcy woltów. W pobliżu miast odbierających energię z linii przesyłowych napięcie to podnosi się do kilku tysięcy woltów za pomocą transformatora obniżającego napięcie. W samym mieście na podstacjach napięcie spada do 220 woltów.

Nasz kraj zajmuje duże terytorium, prawie 12 stref czasowych. Oznacza to, że o ile w niektórych regionach zużycie energii elektrycznej osiąga maksimum, w innych dzień pracy już się skończył i zużycie maleje. W celu racjonalnego wykorzystania energii elektrycznej wytwarzanej przez elektrownie łączy się je w systemy elektroenergetyczne poszczególnych regionów: części europejskiej, Syberii, Uralu, Dalekiego Wschodu itp. Ujednolicenie to pozwala na bardziej efektywne wykorzystanie energii elektrycznej poprzez koordynację pracy poszczególnych elektrowni. Teraz różne systemy energetyczne są zjednoczone w jeden system energetyczny Rosji.

Kolejną szansą na efektywne wykorzystanie jest ograniczenie zużycia energii poprzez zastosowanie energooszczędnych technologii i nowoczesnych urządzeń, które zużywają minimalną ilość energii elektrycznej. Przykładem może być produkcja stali. O ile w latach 60. główną metodą wytapiania stali była metoda martenowska (72% całego wytapiania), to w latach 90. tę technologię wytapiania zastąpiono bardziej wydajnymi metodami: stalownią z konwertorem tlenowym i piecem elektrycznym.

LITERATURA:

1. Koltun M. Świat Fizyki: Literatura naukowa i artystyczna. - M.: Det. lit., 1984. - 271 s.

2. Maksakovsky V.P. Geograficzny obraz świata. Część 1. Ogólna charakterystyka świata. - Jarosław: Wierch.-Wołż. książka wydawnictwo, 1995.- 320 s.

3. Ellion L., Wilkons U. Fizyka. - M.: Nauka, 1967. - 808 s.

4. Słownik encyklopedyczny młodego fizyka / komp. VA Chuyanov. - M.: Pedagogika, 1984. - 352 s.

Wszystkie procesy technologiczne każdej produkcji wiążą się z zużyciem energii. Zdecydowana większość zasobów energetycznych jest przeznaczana na ich realizację.

W przedsiębiorstwie przemysłowym najważniejszą rolę odgrywa energia elektryczna – najbardziej uniwersalny rodzaj energii, będący głównym źródłem energii mechanicznej.

Przekształcenie różnych rodzajów energii w energię elektryczną następuje przy elektrownie .

Elektrownie to przedsiębiorstwa lub instalacje przeznaczone do wytwarzania energii elektrycznej. Paliwem dla elektrowni są zasoby naturalne - węgiel, torf, woda, wiatr, słońce, energia jądrowa itp.

W zależności od rodzaju przetwarzanej energii elektrownie można podzielić na następujące główne typy: elektrownie cieplne, jądrowe, wodne, szczytowo-pompowe, turbiny gazowe, a także lokalne elektrownie małej mocy – wiatrowe, słoneczne, geotermalne, pływowy, diesel itp.

Większość energii elektrycznej (do 80%) wytwarzana jest w elektrowniach cieplnych (TPP). Proces pozyskiwania energii elektrycznej w elektrowni cieplnej polega na sekwencyjnej konwersji energii spalonego paliwa na energię cieplną pary wodnej, która napędza obrót zespołu turbinowego (turbiny parowej połączonej z generatorem). Energia mechaniczna obrotu jest przetwarzana przez generator na energię elektryczną. Paliwem dla elektrowni jest węgiel, torf, łupki bitumiczne, gaz ziemny, ropa naftowa, olej opałowy i odpady drzewne.

Przy ekonomicznej pracy elektrowni cieplnych, tj. gdy odbiorca jednocześnie dostarcza optymalną ilość energii elektrycznej i ciepła, ich sprawność sięga ponad 70%. W okresie całkowitego zaprzestania poboru ciepła (np. w sezonie nieogrzewającym) wydajność stacji maleje.

Elektrownie jądrowe (EJ) różnią się od konwencjonalnych elektrowni parowych tym, że elektrownia jądrowa wykorzystuje proces rozszczepienia jąder uranu, plutonu, toru itp. jako źródło energii, w wyniku specjalnego rozszczepienia tych materiałów urządzenia - reaktory, uwalniana jest ogromna ilość energii cieplnej.

W porównaniu do elektrowni cieplnych, elektrownie jądrowe zużywają niewielką ilość paliwa. Takie stacje można zbudować w dowolnym miejscu, ponieważ nie są one związane z lokalizacją złóż paliw naturalnych. Ponadto środowisko nie jest zanieczyszczane dymem, popiołem, kurzem i dwutlenkiem siarki.

W elektrowniach wodnych (HPP) energia wody przetwarzana jest na energię elektryczną za pomocą podłączonych do nich turbin hydraulicznych i generatorów.

Istnieją elektrownie wodne typu tamowego i dywersyjnego. Elektrownie wodne zaporowe stosowane są na rzekach nizinnych o niskim ciśnieniu, elektrownie wodne dywersyjne (z kanałami obejściowymi) na rzekach górskich o dużych spadkach i niskim przepływie wody. Należy zaznaczyć, że praca elektrowni wodnych uzależniona jest od poziomu wody zdeterminowanego warunkami naturalnymi.

Zaletami elektrowni wodnych jest ich wysoka sprawność i niski koszt wytworzonej energii elektrycznej. Należy jednak wziąć pod uwagę wysoki koszt nakładów inwestycyjnych przy budowie elektrowni wodnych oraz znaczny czas potrzebny na ich budowę, który determinuje długi okres ich zwrotu.

Specyfiką funkcjonowania elektrowni jest to, że muszą one wytwarzać tyle energii, ile jest aktualnie potrzebne do pokrycia obciążenia odbiorców, potrzeb własnych stacji oraz strat w sieci. Dlatego urządzenia stacji muszą być zawsze gotowe na okresowe zmiany obciążenia odbiorców w ciągu dnia lub roku.

Większość elektrowni jest zintegrowana systemy energetyczne , z których każdy ma następujące wymagania:

• Zgodność mocy generatorów i transformatorów z mocą maksymalną odbiorców energii elektrycznej.
• Wystarczająca przepustowość linii elektroenergetycznych (PTL).
• Zapewnienie nieprzerwanego zasilania energią wysokiej jakości.
• Ekonomiczne, bezpieczne i łatwe w użyciu.

Aby sprostać tym wymaganiom, systemy elektroenergetyczne wyposaża się w specjalne centra sterowania wyposażone w środki monitorowania, sterowania, komunikacji i specjalne układy elektrowni, linii przesyłowych i podstacji obniżających. Centrum sterowania otrzymuje niezbędne dane i informacje o stanie procesu technologicznego w elektrowniach (zużycie wody i paliwa, parametry pary, prędkość obrotowa turbiny itp.); o działaniu systemu – które elementy systemu (linie, transformatory, generatory, odbiory, kotły, rurociągi pary) są aktualnie odłączone, które pracują, znajdują się w rezerwie itp.; o parametrach elektrycznych trybu (napięcia, prądy, moc czynna i bierna, częstotliwość itp.).

Praca elektrowni w systemie pozwala, dzięki dużej liczbie pracujących równolegle generatorów, zwiększyć niezawodność zasilania odbiorców, w pełni obciążyć najbardziej ekonomiczne jednostki elektrowni i obniżyć koszty energii elektrycznej Pokolenie. Dodatkowo zmniejsza się moc zainstalowana urządzeń rezerwowych w systemie elektroenergetycznym; zapewnia wyższą jakość energii elektrycznej dostarczanej odbiorcom; wzrasta moc jednostkowa jednostek, które można zainstalować w systemie.

W Rosji, podobnie jak w wielu innych krajach, do produkcji i dystrybucji energii elektrycznej wykorzystuje się trójfazowy prąd przemienny o częstotliwości 50 Hz (w USA i wielu innych krajach 60 Hz). Sieci i instalacje prądu trójfazowego są bardziej ekonomiczne w porównaniu z instalacjami prądu przemiennego jednofazowego, a także umożliwiają szerokie zastosowanie najbardziej niezawodnych, prostych i tanich asynchronicznych silników elektrycznych jako napędu elektrycznego.

Oprócz prądu trójfazowego w niektórych gałęziach przemysłu wykorzystuje się prąd stały, który uzyskuje się poprzez prostowanie prądu przemiennego (elektroliza w przemyśle chemicznym i metalurgii metali nieżelaznych, transport zelektryfikowany itp.).

Energia elektryczna wytwarzana w elektrowniach musi być przesyłana do miejsc konsumpcji, przede wszystkim do dużych ośrodków przemysłowych kraju, oddalonych od potężnych elektrowni o wiele setek, a czasem tysięcy kilometrów. Ale przesyłanie energii elektrycznej nie wystarczy. Musi być dystrybuowany wśród wielu różnych konsumentów - przedsiębiorstw przemysłowych, transportu, budynków mieszkalnych itp. Przesył energii elektrycznej na duże odległości odbywa się pod wysokim napięciem (do 500 kW i więcej), co zapewnia minimalne straty energii elektrycznej w liniach elektroenergetycznych i skutkuje dużymi oszczędnościami materiałowymi dzięki zmniejszeniu przekrojów przewodów. Dlatego w procesie przesyłania i dystrybucji energii elektrycznej konieczne jest zwiększanie i zmniejszanie napięcia. Proces ten odbywa się za pomocą urządzeń elektromagnetycznych zwanych transformatorami. Transformator nie jest maszyną elektryczną, ponieważ jego praca nie jest związana z zamianą energii elektrycznej na energię mechaniczną i odwrotnie; przetwarza jedynie napięcie na energię elektryczną. Napięcie jest zwiększane za pomocą transformatorów podwyższających w elektrowniach, a napięcie obniżane za pomocą transformatorów obniżających w podstacjach odbiorczych.

Łączem pośrednim służącym do przesyłania energii elektrycznej z podstacji transformatorowych do odbiorców energii elektrycznej są Energia elektryczna sieci .

Podstacja transformatorowa to instalacja elektryczna przeznaczona do przetwarzania i dystrybucji energii elektrycznej.

Podstacje mogą być zamknięte lub otwarte w zależności od lokalizacji ich głównego wyposażenia. Jeżeli sprzęt znajduje się w budynku, podstację uważa się za zamkniętą; jeśli na świeżym powietrzu, to otwórz.

Wyposażenie stacji może być zmontowane z pojedynczych elementów urządzenia lub z dostarczonych bloków zmontowanych do montażu. Podstacje o konstrukcji blokowej nazywane są kompletnymi.

Wyposażenie podstacji obejmuje urządzenia przełączające i zabezpieczające obwody elektryczne.

Głównym elementem podstacji jest transformator mocy. Konstrukcyjnie transformatory mocy są zaprojektowane w taki sposób, aby usunąć jak najwięcej ciepła z uzwojeń i rdzenia do otoczenia. Aby to zrobić, na przykład rdzeń z uzwojeniami zanurza się w zbiorniku z olejem, powierzchnia zbiornika jest żebrowana, z grzejnikami rurowymi.

Kompletne podstacje transformatorowe instalowane bezpośrednio w obiektach produkcyjnych o mocy do 1000 kVA mogą być wyposażone w transformatory suche.

Aby zwiększyć współczynnik mocy instalacji elektrycznych, w podstacjach instaluje się kondensatory statyczne w celu kompensacji mocy biernej obciążenia.

Automatyczny system monitorowania i sterowania urządzeniami stacyjnymi monitoruje procesy zachodzące w odbiorze i sieciach zasilających. Realizuje funkcje zabezpieczenia transformatora i sieci, odłącza obszary chronione za pomocą wyłącznika w stanach awaryjnych, wykonuje restart i automatyczne załączenie rezerwy.

Podstacje transformatorowe przedsiębiorstw przemysłowych są podłączone do sieci energetycznej na różne sposoby, w zależności od wymagań dotyczących niezawodności nieprzerwanego zasilania odbiorców.

Typowe schematy zapewniające nieprzerwane zasilanie to promieniowe, główne lub pierścieniowe.

W schematach promieniowych od rozdzielnicy stacji transformatorowej odchodzą linie zasilające duże odbiorniki elektryczne: silniki, grupowe punkty dystrybucyjne, do których podłączane są mniejsze odbiorniki. Obwody promieniowe stosowane są w sprężarkach i przepompowniach, warsztatach przemysłu zagrożonego wybuchem i pożarem, zapylonego. Zapewniają wysoką niezawodność zasilania, pozwalają na powszechne stosowanie automatyki sterującej i zabezpieczającej, ale wymagają wysokich kosztów budowy rozdzielnic, układania kabli i przewodów.

Obwody magistralne stosuje się, gdy obciążenie jest równomiernie rozłożone na terenie warsztatu, gdy nie ma konieczności budowy rozdzielnicy w podstacji, co zmniejsza koszt obiektu; można zastosować prefabrykowane szyny zbiorcze, co przyspiesza montaż. Jednocześnie przenoszenie urządzeń technologicznych nie wymaga przeróbki sieci.

Wadą obwodu głównego jest niska niezawodność zasilania, ponieważ w przypadku uszkodzenia linii głównej wszystkie podłączone do niej odbiorniki elektryczne zostaną wyłączone. Jednakże zainstalowanie zworek pomiędzy siecią i zastosowanie zabezpieczeń znacznie zwiększa niezawodność zasilania przy minimalnych kosztach redundancji.

Z podstacji prąd niskiego napięcia o częstotliwości przemysłowej rozprowadzany jest po warsztatach za pomocą kabli, przewodów, szyn zbiorczych od rozdzielnicy warsztatowej do elektrycznych urządzeń napędowych poszczególnych maszyn.

Przerwy w dostawie prądu do przedsiębiorstw, nawet krótkotrwałe, prowadzą do zakłóceń w procesie technologicznym, psucia się produktów, uszkodzeń sprzętu i nieodwracalnych strat. W niektórych przypadkach przerwa w dostawie prądu może spowodować ryzyko wybuchu i pożaru w przedsiębiorstwach.

Zgodnie z zasadami instalacji elektrycznej wszystkie odbiorniki energii elektrycznej dzielą się na trzy kategorie ze względu na niezawodność zasilania:

• Odbiorniki energii, dla których przerwa w dostawie prądu jest niedopuszczalna, gdyż może skutkować uszkodzeniem sprzętu, masowymi wadami produktu, zakłóceniem złożonego procesu technologicznego, zakłóceniem pracy szczególnie ważnych elementów gospodarki komunalnej i w ostatecznym rozrachunku zagrozić życiu ludzi .
• Odbiorniki energii, których przerwa w zasilaniu skutkuje niezrealizowaniem planu produkcyjnego, przestojami pracowników, maszyn i transportu przemysłowego.
• Inne odbiorniki energii elektrycznej, np. zakłady produkcyjne nieseryjne i pomocnicze, magazyny.

Zasilanie odbiorników energii elektrycznej pierwszej kategorii musi być w każdym przypadku zapewnione, a w przypadku jego zakłócenia musi zostać automatycznie przywrócone. Dlatego takie odbiorniki muszą posiadać dwa niezależne źródła zasilania, z których każde jest w stanie w pełni zasilić je energią elektryczną.

Odbiorniki energii elektrycznej drugiej kategorii mogą posiadać rezerwowe źródło zasilania, które jest załączane przez personel dyżurny po upływie określonego czasu od awarii źródła głównego.

W przypadku odbiorników trzeciej kategorii z reguły nie zapewnia się zapasowego źródła zasilania.

Zasilanie przedsiębiorstw dzieli się na zewnętrzne i wewnętrzne. Zasilanie zewnętrzne to system sieci i podstacji od źródła zasilania (systemu energetycznego lub elektrowni) do podstacji transformatorowej przedsiębiorstwa. Przesył energii w tym przypadku odbywa się za pomocą linii kablowych lub napowietrznych o napięciach znamionowych 6, 10, 20, 35, 110 i 220 kV. Zasilanie wewnętrzne obejmuje system dystrybucji energii w warsztatach przedsiębiorstwa i na jego terenie.

Do obciążenia energetycznego (silniki elektryczne, piece elektryczne) doprowadzane jest napięcie 380 lub 660 V, a do obciążenia oświetleniowego 220 V. W celu ograniczenia strat zaleca się podłączanie silników o mocy 200 kW lub większej napięcie 6 lub 10 kV.

Najpopularniejszym napięciem w przedsiębiorstwach przemysłowych jest napięcie 380 V. Powszechnie wprowadza się napięcie 660 V, co pozwala zmniejszyć straty energii i zużycie metali nieżelaznych w sieciach niskiego napięcia, zwiększyć zasięg podstacji warsztatowych i moc każdy transformator do 2500 kVA. W niektórych przypadkach przy napięciu 660 V ekonomicznie uzasadnione jest stosowanie silników asynchronicznych o mocy do 630 kW.

Dystrybucja energii elektrycznej odbywa się za pomocą przewodów elektrycznych - zestawu przewodów i kabli wraz z przynależnymi mocowaniami, konstrukcjami wsporczymi i zabezpieczającymi.

Okablowanie wewnętrzne to okablowanie elektryczne zainstalowane wewnątrz budynku; zewnętrzne - na zewnątrz, wzdłuż zewnętrznych ścian budynku, pod daszkami, na podporach. W zależności od sposobu montażu okablowanie wewnętrzne może być otwarte w przypadku ułożenia na powierzchni ścian, sufitów itp. oraz ukryte w przypadku ułożenia w elementach konstrukcyjnych budynków.

Okablowanie można ułożyć drutem izolowanym lub kablem nieuzbrojonym o przekroju do 16 mm2. W miejscach możliwych uderzeń mechanicznych przewody elektryczne są zamknięte w rurach stalowych i uszczelnione, jeśli środowisko pomieszczenia jest wybuchowe lub agresywne. W obrabiarkach i maszynach drukarskich okablowanie odbywa się w rurach, w metalowych tulejach, drutem z izolacją z polichlorku winylu, który nie ulega zniszczeniu pod wpływem olejów maszynowych. Duża liczba przewodów układu sterowania okablowaniem elektrycznym maszyny ułożona jest w korytkach. Szyny zbiorcze służą do przesyłu energii elektrycznej w warsztatach posiadających dużą liczbę maszyn produkcyjnych.

Do przesyłania i dystrybucji energii elektrycznej powszechnie stosuje się kable elektroenergetyczne w osłonach gumowych i ołowianych; nieopancerzony i opancerzony. Kable można układać w kanałach kablowych, montować na ścianach, w rowach ziemnych lub osadzać w ścianach.

Rodzaje elektrowni Cieplna (TPP) - 50% Cieplna (TPP) - 50% Elektrownie wodne (HPP) % Elektrownie wodne (HPP) % Jądrowa (NPP) - 15% Jądrowa (NPP) - 15% Źródła alternatywne Energia alternatywna źródła - 2 – 5% (energia słoneczna, energia termojądrowa, energia pływów, energia wiatru) energia - 2 – 5% (energia słoneczna, energia termojądrowa, energia pływów, energia wiatru)

Generator prądu elektrycznego Generator przetwarza energię mechaniczną na energię elektryczną Generator przetwarza energię mechaniczną na energię elektryczną Działanie generatora opiera się na zjawisku indukcji elektromagnetycznej Działanie generatora opiera się na zjawisku indukcji elektromagnetycznej

Rama z prądem jest głównym elementem generatora. Część obrotowa nazywa się ROTOR (magnes). Część obracająca się nazywa się ROTOR (magnes). Część stacjonarna nazywa się STATOR (rama) Część stacjonarna nazywa się STATOR (rama) Kiedy rama się obraca, strumień magnetyczny przenikający ramę zmienia się w czasie, w wyniku czego w ramie pojawia się indukowany prąd

Przesyłanie energii elektrycznej Linie przesyłowe energii elektrycznej (PTL) służą do przesyłania energii elektrycznej do odbiorców. Podczas przesyłania energii elektrycznej na odległość powstają straty w wyniku nagrzewania się przewodów (prawo Joule'a-Lenza). Sposoby ograniczenia strat ciepła: 1) Zmniejsz opór drutów, ale zwiększ ich średnicę (ciężki - trudny do zawieszenia i drogi - miedziany). 2) Zmniejszenie prądu poprzez zwiększenie napięcia.

Oddziaływanie elektrowni cieplnych na środowisko TPP prowadzą do termicznego zanieczyszczenia powietrza produktami spalania paliw. Elektrownie wodne powodują zalewanie rozległych terytoriów wyłączonych z użytkowania gruntów. Elektrownia jądrowa - może prowadzić do uwolnienia substancji radioaktywnych.

Główne etapy wytwarzania, przesyłu i zużycia energii elektrycznej 1. Energia mechaniczna przekształcana jest w energię elektryczną za pomocą generatorów w elektrowniach. 1. Energia mechaniczna przekształcana jest w energię elektryczną za pomocą generatorów w elektrowniach. 2. Napięcie elektryczne jest zwiększane, aby przesyłać energię elektryczną na duże odległości. 2. Napięcie elektryczne jest zwiększane, aby przesyłać energię elektryczną na duże odległości. 3. Energia elektryczna przesyłana jest pod wysokim napięciem liniami wysokiego napięcia. 3. Energia elektryczna przesyłana jest pod wysokim napięciem liniami wysokiego napięcia. 4. Podczas dystrybucji energii elektrycznej do odbiorców napięcie elektryczne jest zmniejszane. 4. Podczas dystrybucji energii elektrycznej do odbiorców napięcie elektryczne jest zmniejszane. 5. Kiedy zużywana jest energia elektryczna, zamieniana jest ona na inny rodzaj energii – mechaniczną, świetlną lub wewnętrzną. 5. Kiedy zużywana jest energia elektryczna, zamieniana jest ona na inny rodzaj energii – mechaniczną, świetlną lub wewnętrzną.