Downloaded 15 times
![Энциклопедия энергетики.
Справочник для старшеклассников.
Авторский коллектив: Владислав Пискунов,
Юрий Королев, Владимир Кузнецов.
М.: ООО «Сошиал Нэтворкс Менеджмент», 2013–144 с: ил.
ISBN 978–5–9904059–1–2
«Энциклопедия энергетики» содержит более
70 статей о различных терминах и понятиях, используемых
в области энергетики, а также биографические справки
об ученых и изобретателях, оставивших заметный след
в изучении и классификации электромагнитных явлений.
В книге вы увидите более 300 оригинальных иллюстраций
и инфографических материалов. Издание ориентировано
на учащихся старших классов средней школы.
ISBN 978–5–9904059–1–2
УДК 087.5: [620.9 + 621.3]
ББК 31.1 + 31.2
© ООО «Сошиал Нэтворкс Менеджмент», 2013
УДК 087.5:[620.9 + 621.3]
ББК 31.1 + 31.2
Авт. знак Э35
Э35
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ
энергетики
Москва
ООО «Сошиал Нэтворкс Менеджмент»
2013](https://image.slidesharecdn.com/energybook-160205085110/85/slide-2-320.jpg)
![Сопротивление
Сопротивление электрическое –физичес-
кая величина, характеризующая свойство
проводника препятствовать прохождению
электрического тока. В цепи постоянного
тока сопротивление является значением,
обратным электрической проводимости (см.
«Проводимость»). По сути, сопротивление
является силой противодействия среды упо-
рядоченному движению заряженных частиц
в ней, которую носителям заряда приходится
преодолевать, в результате чего производит-
ся работа и выделяется теплота. Именно поэ-
тому протекание электрического тока сопро-
вождается нагреванием проводника.
Изучая прохождение тока по однородно-
му металлическому проводнику, немецкий
физик Георг Ом в 1826 г. экспериментально
установил, что сила тока в таком проводни-
ке пропорциональна напряжению на концах
проводника. Это позволило сформулировать
закон, названный в его честь, законом Ома,
определяющим связь между напряжением,
силой тока и сопротивлением проводника:
«Сила тока в участке цепи прямо пропорци-
ональна напряжению и обратно пропорцио-
нальна электрическому сопротивлению дан-
ного участка цепи».
Единицей электрического сопротивления
системы СИ является ом.
В электрических сетях важное значение име-
ет не только сопротивление проводников
прохождению тока, приводящее к потерям
мощности, но и сопротивление изоляции.
Сопротивление изоляции – характеристи-
ка, влияющая на степень безопасности экс-
плуатации электроустановок. Его измерение
является неотъемлемой частью испытаний
всех видов электрооборудования и электри-
ческих цепей.
Георг Симон Ом
1787–1854
Знаменитый немецкий
физик. Наиболее извест-
ные работы Ома касались
вопросов о прохождении
и измерении электри-
ческого тока и привели
к знаменитому закону Ома,
связывающему сопро-
тивление цепи электри-
ческого тока, напряжение
и силу тока.
Открытие Ома, давшее
впервые возможность
количественно рассмот-
реть явления электричес-
кого тока, имело и имеет
огромное значение для
науки.
4-полосные
1
1
1
2
2
2
д
д
д т
3
м
м
3
3
5-полосные
6-полосные
Множитель [м]
0.05 Вт
[1] [2] [3]
Допуск [д] Температурный
коэффициент [т]
25 кОм, ±5%
460 кОм, ±1%
276 Ом, ±5%
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0.01
0.1
1
10
100
1000
10 000
100 000
1 000 000
10 000 000
100 ppm
50 ppm
15 ppm
25 ppm
±10%
±5%
±1%
±2%
±0.5%
±0.25%
±0.1%
0.125 Вт 0.25 Вт 0.5 Вт 1 Вт 2 Вт
Цвето-цифровой код
Цветовой код резисторов
Системный оператор
Системный оператор Единой энергетической системы России–СО ЕЭС.
ОАО «СО ЕЭС»–Открытое акционерное общество «Системный оператор Единой энергети-
ческой системы». Единолично осуществляет централизованное оперативно-диспетчерское
управление Единой энергетической системой России.
Создан 17 июня 2002 г. в рамках реформирования ОАО «РАО ЕЭС России».
Основные задачи, выполняемые ОАО «СО ЕЭС»:
• управление электроэнергетическими режимами работы Единой энергетической системы
Российской Федерации и обеспечение ее надежного функционирования и устойчивого
развития;
• создание условий для эффективного функционирования рынка электроэнергии (мощнос-
ти).
ОАО «СО ЕЭС» имеет трехуровневую иерархическую структуру, в которую входят:
• исполнительный аппарат с центральным диспетчерским центром (ЦДУ);
• 7 филиалов – объединенных диспетчерских управлений (ОДУ);
• 59 филиалов – региональных диспетчерских управлений (РДУ).
8382
СС](https://image.slidesharecdn.com/energybook-160205085110/85/slide-42-320.jpg)
Uploaded byDenis Golikov
Энциклопедия энергетики
Энциклопедия энергетики является справочником, содержащим более 70 статей о терминах и понятиях в области энергетики, а также биографии известных ученых и изобретателей. Книга иллюстрирована более чем 300 оригинальными изображениями и предназначена для старшеклассников, интересующихся энергетикой. Издание акцентирует внимание на значимости профессии в энергетической сфере и служит введением для тех, кто хочет узнать больше о данной области.
Энциклопедия энергетики
- 2. Энциклопедия энергетики. Справочник длястаршеклассников. Авторский коллектив: Владислав Пискунов, Юрий Королев, Владимир Кузнецов. М.: ООО «Сошиал Нэтворкс Менеджмент», 2013–144 с: ил. ISBN 978–5–9904059–1–2 «Энциклопедия энергетики» содержит более 70 статей о различных терминах и понятиях, используемых в области энергетики, а также биографические справки об ученых и изобретателях, оставивших заметный след в изучении и классификации электромагнитных явлений. В книге вы увидите более 300 оригинальных иллюстраций и инфографических материалов. Издание ориентировано на учащихся старших классов средней школы. ISBN 978–5–9904059–1–2 УДК 087.5: [620.9 + 621.3] ББК 31.1 + 31.2 © ООО «Сошиал Нэтворкс Менеджмент», 2013 УДК 087.5:[620.9 + 621.3] ББК 31.1 + 31.2 Авт. знак Э35 Э35 ЭНЦИКЛОПЕДИЯ энергетики Москва ООО «Сошиал Нэтворкс Менеджмент» 2013
- 3. Дорогие друзья! Вы сейчасстоите на пороге важного этапа своей жизни – выбора профессии. Когда- то такой выбор сделали более 20 тысяч работников Федеральной сетевой ком- пании Единой энергетической системы России, и, мне кажется, что мало кто из них сегодня жалеет об этом. Почему? Да потому что мы – энергети- ки – занимаемся очень важным и нужным делом. Без нас ничего не будет двигаться. И, что очень важно, мы все, от дежурного монте- ра на подстанции до генерального директора, каждый день можем видеть плоды своего тру- да, который материализован не только в горящих лампочках в ваших квартирах, а практически во всем, что произведено на наших заводах или даже выращено на полях. Если нефть называют кровью экономики, то наша компания это, наверное, ее кровеносная система, без которой страна жить не может. Федеральная сетевая компания решила издать эту книгу, потому что мы надеемся, что она может оказаться вам полезной. Это не справочник, а скорее мини-энциклопедия для тех, кто пока еще с энергетикой на «вы». Поэтому можно не ждать того момента, когда вы вдруг услышите какое-то незнакомое слово, а просто сразу ее открывать и начинать читать – от А до Я. Что-то покажется интересным, о чем-то захочется узнать больше, а для кого-то, возможно, эта книга станет первым шагом к главному делу вашей жизни. И надеюсь, что ко многим из вас я уже совсем скоро смогу обратиться со слова- ми «дорогие коллеги»! Олег Бударгин, председатель правления ОАО «ФСК ЕЭС» Книга издана при содействии ОАО «Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы»
- 5. Алессандро Вольта 1745–1827 Итальянский физик,химик и физиолог, один из ос- новоположников учения об электричестве. Вольта отлично знал: это вкус электричества, и рожден он был металлами. Его первый источник тока – вольтов столб был построен в точном соответствии с его теорией «металлического» электричества. Вольта положил друг на друга попеременно несколько десятков небольших цинковых и серебряных кружочков, проложив между ними бумагу, смоченную подсоленной водой. В 1800 г. в журнале Лондонского королевско- го общества появилось письмо Вольты с опи- санием «вольтова столба». Так была изобре- тена первая в мире электрическая батарея. Хотя силы вольтова столба хватило бы только на то, чтобы зажечь всего лишь одну слабую лампу. Свинцово-кислотный Lead Acid Никель-кадмиевый NiCd до 600 цикловКоличество циклов перезарядки до 2000 циклов 40 %Процент саморазряда в месяц 10 % до -20°CРабочая температура до -40°C не экологичны Наличие тяжелых металлов Специальные требования к утилизации не экологичны 195 руб. за Вт/кг от 140 руб. за АА Стоимость за Вт/кг. Вес одной батарейки формата АА варьируется от 14 до 18 граммов 55 руб. за Вт/кг от 50 руб. за АА ~ 60 Вт/кгЕмкость ~ 90 Вт/кг Сравнение различных типов аккумуляторов Никель-металлгидридный NiMh Литий-ионный Li-Ion Литий-полимерный Li-Pol до 1000 циклов до 1200 циклов до 600 циклов 30 % 5% 5 % до-20°C до -20°C до 0°C экологичны экологичны экологичны 85 руб. за Вт/кг от 150 руб. за АА 115 руб. за Вт/кг от 285 руб. за АА 115 руб. за Вт/кг от 350 руб. за АА ~ 130 Вт/кг ~ 220 Вт/кг ~280 Вт/кг Аккумулятор Аккумулятор является разновидностью бата- реи постоянного тока. Батарея постоянного тока – автономный источник постоянного тока, не связанный с машинным электрогенератором. Относит- ся к химическим источникам тока, в кото- рых происходит преобразование энергии химических связей в электрическую. Состоит из соединенных последовательно одинако- вых частей (элементов). Соединение элемен- тов в батарею дает возможность получать источник постоянного тока большей емкости. Химическая реакция протекает с потреблени- ем активных материалов внутри каждого эле- мента. Когда такие материалы расходуются полностью, батарея теряет способность выда- вать электрический ток. Несмотря на то что химические источники тока очень часто называют гальваническими элементами тока в честь Луиджи Гальвани, на самом деле первая батарея постоянного тока появилась в 1799 г. Ее изобрел итальянский физик Алессандро Вольта. Как-то раз он изучил трактат физиоло- га Луиджи Гальвани «Об электрических силах в мускуле» и понял, что лапка лягушки начина- ла дергаться только тогда, когда к ней прика- сались двумя разными металлами. Гальвани не заметил этого! Вольта решает поставить опыт Гальвани на себе: он взял две монеты из разных металлов и положил их в рот – сверху, на язык, и под него. Потом соединил монеты тонкой проволокой и ощутил вкус подсоленной воды. Вольта решает поставить опыт Гальвани на себе: он взял две монеты из разных металлов и положил их в рот – сверху на язык и под него. Потом соединил монеты тонкой проволокой и ощутил вкус подсоленной воды. 98 A A
- 6. Атомная энергетика Атомная энергетика–этоотрасль энергети- ки, занимающаяся производством электри- ческой и тепловой энергии путем преобразо- вания тепловой энергии, выделяющейся при протекании цепной реакции распада (деле- ния) ядер тяжелых элементов. Атомная электростанция (АЭС) – ядер- ная установка для производства энергии, на которой для осуществления этой цели используются ядерный реактор (реакторы) и комплекс необходимых систем, устройств, оборудования и сооружений с необходимыми работниками. Сердцем АЭС является ядерный реактор – устройство, в котором протекает управляе- мая цепная ядерная реакция, сопровождаю- щаяся выделением тепловой энергии. Для управления реактором используют погло- щающие стержни, вводимые в активную зону реактора, которые замедляют скорость про- текания цепной реакции, предотвращая таким образом возможность возникновения ядерного взрыва. Движение стержней управ- ляется специальными механизмами, при- водами, работающими по сигналам от опе- ратора или аппаратуры автоматического регулирования. На случай различных ава- 1. Топливные элементы 2. Бетонная оболочка 3. Регулирующие стержни 4. Вода под давлением 5. Насос 6. Парогенератор 7. Теплообменник 8. Насос 9. Конденсатор 10. Турбина 11. Генератор 12. Горячая вода к градирне 13. Холодная вода от градирни 14. Реактор 2 1 4 6 9 11 3 14 5 8 13 12 10 7 Схема атомной электростанции 11 A
- 7. рийных ситуаций в каждомреакторе пре- дусмотрено экстренное прекращение цепной реакции, осуществляемое сбрасыванием в активную зону всех поглощающих стержней. Ядерный реактор работает на ядерном топли- ве, которое поставляется в составе топливных стержней (тепловыделяющих элементов) – специальных контейнеров, размещаемых в активной зоне ядерного реактора. Ядерное топливо обладает огромной теплотворной способностью и принципиально отличается от других видов топлива, используемых людь- ми. Оно очень опасно для человека и любо- го живого существа и может стать причиной очень серьезных аварий, что накладывает множество ограничений на его использова- ние из соображений безопасности. Принцип действия АЭС достаточно прост. Энергия, выделяемая в активной зоне реак- тора, передается теплоносителю первого контура. Далее теплоноситель поступает в теплообменник, где нагревает и испаря- ет воду второго контура. Полученный при этом пар поступает в турбины, вращающие электрогенераторы. На выходе из турбин пар поступает в конденсатор, где охлаждается большим количеством воды, поступающим из водохранилища. Суммарная установленная мощность АЭС в мегаваттах США 97 145 Франция 63 103 Япония 43 691 Германия 21 122 Россия 19 843 Южная Корея 12 990 Украина 12 155 Остальной мир 79 014 349 063 • Бразилия • Индия • Канада • Китай • Пакистан • Россия • Словакия • США • Тайвань • Финляндия • Франция • Чехия • Южная Корея • Япония Эксплуатируются АЭС, строятся новые энергоблоки • Аргентина • Армения • Болгария • Великобитания • Венгрия • Иран • Мексика • Нидерланды • Румыния • Словения • Украина • Швейцария • Швеция • ЮАР Эксплуатируются АЭС, планируется строительство новых энергоблоков • Азербайджан • Албания • Алжир • Беларусь • Венесуэла • Вьетнам • Гана • Джакарта • Египет • Казахстан • Латвия • Либия • Малайзия • Монголия • Морокко • Намибия • Нигерия • Польша • Таиланд • Турция • Уганда • Филипинны • Чили • Эквадор АЭС не эксплуатируются, планируется строительство • Германия Эксплуатируются АЭС, рассматривается сокращение их количества • Бельгия • Испания Эксплуатируются АЭС, строительство новых не планируется • Австрия Гражданская ядерная энергетика запрещена законом Страны с атомными электростанциями 12 A
- 8. Безопасность Безопасность – этов общем случае отсут- ствие опасности. Что такое опасность, навер- ное, всем хорошо известно с раннего детства. Например, опасность попасть на дороге под машину, опасность утонуть в речке и т. д. Таким образом, опасность – это все то, что представляет угрозу жизни и здоровью либо человека, если мы говорим о человеке, либо государства, либо предприятия, либо даже нашей планеты, галактики и т. д. Безопасность труда – это исключение или минимизация до допустимого уровня воздействия на человека опасных производ- ственных факторов, которые могут нанести вред его здоровью или вызвать гибель. Ключевыми опасными факторами для человека в электроустановках являются опасность поражения электрическим током и опасность, связанная с возникновением пожара из-за повреждения электроустановок. Под безопасностью в электрических уста- новках понимают исключение или макси- мальное снижение опасности поражения человека электрическим током. Поражение человека электрическим током называется электротравмой. Из курса физики известен закон Ома, в соот- ветствии с которым напряжение равно силе тока, умноженной на сопротивление электри- ческой цепи. При поражении электрическим током человек создает электрическую цепь через свое тело. Например, стоя на земле и задев за провод, находящийся под напря- жением, он создает цепь между двумя раз- ными потенциалами, что в результате приво- дит к протеканию тока. Если ток небольшой, то человек почувствует легкое покалывание, а если большой, при большом напряжении, то он вызывает нагрев тела человека и даже его возгорание. Воздействие электрического тока в течение 1 секунды остановка сердца сердечная аритмия паралич дыхания неотпускание боль 0 10 30 75 200 мА Одним из путей снижения опасного воз- действия на человека является защитное заземление корпусов электроустановок и оборудования. Заземление буквально означает соединение корпуса электроустановки или металлокон- струкций с землей; таким образом при слу- чайном соединении, например, из-за ава- рийного повреждения, фазы электрического провода с корпусом электроустановки про- исходит максимально быстрое срабатывание устройств релейной защиты, и поврежденная фаза и электроустановка отключается от сети. Все металлические части электрооборудова- ния обязательно подлежат заземлению. Кроме функции защиты человека зазем- ление еще выполняет роль защиты обору- дования, например, от грозовых разрядов. Все видели, что во время грозы возникают молнии, которые при попадании в предме- ты создают напряжение в тысячи и десятки тысяч вольт. Естественно, попадание молнии в электроборудование может привести к про- бою изоляции. Для снижения вероятности этих воздействий используют грозозащи- ту. На электроподстанциях она представ- ляет собой молниеотводы–металлические башни, которые значительно выше обору- дования подстанции и соединены с землей (заземлены). В итоге над подстанцией они создают молниезащитные куполы, которые резко повышают вероятность попадания молнии в молниеотводы и, соответственно, снижают вероятность попадания молнии в оборудование. Для линий электропередач используются грозотросы–один или два провода, которые натянуты по самому верху опор, обязательно выше проводов и заземлены. Шаговым напряжением (напряжением шага) называется напряжение между дву- мя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек. Шаговое напря- жение зависит от удельного сопротивления грунта и силы протекающего через него тока. Для исключения попадания под шаговое напряжения без крайней необходимости и уверенности в отсутствии на нем напря- жения приближаться к упавшему проводу, а тем более трогать его руками недопустимо, т. к. уже на расстоянии нескольких метров от провода появляется разность потенциалов земли. Чем ближе к проводу, тем потенциал больше. Чем дальше от провода, тем меньше, соответственно, учитывая шаг в метр, раз- ность потенциалов на этом расстоянии уже может достигать опасных для жизни человека значений. Второй фактор, оказывающий влияние на безопасность человека на энергетическом объекте, — это пожарная опасность из-за возгорания отдельных элементов электро- установки; например, при коротком замыка- нии может произойти выброс горючего транс- форматорного масла, что приведет к пожару. 100 % 0 % 60% 30% Шаговое напряжение При действии тока с напряжением до 400 вольт 1. оттащите пострадавшего за сухую одежду 2. отбросьте провод изолирующей штангой 3. перерубите провода топором с деревянным топорищем При приближении человека к упавшему на землю проводу его ноги находятся в зонах с разными потенциалами. Из-за этой разницы в теле человека возникает электрический ток 1514 Б Б
- 9. Ветроэнергетика Ветроэнергетика–отрасль альтернативной энергетики, специализирующаясяна преоб- разовании энергии ветра в электрическую энергию. Энергию ветра относят к возоб- новляемым видам энергии, а при ее преоб- разовании не происходит выброса углекис- лого газа, поэтому ветроэнергетику относят к отраслям, оказывающим минимальную эко- логическую нагрузку на окружающую среду. Для выработки электрической энергии пред- назначены ветрогенераторы, являющие- ся составной частью ветроэлектричекой станции. Мощность ветрогенератора зави- сит от площади, охватываемой лопастями генератора при вращении ротора, и ско- рости ветра, причем зависимость от ско- рости ветра кубическая: при увеличении ветра вдвое, от 5 м/с до 10 м/с, мощность, отдаваемая генератором, увеличивается в восемь раз. Поскольку скорость ветра увеличивается по мере удаления от поверх- ности земли или моря, то высота располо- жения генератора одновременно позволяет и увеличить диаметр лопастей, и дает более высокую скорость ветра, и освобождает площади на земле для другой деятельности. Поэтому современные ветростанции имеют башни высотой более 100 метров. Наиболь- шее распространение в мире получила кон- струкция ветрогенератора с тремя лопастями и горизонтальной осью вращения. Однако приходится констатировать, что работа таких ветрогенераторов сопровождается некото- рыми неприятными явлениями, причем глав- ные из них–шум и вибрация. Применение ветростанций обусловлено достоинствами ветровой энергии, к которым следует отнести доступность, повсеместное распространение и практически неисчерпа- емость ресурсов. Эта особенность ветра чрез- вычайно важна для труднодоступных (аркти- ческих, степных, пустынных, горных и т. п.) районов, удаленных от источников центра- лизованного энергоснабжения, и для относи- тельно мелких потребителей энергии, рассре- доточенных на обширных пространствах. Среди основных недостатков можно выде- лить то, что ветроэнергетика является нере- гулируемым источником энергии. Мощность ветроэлектростанции зависит от силы ветра– фактора, отличающегося большим непосто- янством. Поэтому выдача электроэнергии с ветрогенератора в энергосистему отличается большой неравномерностью по времени как в суточном, так и в годовом разрезе. Учитывая, что энергосистема сама имеет неоднород- ности нагрузки по времени (пики и провалы энергопотребления), введение значительной доли ветроэнергетики в энергосистему спо- собствует ее дестабилизации. Из этого сле- дует, что ветроэнергетика требует резерва мощности в энергосистеме (например, в виде газотурбинных электростанций), а также механизмов сглаживания неоднородности выработки электроэнергии (в виде ГЭС или ГАЭС). Но этот недостаток в сетях и диспетче- ризации энергосистем из-за нестабильности работы ветрогенераторов ощущается после достижения ими доли в 20–25% от общей уста- новленной мощности системы. В автономных энергосистемах небольшой мощности ветро- электрические станции тоже могут приме- няться несмотря на неравномерность посту- пления энергии, если они работают в паре с дизель-генератором. 1716 В В
- 10. 20 50 100 200 500 1 000 2 000 5 000 10 000 20 000 50 000 МВт Россия Украина БразилияФранция США Китай 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Суммарная установленная мощность ветряных электростанций по странам Доля вырабатываемой электроэнергии по типу источника энергии Доля вырабатываемой при помощи ветра электроэнергии по странам 197 039 МВт 2,6% 6,4% 10,5% 13,8% 24% 20,4% 22,3% Китай США Германия Испания Индия Франция Другие страны Россия < 0,01% Украина ~ 0,04% 1 МВт Семей 2,5% Ветроэнергетика 1 2 4 5 6 13 14 7 8 9 10 11 1. Грунт 2. Распределительный шкаф 3. Кабель 4. Башня 5. Лестница 6. Узел сопряжения 7. Гондола 8. Генератор 9. Анемометр 10. Редуктор 11. Сцепление 12. Лопасть 13. Устройство поворота лопасти 14. Обтекатель 65 м 200м100м150м50м 12 3 Схема ветростанции
- 11. Выключатель Выключатель –обобщенное названиеэлек- трического аппарата, предназначенного для размыкания и замыкания электрической цепи. Выключатель имеет как минимум два фиксированных положения своих контактов (отключено/включено) и способен изменить это положение под действием внешних сил на другое положение контактов (отключено/ включено) на сколь угодно малое или боль- шое значение времени. Наиболее тяжелым режимом для всех типов выключателей является режим отключения участка цепи. При размыкании электричес- кой цепи при достаточно малом расстоянии между контактами под действием электри- ческого поля между контактами происходит ионизация воздуха и возникает электричес- кий разряд в виде электрической дуги. В стволе дуги, представляющем собой плаз- му (ионизированный газ), проходит большой ток и устанавливается высокая температу- ра, что создает дополнительные условия для ионизации воздуха и поддержания дуги. Высокая температура дуги может приве- сти к повреждению контактов выключате- ля, а протекающие высокие токи оказывают дополнительную нагрузку на электрические сети. Основными способами гашения дуги являются проведение разрыва цепи в средах с повышенной электрической прочностью, охлаждение дуги и ее деионизация. Высокая скорость размыкания контак- тов позволяет вытянуть дугу, что приводит к ее охлаждению и затуханию. Поэтому для отключения контактной системы применяют- ся различные приводы, которые могут быть пневматическими, электрическими, пружин- ными и т. д. 1. Рычажок 2. Винтовые клеммы 3. Подвижный контакт 4. Неподвижный контакт 5. Тепловой расцепитель (биметаллическая пластина) 6. Регулировочный винт 7. Магнитный расцепитель (соленоид) 8. Дугогасильное устройство 9. Защелка крепления на DIN-рейку 1 6 5 7 8 9 2 2 3 4 Автоматический выключатель По типу дугогасящей среды выключатели делятся на: • воздушные (контакты размыкаются в воздухе); • вакуумные (чем глубже вакуум, тем меньше газа для возникновения плазмы); • масляные (контакты размыкаются в масле, кото- рое под действием высокой температуры дуги разлагается с образованием газового пузыря. Газы под высоким давлением в пузыре спо- собствуют деионизации дуги и ее охлаждению. Кроме того, движение газов, растягивание дуги в дугогасительной камере повышают дугогася- щий эффект); • элегазовые (в качестве дугогасящей среды используется элегаз (SF6 – шестифтористая сера), имеющий электрическую прочность выше, чем у воздуха). По типу токов, при которых происходит отключение нагрузки, выключатели бывают выключателями нагрузки и автоматическими выключателями. Выключатели нагрузки предназначены для отклю- чения нагрузки при рабочих значениях токов. Авто- матические выключатели могут включать, проводить и отключать нагрузку при нормальном состоянии цепи, но их основная задача–автоматически размы- кать цепь при аварийном состоянии, например, при протекании токов короткого замыкания. 1. Токопровод 2. Неподвижный контакт 3. Подвижный контакт 4. Корпус 5. Тепловой расцепитель (биметаллическая пластина) 6. Подвижный токопровод 7. Сильфон 8. Экраны 9. Фланец 1 6 2 3 4 57 8 9 Модуль вакуумного выключателя 2120 В В
- 12. Генератор электрический В общемслучае электрическим генератором называют устройство, в котором неэлектри- ческие виды энергии (механическая, хими- ческая, тепловая) преобразуются в электри- ческую энергию. Наибольшее практическое значение приобрели машины для преобра- зования механической энергии вращающего ее первичного двигателя в электрическую. В зависимости от вырабатываемого тока такие устройства делятся на генераторы постоянного и переменного тока. Принцип действия таких генераторов основан на явле- нии электромагнитной индукции–явлении возникновения электрического тока в зам- кнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. Соответственно, основными электротехниче- скими частями электрических генераторов являются магнитная система (магнитопро- вод, индуктор), создающая магнитное поле, и якорь, в котором индуцируется перемен- ная ЭДС и протекает переменный ток. В маши- нах переменного тока часто вращающуюся часть называют ротором, а неподвижную часть–статором. Магнитная система обычно является электро- магнитом, но в машинах малой мощности может быть построена на основе постоянного магнита. В генераторе постоянного тока магнитное поле создается неподвижным индуктором (статором). При вращении якоря от первично- го двигателя в его обмотках наводится пере- менная электродвижущая сила и протекает переменный ток. Для получения постоянного тока в конструкции генератора постоянного тока существует особое приспособление – коллектор, который является механическим выпрямителем. Чтобы сгладить пульсации электродвижущей силы и сделать напря- жение не только прямым, но и постоянным, якорь генератора составляют из большого числа отдельных катушек, или секций, сдви- Зеноб Грамм 1826–1901 Бельгийский электротех- ник. Работал во Франции. В 1869 запатентовал схему кольцевого якоря, обеспечивающего полу- чение электродвижущей силы и тока постоянного направления. Фактически является изобретателем практически пригодного электрического генерато- ра с кольцевым якорем. Аньош Иштван Йедлик 1800–1895 Знаменитый венгерский физик и электротехник. Член-корреспондент Венгерской академии наук. Ректор Будапешт- ского университета. В 1827 г. Йедлик начал экспериментировать с электромагнитными вращающимися устрой- ствами, которые он называл электромагнит- ными самовращающимися роторами. В прототипе его униполярного электро- двигателя и стационарная, и вращающаяся части были электромагнитные. Он сформулировал кон- цепцию динамо-машины по меньшей мере за шесть лет до А.И. Уитстона. Суть его идеи состояла в использовании вместо постоянных магнитов двух противоположно рас- положенных электромаг- нитов, которые создавали магнитное поле вокруг ротора. Изобретение Йедлика на десятилетия опередило его время. нутых на определенный угол относительно друг друга, а коллектор составляют не из двух полуколец, а из соответствующего чис- ла пластин, лежащих на поверхности цилин- дра, вращающегося на общем валу с якорем. Концы секций обмотки якоря выведены на две пластины коллектора. Таким образом, коллектор состоит из пластин, количество которых в два раза превышает количество секций якоря. К коллекторным пластинам прижимаются неподвижные щетки, к кото- рым подключается внешняя цепь. Коллектор является наиболее сложной в конструктив- ном отношении и наиболее ответственной в работе частью машины. Поверхность кол- лектора должна быть строго цилиндрической во избежание биения и искрения щеток. Щет- ки могут быть графитными, угольно-графит- ными или бронзо-графитными. На каждом щеткодержателе может находиться несколь- ко щеток, включенных параллельно. Для уменьшения искрения на щетках в машинах постоянного тока применяют дополнитель- ные полюсы индуктора (статора). В зависимости от способов соединения обмо- ток возбуждения с якорем генераторы посто- янного тока подразделяются на генераторы независимого возбуждения и генераторы с самовозбуждением. Генераторы самовоз- буждения, в свою очередь, бывают генера- торами параллельного возбуждения, после- довательного возбуждения и смешанного возбуждения в зависимости от присоедине- ния обмоток индуктора в цепь якоря. Машина постоянного тока может работать как в режиме генератора, так и в режиме дви- гателя, т. е. обладает свойством обратимости. Генератор переменного тока имеет несколь- ко другое исполнение. Так как для возникно- вения явления электромагнитной индукции безразлично, что перемещать – магнитное поле относительно проводника или провод- ник в магнитном поле, то в больших про- мышленных генераторах переменного тока вращается именно электромагнит, который является ротором, в то время как обмотки, в которых наводится ЭДС, уложены в пазах статора и остаются неподвижными. Дело в том, что подводить ток к ротору или отво- дить его из обмотки ротора во внешнюю цепь приходится при помощи скользящих контак- тов. Для этого ротор снабжается контактными кольцами, присоединенными к концам его обмотки. Неподвижные пластины – щетки – прижаты к кольцам и осуществляют связь обмотки ротора с внешней цепью. Сила тока в обмотках электромагнита, создающего маг- нитное поле, значительно меньше силы тока, отдаваемого генератором во внешнюю цепь. Поэтому генерируемый ток удобнее снимать с неподвижных обмоток, а через скользящие контакты подводить сравнительно слабый ток к вращающемуся электромагниту. Этот ток для электромагнита-индуктора обычно выра- батывается отдельным генератором постоян- ного тока (возбудителем), расположенным на валу ротора генератора переменного тока. В маломощных генераторах магнитное поле создается вращающимся постоянным магни- том. В таком случае кольца и щетки вообще не нужны. Для производства трехфазного электричес- кого тока на статоре генератора располага- ются три обмотки, смещенные друг относи- тельно друга на 120 градусов. Эти обмотки имеют электрическую связь и соединяются «звездой» или «треугольником». Устойчивая эффективная работа энергети- ческой системы, состоящей из генераторов и потребителей электрической энергии, предусматривает баланс электрической энергии. Баланс электроэнергии неразрыв- но связан с балансом электрической мощ- ности – балансом максимальной нагрузки потребителей и генерирующих мощностей с учетом рациональной величины резерва. Нагрузка генераторов должна учитывать так- же потери мощности в энергосистеме. Автомобильный генератор 2322 Г Г
- 13. 2а 5 4 3а 1а 1 3 2 1. Обмотка 1фазы 1а. Нагрузка 1 фазы 2. Обмотка 2 фазы 2а. Нагрузка 2 фазы 3. Обмотка 3 фазы 3а. Нагрузка 3 фазы 4. Ротор 5. Статор Принцип действия трехфазного генератора Генератор энергоблока Балаковской АЭС Ветрогенератор Siemens Переносной бензиновый генератор Велосипедный генератор (динамо) Общевойсковой дизельный электрогенератор на автоприцепе Генератор энергоблока ТЭЦ-21 в Москве Генератор Бурейской ГЭС Генератор Государственной электростанции №1 в Москве Автомобильный генератор (от ВАЗ 2101) 1000 МВт650 МВт 335 МВт 25 МВт 100 кВт 600Вт 3,6 МВт 5 кВт 7,5 Вт Сравнение мощности генераторов
- 14. Геотермальная энергетика Геотермальная энергетика– отрасль энергетики, производящая электрическую и тепловую энергию за счет тепловой энергии, содержащейся в недрах земли, на геотер- мальных станциях. Относится к альтернатив- ным источникам энергии, использующим возобновляемые энергетические ресурсы. Существует два основных способа исполь- зования геотермальной энергии: прямое использование тепла и производство элек- троэнергии. Прямое использование тепла является наиболее простым и поэтому наибо- лее распространенным способом. Схема работы геотермальной электростан- ции достаточно проста. Вода через специ- ально пробуренные отверстия закачивается глубоко под землю, в те слои земной коры, которые естественным образом довольно сильно нагреты. Просачиваясь в трещины и полости горячей породы, вода нагре- вается вплоть до образования водяного пара и по другой, параллельной скважи- не поднимается обратно. Нагретая таким образом вода может подаваться в систему теплоснабжения. Если необходимо получить электрическую энергию, то для этого горячая вода посту- пает непосредственно на электростанцию в теплообменник, и ее энергия преобразует- ся в электрическую. Это происходит посред- ством турбины и генератора, как и во многих других типах электростанций. Чем глубже скважина, тем выше температу- ра нагрева воды. Но в некоторых регионах планеты геотермальная температура в сква- жине поднимается быстрее. Такие места обычно находятся в зонах повышенной сей- смической активности, где сталкиваются или разрываются тектонические плиты. Именно поэтому наиболее перспективные геотер- мальные ресурсы находятся в зонах вулкани- ческой активности. В таких регионах очень часто встречают- ся горячие источники (гейзеры), поэтому отпадает необходимость закачивать воду в скважину. Достаточно просто рационально использовать имеющиеся природные гидро- термальные ресурсы, т. е. воду, нагретую до высокой температуры в результате есте- ственных природных процессов. Главным достоинством геотермальной энергии является ее практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года. Принцип действия геотермальной станции 1. Турбина 2. Генератор 3. Теплообменник с жидким рабочим телом 4. Эксплуатационная скважина 5. Нагнетательная скважина 6. Скалистая порода 1 6 5 2 3 4 2726 Г Г
- 15. гидроэлектроэнергетика Гидроэлектроэнергетика – отрасльэнерге- тики, в которой выработка электроэнергии происходит с использованием энергии дви- жущейся воды. Производство электрической энергии про- исходит на гидроэлектростанции (ГЭС). Принцип работы ГЭС прост. Поток воды под достаточным напором поступает на лопас- ти гидротурбины. В зависимости от напора воды на ГЭС устанавливается определенный тип турбины. Каждому типу турбины соот- ветствуют лопатки специфической формы и конструкции крепления к ротору. Поток воды воздействует на лопатки, закрепленные по окружности ротора, и заставляет турби- ну вращаться. Турбина, вращаясь, приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию. Для создания достаточного напора воды в составе ГЭС используются гидротехничес- кие сооружения, например, плотины раз- личных типов или водоводы. Также в состав ГЭС в зависимости от их назначения могут входить дополнительные сооружения, такие как водосбросные сооружения, шлюзы или судоподъемники, способствующие навига- ции по водоему, рыбопропускные, водоза- борные сооружения, используемые для ирри- гации, и многое другое. В здании ГЭС можно выделить машинный зал, где расположены гидроагрегаты (гидро- турбина и генератор), непосредственно преобразующие энергию потока воды в элек- трическую энергию, а также помещения, где установлено дополнительное оборудование, устройства управления и контроля над рабо- той ГЭС, трансформаторная станция, распре- делительные устройства и многое другое. По типу создания напора можно выделить следующие типы ГЭС: • Плотинные – являются наиболее рас- пространенным типом ГЭС. В этом случае плотина перегораживает полностью русло реки в наиболее удобном месте. Образу- ющееся при этом водохранилище исполь- зуется в качестве регулирующей емкости, позволяющей периодически создавать запасы воды и более полно использовать энергию водотока, а высота подъема воды обеспечивает необходимый напор. • Деривационные – строят в том случае, когда естественный уклон реки велик и обеспечивает достаточный напор для работы турбины. В деривационных ГЭС вода отводится из речного русла через специальные водоводы, более пологие, нежели русло реки, что обеспечивает достаточный напор воды при подводе к турбине. Оборудование гидроэлектростанции 1. Самоудерживающая решетка 2. Подъемники сороудерживающей решетки 3. Затвор водоприемника 4. Подъемники затворов 5. Групповые выключатели 6. Водохранилище 7. Трансформаторы 8. Водовод 9. Корпус распределительных устройств 10. Гидрогенераторы 11. Предохранительный клапан 12. Затвор отсасывающей трубы 13. Гидротурбина 14. Задвижка 15. Плотина 1 3 2 4 5 6 7 15 8 9 10 11 12 13 14 4 Существуют еще два типа электростанций, использующих энергию воды: гидроаккуму- лирующие электростанции (ГАЭС) и при- ливные электростанции (ПЭС). Особенностью ГАЭС является то, что они способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию и пускать ее в ход в момен- ты пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций следующий: в определен- ные периоды (не пиковой нагрузки) агрегаты ГАЭС работают как насосы от внешних источ- ников энергии и закачивают воду в специаль- но оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность, вода из них поступа- ет в напорный трубопровод и приводит в дей- ствие турбины. ГАЭС использует в своей работе либо ком- плекс генераторов и насосов, либо обрати- мые гидроэлектроагрегаты, которые способ- ны работать как в режиме генераторов, так и в режиме насосов. Опыт использования ГАЭС показал, что они являются не только генерирующим источником, но и оказы- вают системные услуги, т. к. способствуют оптимизации суточного графика нагру- зок и повышению надежности и качества электроснабжения. ГАЭС целесообразно строить вблизи центров потребления электроэнергии, т. к. сооруже- ние протяженных линий электропередачи для кратковременного использования эконо- мически не выгодно. Приливная электростанция (ПЭС) – электро- станция, преобразующая энергию морских приливов в электрическую. ПЭС использует перепад уровней воды во время прилива и отлива. Перекрыв плотиной залив или устье впадающей в море реки и образовав водоем, который называют бассейном ПЭС, можно при достаточно высокой амплитуде прилива создать напор, достаточный для вращения гидротурбин и соединенных с ними генерато- ров, размещенных в теле плотины. А исполь- зование гидроагрегатов двустороннего действия позволит вырабатывать электро- энергию как при пропуске воды из бассейна в море (отлив), так и в обратном направлении (прилив). Хотя выработка электроэнергии на ПЭС про- исходит лишь в течение ограниченного вре- мени, тем не менее ее работа более прогно- зируема, нежели выработка электрической энергии на ветровых электростанциях. Основным преимуществом гидроэнерге- тики является то, что для производства электрической энергии используются возоб- новляемые природные ресурсы. Ввиду того, что потребности в дополнительном топливе для ГЭС нет, конечная стоимость получаемой электроэнергии значительно ниже, чем при использовании других видов электростанций. Принцип действия гидроэлектростанции 1. Водохранилище 2. Плотина 3. Турбина 4. Генератор 1 2 4 3 2928 Г Г
- 16. Плотины гидроэлектростанций классифицируютсяпо высоте плотины: • низконапорные (глубина воды перед плотиной до 15 м); • средненапорные (15-50 м); • высоконапорные (более 50 м). 55 401 МВт 22 500 МВт2012 6 426 МВт2009 4 200 МВт2010 3 300 МВт1999 3 115 МВт1988 2 000 МВт2000 13 860 МВт2015 33 206 МВт БразилияКитай Суммарная мощность остальных стран (включая США 18 222 МВт) Суммарная мощность введенных в эксплуатацию гидроэлектростанций ведущих энергетических держав за послевоенный период (включая строящиеся станции) 14 000 МВт2003 3 200 МВт1974 3 162 МВт1997 8 300 МВт1984 2 082 МВт1980 2 462 МВт1955 30 699 МВт Россия 1989 6 400 МВт 1967 4 515 МВт 1980 3 840 МВт 1972 6 000 МВт 1961 2 593,5 МВт 1957 2 341 МВт 2009 2 010 МВт 2013 3 000 МВт 23 670 МВт Канада 1981 5 616 МВт 1971 5 429 МВт 1986 2 779 МВт 1968 2 730 МВт 1968 2 592 МВт 1984 2 418 МВт 1992 2 106 МВт 59 757 142 976 МВт МВт Крупнейшая: Китай, 2012 г., «Три ущелья» на реке Янцзы Старейшая: США, 1942 г., «Гранд Кули» на реке Колумбия
- 17. Двигатель Двигатель – устройство,преобразующее энергии определенного вида в механичес- кую. Например, двигатель внутреннего сго- рания превращает энергию сгорания топлива в механическую энергию, а электродвигатель работает от электрической сети, получая электрическую энергию, и превращает ее в механическую. Наряду с электрическими генераторами электродвигатели относят к электрическим машинам, т. к. их принцип действия основан на явлениях электромагнитной индукции и силы Лоренца, действующей на проводник с током, движущийся в магнитном поле. В зависимости от вида электрической сети разделяют двигатели постоянного тока и двигатели переменного тока. Наиболь- шее распространение получили двигатели переменного тока из-за их простоты кон- струкции. Основное достоинство двигателей постоянного тока–это возможность плавной регулировки скорости в широких пределах, но конструкция их сложна, и они требуют постоянного наблюдения за работой. Кроме того, двигатели постоянного тока требуют специальных источников питания, так как все электрические станции вырабатывают только переменный ток. Вот почему двигатели посто- янного тока применяются только там, где заменить их двигателями переменного тока трудно,–в транспорте, работающем от элек- тричества (травмай, троллейбус, метро), в грузоподъемных устройствах. Никола Тесла 1856–1943 Выдающийся ученый, опередивший свое время, физик, инженер, изобре- татель в области электро- техники и радиотехники. Никола создал множество изобретений, которые уже почти спустя век не могут быть повторены. Электродвигатель состоит из двух основных частей: Принцип работы всех электродвигателей прост: ротор (вращающаяся часть) статор (неподвижная часть) если между полюсами по- стоянного магнита поместить свободно подвешенную про- волочную петлю и пропустить через нее электрический ток, то петля будет отклоняться в сторону, пытаясь выйти из магнитного поля Двигатель постоянного тока На статоре вместо постоянных магнитов используют электромагниты Важное преимущество: возможность про- стого регулирования частоты вращения ротора за счет изменения силы тока в его обмотках Двигатель переменного тока Ток в обмотки ротора подается через контактные кольца У большинства двигателей обмотки ротора вообще не имеют выводов для подключе- ния к источнику тока, а замыкаются между собой Синхронные Частота вращения ротора жестко связана с частотой тока в питающей сети Асинхронные Частота вращения ротора отстает от частоты вращения магнитного поля статора (вращается асинхронно) Мощность Доли Вт – Сотни кВт Единицы В – Сотни В Единицы Вт – Десятки кВт Десятки В – Десятки кВ МощностьНапряжение Напряжение Первыми электродвигателями были двигатели постоянного тока, т.к. первыми источниками электрической энергии были гальванические батареи постоянного тока 3332 Д Д
- 18. Диспетчер Основная задача диспетчера–обеспечение безаварийнойработы энергосистемы. Важ- ным качеством для диспетчера является сохранение постоянной готовности к экстрен- ному действию в условиях монотонной рабо- ты. Наиболее ответственный этап деятельнос- ти диспетчера–ликвидация аварий. На этом этапе диспетчер должен в кратчайший срок принять правильное решение и произвести нужные действия. Рабочее место диспетчера расположено в диспетчером центре, в который по раз- ным информационным каналам поступает информация о состоянии оборудования кон- тролируемой им энергосистемы. Информа- ция к диспетчеру попадает уже обработан- ной, проверенной и в таком виде, чтобы он мог сразу использовать ее в работе. За эту функцию несет ответственность автома- тизированная система диспетчерского управления. Диэлектрик Диэлектрик – это вещество, плохо прово- дящее электрический ток. Это свойство диэлектрических материалов используют, применяя их в качестве электроизоляцион- ных материалов. Основная задача изоляции– не допустить утечки электрических зарядов, то есть с их помощью отделяют электрические цепи друг от друга или токоведущие части устройств от проводящих, но не токоведущих частей (от корпуса, земли). Основной харак- теристикой диэлектрика является его элек- трическая прочность – минимальная напря- женность электрического поля, при которой наступает электрический пробой диэлек- трика. Когда напряженность электрического поля превышает электрическую прочность, диэлектрик начинает проводить электриче- ский ток. При пробое изоляции происходит скачкообразный рост силы тока. Это часто приводит к разрушению изоляции вследствие перегрева. Каждый цвет изоляционной ленты обозначает номер фазы, нейтральный провод и провод заземления 3534 Д Д
- 19. Единая энергетическая системаРоссии Единая энергетическая система России (ЕЭС России) – это совокупность объектов электроэнергетики, связанных единым про- цессом производства и передачи электричес- кой энергии, которые имеют централизован- ное оперативно-диспетчерское управление. В настоящее время ЕЭС России охватыва- ет практически всю обжитую территорию страны и является крупнейшим в мире цен- трализованно управляемым энергообъе- динением. В настоящее время ЕЭС России включает в себя 69 энергосистем на терри- тории 79 субъектов Российской Федерации, работающих в составе шести параллельно Объединенных энергосистем (ОЭС) – ОЭС Центра, Юга, Северо-Запада, Средней Волги, Урала и Сибири и ОЭС Востока, функциони- рующей изолированно от ЕЭС России. Кроме того, ЕЭС России осуществляет параллельную работу с ОЭС Украины, ОЭС Казахстана, ОЭС Белоруссии, энергосистемами Эстонии, Лат- вии, Литвы, Грузии и Азербайджана, а также с NORDEL (связь с Финляндией через вставку постоянного тока в Выборге). Исходя из этого, имеет право на жизнь еще одно определение: Единая энергосистема – совокупность объединенных энергосистем (ОЭС), соединенных межсистемными связями, охватывающая значительную часть террито- рии страны при общем режиме работы и име- ющая единое диспетчерское управление. Предпосылки создания ЕЭС России, заключа- ющиеся в централизации выработки электро- энергии на крупных районных электростан- циях, были заложены планом ГОЭЛРО. В 1921 г. впервые в России были объ- единены на параллельную работу семь электростанций Москвы и области, именно с этого момента началось создание ЕЭС СССР. Уже через 5 лет, в 1926 г., в Московской энер- госистеме была создана первая в стране центральная диспетчерская служба. К 1935 г. в стране работало шесть энергосистем, в том числе Московская, Ленинградская, Донец- кая и Днепровская. Первые энергосистемы были созданы на основе ЛЭП напряжения 110 кВ, за исключением Днепровской, в кото- рой использовались линии напряжения 154 кВ, принятого для выдачи мощности Днепровской ГЭС. В 1942 г. для координации работы трех район- ных энергетических систем – Свердловской, Пермской и Челябинской — было создано первое Объединенное диспетчерское управ- ление–ОДУ Урала, которое управляло рабо- той Объединенной энергосистемы (ОЭС) Ура- ла, а в 1945 г. было создано ОДУ Центра и ОЭС Центра. В начале 1950-х годов было начато строитель- ство каскада гидроэлектростанций на Волге. В 1956 г. объединение энергосистем Центра и Средней Волги линией электропередачи 400 кВ Куйбышев–Москва, обеспечивавшей выдачу мощности Куйбышеской ГЭС, обозна- чило начало формирования Единой энерго- системы СССР. Последовавшее строительство ЛЭП 500 кВ от каскада Волжских ГЭС обе- спечило возможность параллельной работы энергосистем Центра, Средней и Нижней Вол- ги и Урала и завершило первый этап создания Единой энергетической системы. В июле 1962 г. было подписано соглашение о создании в Праге Центрального диспетчер- ского управления (ЦДУ) энергосистем Бол- гарии, Венгрии, ГДР, Польши, СССР, Румынии и Чехословакии. Это соглашение привело к созданию крупнейшей на планете энерго- системы «Мир» (установленная мощность электростанций более 400 ГВт). В 1970 г. к ЕЭС была присоединена ОЭС Закав- казья, а в 1972 г.–ОЭС Казахстана и отдель- ные районы Западной Сибири. В 1978 г. ОЭС Сибири была присоединена к ЕЭС СССР. К 1990 г. в состав ЕЭС СССР входили 9 из 11 энергообъединений страны, охваты- вая 2/3 территории СССР, на которых про- живало более 90% населения. В ноябре 1993 г. из-за большого дефицита мощности на Украине был осуществлен вынужденный переход на раздельную работу ЕЭС России и ОЭС Украины, что привело к раздельной работе ЕЭС России с остальными энергоси- стемами, входящими в состав энергосистемы «Мир». В дальнейшем параллельная работа энергосистем, входящих в состав «Мира», с центральным диспетчерским управлением в Праге не возобновлялась. После распада СССР электрические связи между некото- рыми энергообъединениями в составе ЕЭС России стали проходить по территории неза- висимых государств, и электроснабжение части регионов оказалось зависимым от этих государств (связи 500–1150 кВ между ОЭС Урала и Сибири, проходящие по территории Казахстана, связи ОЭС Юга и Центра, частич- но проходящие по территории Украины, свя- зи ОЭС Северо-Запада с Калининградской энергосистемой, проходящие по территории стран Балтии). 156,3 147,5 150,0 989,7 777,9 1030,8 122 127 132 137 142 147 152 157 1990 1995 2000 2005 2010 тыс. МВт 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 млрд кВтч максимум потребления мощности электро- потребление 136,9 124,3 Суммарное потребление электрической энергии в России за последние 20 лет 3736 Е Е
- 20. Генерируемая мощность Количество обслуживаемых потребителей ENTSO-E • Австрия • Бельгия • Босния и Герцоговина • Болгария • Хорватия • Чехия • Дания(западная) • Франция • Германия • Греция • Венгрия • Италия • Люксембург • Македония • Черногория • Нидерланды • Польша • Португалия • Румыния • Сербия • Словакия • Словения • Испания • Швейцария 667ГВт450млн ips/ups • Азербайджан • Белоруссия • Грузия • Казахстан • Киргизия • Молдавия • Монголия • Латвия • Литва • Россия • Таджикистан • Украина • Эстония 285ГВт280млн Синхронные зоны Евразии Atsoi/uktsoa • Великобритания • Ирландия 85ГВт65млн nordel • Дания (восточная) • Норвегия • Финляндия • Швеция 93ГВт25млн
- 21. Емкость электрическая Емкость электрическая–в общемслучае это мера способности проводника накапливать электрический заряд, запасая таким образом энергию электрического поля. В системе СИ емкость измеряется в фарадах. В электро- технике для накопления электрического заря- да и энергии электрического поля применяет- ся специальное устройство–электрический конденсатор. Обычно конденсатор состоит из двух электродов в форме пластин, называ- емых обкладками, разделенных диэлектри- ком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок. Емкость конденсато- ра зависит от геометрических размеров, кон- фигурации, диэлектрической проницаемос- ти диэлектрика и взаимного расположения тел. Конденсатор в цепи постоянного тока может проводить ток в момент включения его в цепь. В этом случае происходит заряд или перезаряд конденсатора, но по окончании переходного процесса ток через конденса- тор не течет, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядки кон- денсатора, замыкаясь так называемым током смещения. В промышленной электротехнике конден- саторы используются для компенсации реактивной мощности – части потребляе- мой мощности, не совершающей полезную работу, но приводящей к нагреву проводов. Значительную часть электрооборудования любого предприятия составляют устройства, обязательным условием нормальной работы которых является создание в них магнитных полей, а именно: трансформаторы, асинхрон- ные двигатели, индукционные печи и прочие устройства, которые можно обобщенно оха- рактеризовать как индуктивная нагрузка. При протекании переменного тока нагрузки появляется фазовый сдвиг между током и напряжением (ток «отстает» от напряжения на фазовый угол, поскольку одной из осо- бенностей индуктивности является свойство сохранять неизменным ток, протекающий через нее). В противоположность индуктив- ности конденсаторы стремятся сохранять неизменным напряжение на своих зажимах, то есть для них ток «опережает» напряжение. Поэтому использование в сетях энергоснаб- жения промышленных предприятий конден- саторных установок позволяет уменьшить фазовый сдвиг между током и напряжением и уменьшить общее потребление электричес- кой энергии предприятием. Питер ван Мушенбрук 1692–1761 Нидерландский физик, иностранный почетный член Петербургской академии наук (1754). В 1745 г. изобрел первый электрический кон- денсатор – лейденскую банку. При этом он создал первый прообраз его внешней обкладки (в первых опытах в ее качестве использовалась рука экспериментатора, державшего банку). Мушенбрук обратил внимание на физио- логическое действие разряда, сравнив его с ударом ската (ученому принадлежало первое использование термина «электрическая рыба»). 1. Металлический электрод 2. Железная фольга 1 + + -- 2 2 40 Е
- 22. Измерение Измерение – совокупностьдействий для определения отношения измеряемой величи- ны к другой однородной величине, принятой за единицу. Полученное значение называется числовым значением измеряемой величины. Числовое значение совместно с обозначени- ем используемой единицы называется значе- нием физической величины. Измерение опытным путем проводится с помощью различных средств измерений– мер, измерительных приборов, измеритель- ных преобразователей, систем, установок и т. д. Измерительный прибор предназначен для получения значений измеряемой физиче- ской величины в установленном диапазоне. Часто измерительным прибором называют средство измерений для выработки сигна- ла измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприя- тия оператора. Однако даже при измерении одной и той же величины одним и тем же измерительным прибором несколько раз получаются различ- ные значения. Поэтому при использовании измерительных приборов можно говорить не об истинном значении величины, а о зна- чении величины с погрешностью измерения. Погрешность измерения – оценка отклон- ния измеренного значения величины от ее истинного значения. Погрешность измерения является характеристикой точности измере- ния. В зависимости от величины этой допу- скаемой погрешности измерительные прибо- ры делятся на классы точности. Очень часто случает так, что измеряемая величина колеблется в течение определен- ного промежутка времени в очень большом диапазоне, что не позволяет с необходимой точностью провести ее измерение имею- щимся измерительным прибором. В этом случае используют измерительный преобра- зователь–техническое средство с норматив- ными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измери- тельный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи. Примером таких преобразователей является трансформатор тока. Трансформаторы тока обеспечивают безопасность измерений, изолируя изме- рительные цепи вторичной обмотки от пер- вичной цепи с высоким напряжением, часто составляющим сотни киловольт. В электроэнергетической системе с целью контроля за ее функционированием произ- водятся измерения различных физических величин. Основной единицей измерения выработки и потребления электрической энергии служит киловатт-час. Для более точ- ного описания электросети используются такие параметры, как напряжение, частота и количество фаз (для переменного тока), номинальный и максимальный электричес- кий ток и т. д. Наиболее важной величиной для обеспечения безопасной эксплуатации электроэнергетических систем и установок является измерение сопротивления изоля- ции. Любые измерения проводятся специа- лизированной измерительной лабораторией и измерительными приборами, прошедшими обязательную поверку. Поверка средств изме- рения является одной из задач метрологи- ческой службы. Метрологическая служба– это сеть государственных и метрологических органов, в задачи которых входит обеспе- чение единства измерений и единообразия средств измерений в стране. Деятельность метрологической службы в стране регулиру- ется федеральными законами и другими нор- мативными документами. Измерительный трансформатор (трансформатор тока) 1. Токонесущая жила (первичная обмотка) 2. Вторичная обмотка 3. Сердечник 4. Амперметр 2 4 3 1 4342 И И
- 23. Изолятор Изолятором в энергетике называютустрой- ство для изоляции воздушных линий элек- тропередачи, выполненное из диэлектрика, т. е. не проводящее в условиях эксплуатации электрический ток. Изоляторы изготавливают из фарфора, стек- ла или полимерных материалов. По способу крепления к опоре линии электропередачи изоляторы бывают штыревыми, подвесны- ми и опорными. На высоковольтных линиях электропередач наибольшее распростране- ние получили подвесные изоляторы, имею- щие тарельчатую форму, которые собирают в гирлянды. Конструкция изолятора обеспе- чивает сферическое шарнирное соединение изоляторов при формировании гирлянд. Это обеспечивает гибкость гирлянд, что позволя- ет снизить нагрузку на провод ЛЭП при поры- вах ветра. Количество изоляторов в гирлянде зависит от напряжения ЛЭП, степени загряз- нения атмосферы, типа изоляторов и матери- ала опор. По виду воспринимаемой нагрузки быва- ют поддерживающие и натяжные гирлянды. Поддерживающие гирлянды несут только массу провода в пролете между опорами ЛЭП. Натяжная гирлянда воспринимает уси- лие натяжения проводов. Их применяют в тех случаях, когда нужно уменьшить провис про- водов, например, в контактной сети на элек- трифицированной железной дороге. Электрон Ядро Ядро имеет положительный заряд, а электроны отрицательный. Известно, что разноименные заряды притягиваются, а одноименные отталкиваются. Поэтому ядро удерживает электроны в атоме Суммарный заряд атома равен нулю, в связи с чем мы не наблюдаем электрических сил притяжения и отталкивания между окружающи- ми нас телами Проводники В металлах часть электронов почти сво- бодно странствует по всему объему тела, поэтому они являются хорошими проводни- ками электричества Изоляторы Все электроны прочно удерживаются вблизи ядер Атомы расположены настолько близко друг к другу, что электроны удерживаются на месте не только электрическим полем своего ядра, но и соседних, не давая им перемещаться в пространстве Медь СтеклоАлюминий Серебро Парафин Фарфор Эбонит Индуктивность Индуктивность –это коэффициент пропор- циональности между электрическим током, текущим в каком-либо замкнутом контуре, и магнитным потоком, создаваемым этим током через поверхность, краем которой является этот контур. Индуктивность зависит от размеров и формы контура, а также от маг- нитной проницаемости окружающей среды. Единицей измерения индуктивности в между- народной системе единиц является Генри. Идеализированно можно сказать, что индук- тивность выражает способность замкнутого контура, по которому течет электрический ток, запасать магнитную энергию. При изме- нении тока в контуре пропорционально меня- ется и магнитный поток через поверхность, ограниченную этим контуром. Изменение этого магнитного потока по закону электро- магнитной индукции приводит к возбужде- нию в этом контуре индуктивной электро- движущей силы (ЭДС), причем направление ЭДС всегда оказывается таким, что препят- ствует изменению тока в контуре. При уве- личении тока в контуре необходима энергия для преодоления возникающей ЭДС, и она переходит в энергию магнитного поля, про- ходящего через этот контур. При уменьше- нии тока в контуре должен пропорционально уменьшиться магнитный поток через контур, поэтому энергия магнитного поля переходит в электрическую энергию, создавая ЭДС, направление которой совпадает с направле- нием тока. Это явление возникновения ЭДС в замкнутом контуре при изменении тока, протекающего по контуру, называется самоиндукцией. Джозеф Генри 1797–1878 Американский физик, член Национальной академии наук США и ее президент (1866–1878). Усовершенствовал электромагнит, используя обмотку из изолированно- го провода на железном сердечнике, а также исследовал различные методы намотки про- вода для получения электромагнита. Пришел к выводу, что если для питания используется один элемент, то катушка должна состоять из не- скольких параллельных обмоток, если же на- пряжение выше, то эффек- тивней использовать одну обмотку. Источник электрической энергии Основным источником электроэнергии являются различного рода электростан- ции – тепловые электростанции, гидро- электростанции и электростанции атомные. Принцип работы любой электростанции — преобразование различных видов энергии в электрическую. Соответственно, на тепловых электростанци- ях энергия сжигаемого топлива преобразует- ся в электрическую, на гидроэлектростанци- ях энергия потока воды, который проходит через плотину, преобразуется в электричес- кую, а на атомных станциях–энергия ядер- ной реакции. В настоящее время большую часть всей вырабатываемой в мире электро- энергии дают тепловые электростанции, мощность которых может составлять сотни тысяч и миллионы киловатт. Для совместного и согласованного производства электроэнер- гии электростанции различного типа объеди- няют в энергосистемы. 4544 И И
- 24. Кабель Кабель–конструкция из одного илинесколь- ких изолированных друг от друга проводни- ков (жил) или оптических волокон, заклю- ченных в герметичную оболочку. Кроме собственно токопроводящих жил и изоляции может содержать экран, силовые и другие конструктивные элементы. Кабели применя- ют для передачи на расстояние электричес- кой энергии или сигналов (высоковольтные линии электропередачи, электроснабжение промышленных предприятий, транспорта и коммунальных объектов; магистральные линии связи, городская телефонная сеть, электрооборудование судов, летательных аппаратов и т. п.). Конструкция кабеля сущест- венно зависит от условий его прокладки и эксплуатации (под землей, в воде, на возду- хе, в химически активных средах, при низких или высоких температурах, при повышенной влажности и т. д.). Токопроводящие жилы в кабелях, предна- значенных для передачи электрической энер- гии, изготавливают из меди или алюминия, имеющих наименьшее после серебра элек- трическое сопротивление. В зависимости от условий эксплуатации токопроводящие жилы могут иметь различную степень гибко- сти, быть однопроволочными или скрученны- ми из многих проволок. В силовых кабелях токопроводящие жилы нормируют по сече- нию, выбор которого зависит от передавае- мой мощности. Наружная оболочка кабеля предназначена для защиты проводников и изоляции от внеш- них воздействий, прежде всего от влаги, которая приводит к нарушению изоляции электрических кабелей. Изоляция токоведущих жил выполняется из диэлектрика, отделяющего токопроводя- щие жилы друг от друга и от оболочки. Изо- ляционные материалы должны обладать необходимой по условиям эксплуатации электрической прочностью при возможно меньшей толщине. В зависимости от условий эксплуатации к изоляции могут предъявляться дополнительные требования: негорю- честь, повышенная гибкость, влагостойкость и др. В качестве изоляции наиболее распространены различные виды бумаги, резины, пластмассы. В состав изоляции в качестве компонентов могут входить минеральные масла и масляные составы, а также некоторые инертные газы под давлени- ем. Обычно в газонаполненных кабелях используют азот, который запол- няет пустоты в бумажной обедненной пропитанной изоляции, увеличивая электрическую прочность изоляции. Электрический провод – кабельное изделие, содержащее одну или несколько скрученных проволок или одну или более изолированных жил, поверх которых в зависимости от условий прокладки и эксплуатации может иметься легкая неметаллическая оболочка, обмотка и (или) оплет- ка из волокнистых материалов или проволоки, и не предназначенное, как правило, для прокладки в земле. Для прокладки и обслуживания кабелей сооружают специальные кабель- ные сооружения, к которым относят кабельные туннели, каналы, короба, блоки, шахты, этажи, двойные полы, кабельные эстакады, галереи, каме- ры, подпитывающие пункты. В них размещают также кабельные муфты, масло- и газоподпитывающие аппараты и другое оборудование. 4746 К К
- 25. Качество электрической энергии Качествоэлектрической энергии – сте- пень соответствия измеряемых параметров электрической энергии их нормативно уста- новленным значениям. Параметром элек- трической энергии является величина, коли- чественно характеризующая какое-либо свойство электрической энергии, например, напряжение, частота, форма электрического импульса. Требования качества электроэнер- гии в электрических сетях энергоснабжения общего назначения переменного трехфазно- го и однофазного тока частотой 50 Гц в точках, к которым присоединены электрические сети потребителей или приемники электрической энергии, сформулированы в ГОСТ 13109–97 «Электрическая энергия. Совместимость тех- нических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения». Качество электроэнергии в момент произ- водства не гарантирует автоматически ее качество на месте потребления. Помимо потерь и помех при передаче электроэнер- гии к месту потребления на качество элек- троэнергии оказывает влияние характер потребления электроэнергии электроприем- ником, например, его реактивная энергия или возникновение короткого замыкания. Таким образом, качество электроэнергии до и после включения потребителя в точке его присоединения может быть различно. Котел паровой Котел паровой–устройство, предназначен- ное для генерации насыщенного или пере- гретого пара. Может использовать энергию топлива, сжигаемого в своей топке, элек- трическую энергию (электрический паровой котел) или утилизировать теплоту, выделяю- щуюся в других установках (котлы-утилиза- торы). На картинке представлен один из наи- более распространенных видов паровых котлов–барабанный котел. Принцип его действия заключается в следую- щем: вода в таком котле попадает в барабан (находится вверху котла), из которого под действием силы тяжести попадает в опускные необогреваемые трубы, из которых через барабан – в подъемные обогреваемые, где происходит парообразование (подъемные и опускные трубы образуют циркуляцион- ный контур). Из-за того что плотность паро- водяной смеси в экранных трубах меньше плотности воды в опускных трубах, парово- дяная смесь поднимается по экранным тру- бам в барабан. В нем происходит разделе- ние пароводяной смеси на пар и воду. Вода заново идет в опускные трубы, а пар уходит в паровую турбину, к которой присоединен генератор. Коэффициент полезного действия Коэффициент полезного действия (КПД) – характеристика эффективности любой систе- мы в отношении преобразования или переда- чи энергии. Определяется отношением полез- но использованной энергии к суммарному количеству энергии, затраченному систе- мой. КПД является безразмерной величиной и часто выражается в процентах. Максималь- но возможный КПД у машин, преобразующих внутреннюю энергию топлива, достигается при их работе по циклу Карно. КПД энергетических установок зависит от потерь и количества преобразований энер- гии в них. Например, КПД тепловых электро- станций, построенных в 50–70 гг. прошлого столетия, не превышают 40%, т. к. сначала часть тепловой энергии реакции горения тра- тится на превращение воды в пар (осталь- ная часть энергии улетает в трубу), а затем энергия пара при вращении генератора пре- образуется в электрическую энергию. КПД атомной электростанции достигает значений в 36%, а КПД гидроэлектростанций гораздо выше, т. к. энергия потока воды сразу пре- образуется в электрическую, и достигает 92–94%. КПД электрических машин зависит от их мощности (чем больше мощность, тем выше КПД) и нагрузки (чем ближе нагрузка к номинальной, тем выше КПД). При номи- нальном режиме работы КПД генераторов, трансформаторов и электродвигателей может достигать 95–98%. Сади КАРНО 1796–1832 Французский физик и военный инженер, один из основателей термо- динамики. Карно интересовался многими новыми про- мышленно-технологичес- кими разработками того времени. Занявшись теоретическим обоснованием принципов работы паровых машин, Карно стал одним из пи- онеров термодинамики, предложив свою знаме- нитую модель идеального двигателя. Анализируя идеальный круговой про- цесс (известный сейчас как цикл Карно), он впервые пришел к вы- воду о том, что полезная работа производится только при переходе тепла от нагретого тела к более холодному. Один из многочисленных вариантов так называемого вечного двигателя, существование которого невозможно, так как КПД не может быть 100% и более 1 2 1. Груз 2. Шарнир 3. Упор 4. Стержень 43 4948 К К
- 26. Лампа электрическая Лампа электрическая– искусственный источник света, в котором электрическая энергия преобразуется в энергию оптичес- кого излучения. Для нас наиболее важным является видимая часть излучаемого спек- тра, т. к. именно это позволило в дальнейшем коренным образом изменить облик городов и образ жизни людей. Электрическая лампа–это достаточно слож- ное устройство, усовершенствование кон- струкции которого преследовало цели повы- шения коэффициента полезного действия (коэффициент полезного действия обычной лампы накаливания составляет всего 5–10%) и увеличения времени работы устройства. Источником излучения в электрической лам- пе может быть нагретый до высокой темпера- туры проводник (лампы накаливания и, как их разновидность, галогенные лампы), элек- трический разряд в газе или парах металла (дуговые или газоразрядные лампы) либо люминофор (люминесцентные лампы). Александр Николаевич Лодыгин 1847–1923 Русский электротехник, создатель лампы накали- вания. История создания История появления первой электрической лампы интересна тем, что невозможно назвать имени ее изобретателя. Но основной вклад в создание элек- трической лампочки внесли трое людей, по иронии судьбы родившихся в один и тот же 1847 г. Это были русские инженеры Павел Николаевич Яблочков, Александр Николаевич Лодыгин и американец Томас Алва Эдисон. В основу первых ламп было положено излучение света при возникновении электрической, «воль- товой», дуги. Впервые явление вольтовой дуги наблюдал в 1802 г. русский ученый, профессор физики Василий Владимирович Петров. Если взять два заостренных угольных стержня, то при доста- точно большом напряжении между ними образу- ется свет ослепительной силы. Открытие Петрова осталось незамеченным, т. к. его прежде всего заинтересовала температура электрической дуги, а не способность излучать свет. Наиболее удачную конструкцию дуговых ламп предложил русский электротехник Яблочков, кото- рый работал в Париже в мастерской академика Бреге. Он предложил поставить два угольных электрода не друг против друга на одной линии, а параллельно друг другу, притом так, чтобы дуга могла образовываться только между двумя их кон- цами. При таком расположении электродов рас- стояние между концами углей всегда сохраняется неизменным по мере их сгорания, поэтому элек- трическая дуга сохраняет стабильность достаточ- но долго. Конструкция такой лампы кажется очень простой, однако создание ее потребовало большой изобретательности. Она была придумана в 1876 г. Существует легенда, по которой такая конструкция пришла Яблочкову в голову в ресторане, когда он наблюдал, как официант расставляет перед ним приборы. Официант положил нож и вилку парал- лельно друг другу, что и натолкнуло изобретателя на мысль, что это наиболее простой и эффектив- ный способ решения проблемы постоянства рас- стояния между электродами в лампе. Параллельно свои опыты с электрической дугой проводил А. Н. Лодыгин. Он увидел, что раскален- ные концы угольных стержней светят ярче, чем сама дуга, поэтому он пришел к выводу, что дуга не нужна, и начал проводить опыты с различными материалами, накаляя их током. Также он заме- тил, что время службы лампы увеличивается, если из колбы лампы удалить кислород воздуха. 11 июля 1874 г. он получил патент за номером 1619 на ните- вую лампу. В качестве нити накала он использовал угольный стержень, помещенный между двумя медными держателями в вакуумный сосуд. Впос- ледствии он неоднократно усовершенствовал кон- струкцию своей лампы, а в 1890 г. запатентовал использование нитей из тугоплавких металлов, в том числе из вольфрама. Говоря о вкладе Эдисона в развитие электрической лампочки, следует отметить, что именно он создал устройство, дешевое в производстве, с длитель- ным сроком службы и удобное в использовании. Он изобрел патрон и цоколь, а его лампы первыми поступили в серийное производство. Он нашел спо- соб выкачивать воздух из баллона лучше, чем это удавалось другим изобретателям, а затем упорно работал над подбором материалов для нити нака- ливания, чтобы обеспечить долгий срок службы лампы. Несмотря на все это, в 1879 г. Эдисон полу- чил патент не на изобретение лампочки, а лишь на усовершенствование, поскольку приоритет оставался за Лодыгиным. 5150 Л Л
- 27. 1808 г. Гемфри Дэвисоздал первую в мире дуговую лампу из двух угольных электродов, подклю- ченных к батарее 1838 г. Бельгиец Жобар изготавливает угольную лампу накаливания 1844 г. Жан Бернар Фуко заменил электроды из древесного угля электродами из ретортного угля, что увеличило продолжительность горения лампы. Такие лампы имели непродолжительное по времени, но интенсивное освещение. Легко себе представить восторг и испуг зрительного зала, когда в Парижском Гран-Опера в 1847 г. по ходу спектакля Мейербера «Пророк» восход солнца имитиро- вался с помощью дуговой лампы! 1854 г. Генрих Гёбель разработал первую «современ- ную» лампу: обугленную нить из бамбукового волокна в вакуумированном сосуде. В последующие 5 лет он разработал то, что многие называют первой практичной лампой 1856 г. Немецкий физик и стекло- дув Генрих Гейссер получил синее свечение с помощью трубки, заполненной газом, через который проходил электрический разряд. Открытие этого явления в дальнейшим послужило точком для изобретения люминисцентной лампы 1875 г Яблочков проводит опыт электролиза поваренной соли. Два угольных электрода были расположены параллельно, и однажды, когда электроды на мгновение коснулись друг друга в нижних своих частях, между ними возникла электрическая дуга. Изобретение было важным и гениально простым: чтобы избавиться от дорогих регуляторов, нужно просто повернуть угли из встречного положения в параллельное. 23 марта 1876 г. Яблочков получил патент на ставшую знаменитой «электрическую свечу» Томас Эдисон патентует лампу с платиновой нитью. Чуть позже он возвращается к угольному волокну и создает лампу с временем жизни 40 часов. Одновременно Эдисон изобрел бытовой поворотный выключатель. Несмотря на столь непродолжительное время жизни, его лампы начинают вытеснять использовавшееся до тех пор газовое освещение 1906 г. Начали использовать вольфрам вместо углерода стали. Вначале такие лампы стоили дорого, поскольку материал был редок и требовал высочайшей точности обработки (диаметр нити составлял 0,05 мм, отклоне- ние на 1% уменьшало срок службы лампы на 25%). Лодыгин продает патент на вольфрамовую нить компании General Electric. В том же 1906 г. в США он построил и пустил в ход завод по электрохимическому получению вольфрама. Из-за высокой стоимости вольфрама патент находит только ограниченное применение. До сих пор лампы накаливания имеют очень низкую эффективность — до 95% энергии расходуется на производство тепла 1926 г. Эдмунд Джермер предложил увеличить давление внутри стеклянной колбы и покрывать стекло изнутри люминофором, который преобразовывал ультрафиолетовый свет, испускаемый возбужденными парами ртути, в белый свет, близкий к солнеч- ному спектру. Э. Джермер в настоящее время признан как изобретатель лампы дневного света. General Electric позже купила патент Джермера и довела лампы дневного света до широкого коммерческого использования к 1938 г. 1950-е К 1950-м гг. количество производимых GE люминисцентных ламп сравнялось с показателя- ми обычных ламп. В лампах дневного света содержится от 3 до 40 мг ртути. Если вы разбили одну из них, следует проветрить помещение и тщательно собрать все осколки. Основное количество ртути останется на внутренней стороне стекла Был изготовлен первый светодиод, излучаю- щий свет в видимом диапазоне спектра в Университете Иллинойса группой, которой руководил Ник Холоньяк Начато производство компактных флуорес- центных (энергосбере- гающих) ламп, которые были изобретены в качестве «ответа» на нефтяной кризис. Они потребляют в пять раз меньше энергии, чем лампы накаливания, а работают в 10 раз дольше (15 000 часов) 1874 г. Российский инженер Александр Николаевич Лодыгин получил патент на нитевую лампу. В качестве нити накала он использовал угольный стержень, помещенный в вакуумиро- ванный сосуд. 1973 г. 1879 г. 1962 г.
- 28. Линия электропередачи Линия электропередачи(ЛЭП) – один из основных компонентов электрической сети, предназначенный для передачи элек- троэнергии на расстояния посредством элек- трического тока. Воздушная линия электропередачи (ВЛ) – устройство, предназначенное для передачи или распределения электрической энергии по проводам, находящимся на открытом воз- духе и прикрепленным с помощью траверс (кронштейнов), изоляторов и арматуры к опо- рам или другим сооружениям (мостам, путе- проводам). Основное отличие от кабельных линий–это открытый способ прокладки. По роду передаваемого тока ВЛ делятся на ВЛ постоянного тока и ВЛ переменного тока; следует отметить, что ВЛ постоянно- го тока в России имеют очень ограниченное применение, фактически существует только одна высоковольтная линия постоянного тока Волгоград – Донбасс – биполярная линия длиной 475 километров и напряжением ±400 кВ, передающая электроэнергию от Волж- ской ГЭС к Донбассу и наоборот. ВЛ по назначению делятся на следующие группы: • дальние ВЛ напряжением 330 кВ и выше (предназначены для связи энергосистем или объединенных энергосистем, а также для выдачи мощности крупных электро- станций); • магистральные ВЛ напряжением 220 кВ (предназначены для связи энергосистем между собой и внутри (между электро- станциями и узловыми подстанциями или подстанциями крупных промышленных потребителей); • распределительные ВЛ напряжением 35, 110 и 150 кВ (предназначены для элек- троснабжения предприятий и населенных пунктов крупных районов); • распределительные ВЛ 20 кВ и ниже, подводящие электроэнергию к бытовым и небольшим промышленным потребите- лям. Основными элементами воздушной линии электропередач являются: опора, провод, изоляторы, арматура. Опора ЛЭП–сооружение для удержания про- водов и грозозащитных тросов воздушной линии электропередачи на заданном рассто- янии от поверхности земли и друг от друга. Опоры подразделяются на опоры для линий различного напряжения. Отличаются эти группы опор размерами и весом. Чем боль- ше напряжение, тем выше опора, длиннее ее траверсы и больше ее вес. Увеличение раз- меров опоры вызвано необходимостью полу- чения нужных расстояний от провода до тела опоры и до земли для различных напряжений линий. По материалу изготовления опоры делятся на: железобетонные, металлические и дере- вянные. Срок службы железобетонных и металлических оцинкованных или периоди- чески окрашиваемых опор достигает 50 лет. Число проводов линии электропередачи может быть разным. Обычно воздушная линия (ВЛ) рассчитана на передачу трехфаз- ного тока, поэтому опоры одноцепных ВЛ напряжением свыше 1 кВ рассчитаны на под- веску трехфазных проводов, то есть одной цепи. На опорах двухцепных ВЛ подвешивают две параллельно идущие цепи, то есть шесть проводов. Арматура ВЛ–специальные типовые детали, предназначенные для соединения проводов, соединения изоляторов в гирлянды, кре- пления к ним проводов, подвески гирлянд на опорах линий электропередачи и других функций. Транспозиция проводов – периодическая смена положения фаз на опорах ВЛ–выпол- няется для ограничения несимметрии токов и напряжений ВЛ, а также для снижения вли- яния на линии связи. Дмитрий Александрович Лачинов 1842–1902 Русский физик, электро- техник, изобретатель, педагог и популяризатор науки. Первым сформули- ровал условия передачи электроэнергии на боль- шие расстояния (опубли- ковано в начале 1880 года в первом номере журнала «Электричество»). Основная мысль Д.А. Ла- чинова сводилась к тому, что для сохранения КПД передачи электроэнергии необходимо увеличивать передаваемое напряжение по мере увеличения расстояния пропорцио- нально корню квадратному из сопротивления цепи (то есть КПД не зависит от расстояния). Техническое обслуживание воздушных линий электропередач Проверка состояния грозотросов для линий 35 кВт и выше после стихийных бедствий и автоматических отключений линий Внеочередной осмотр Не реже ОДНОГО РАЗА В ГОД Восстанавление предупреждающих знаков Восстанавление предупреждающих знаков Очистка трасс от деревьев и кустарника Очистка трасс от деревьев и кустарника Наблюдение за образованием гололеда Наблюдение за образованием гололеда Проверка состояния проводов Проверка положения опор Проверка состояния антикоррозийных покрытий Проверка состояния изоляторов Проверка состояния фундамента Замер расстояния от проводов до земли Приборы Для диагностики теплового режима элементов электрических сетей используются приборы, позволяющие фотографировать оборудование в инфракрасном спектре. Элемент линии электропередачи, на котором место локального нагрева провода выделено красным. Прибор контроля деревянных опор, который используется для определения степени загнивания древесины. Принцип его действия основан на проникновении стальной иглы внутрь деревянной опоры под действием пружины. По усилию сжатия пружины определяется степень загнивания опоры. Осмотр Ремонт Измерение габаритов Проверка заземлений 54 Л
- 29. Магнитное поле Магнитное поле–особыйвид материи, дей- ствующий на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом (магниты). Характеристикой маг- нитного поля является магнитная индук- ция, которая определяет силу, действующую в данной точке поля на движущийся электри- ческий заряд. Магнитное поле может созда- ваться током заряженных частиц (электри- ческим током) или магнитными моментами электронов в атомах (постоянные магниты). Таким образом магнитные поля являются следствием существования электрических полей. Кроме этого, оно появляется при наличии изменяющегося во времени элек- трического поля. В свою очередь, электричес- кое поле появляется при наличии изменяю- щегося во времени магнитного поля. Поэтому принято говорить об электромагнитном поле, проявлениями которого являются, в част- ности, свет и все другие электромагнитные волны. Майкл Фарадей 1791–1867 Английский физик, основоположник совре- менной концепции поля в электродинамике, автор ряда фундаментальных открытий, в том числе закона электромагнитной индукции, законов электролиза, явления вращения плоскости поляризации света в магнитном поле, один из первых исследователей воздействия магнитного поля на среды. Магнитное поле, создаваемое элек- тромагнитной катушкой, обнаружи- вается стрелкой обычного компаса Джеймс Клерк Максвелл 1831–1879 Английский физик, создатель классической электродина- мики, один из основателей статистической физики. В исследованиях по электри- честву и магнетизму Максвелл математически развил воззрения Майкла Фарадея на роль промежуточной среды в электрических и магнитных взаимодействиях. Даль- нейшее развитие физики показало, что носителем электромагнитных взаимо- действий является электро- магнитное поле, теорию которого (в классической физике) Максвелл и создал. Малая энергетика Малая энергетика – отрасль энергетики, связанная с получением независимых от цен- трализованных сетей тепла и электричества. По разным оценкам, на 60–70% террито- рии России нет централизованного энерго- снабжения. Недостаток энергии восполняют до 50 тысяч малых электростанций суммар- ной мощностью в 17 ГВт, что составляет 8% от общей установленной мощности России. Для сравнения, в США доля малой энергетики в общем объеме энергомощностей состав- ляет 10%, в Испании – 16%, а в Германии целых 25%. Основными направлениями развития малой энергетики являются энергообеспечение уда- ленных от линий электропередачи поселков или производств, создание собственной гене- рации для утилизации отходов производства, обеспечение нужд предприятий и населения в случае недостатка энергии или повышение энергонезависимости в случае аварийной ситуации. Характерной чертой установок в малой энергетике являются компактные размеры генераторных блоков и, как правило, мобиль- ность конструкций. Источниками энергии для установок в малой энергетике могут являться горючие отходы (биотопливо в виде биогаза, древесных пел- лет, попутный нефтяной газ, рудничный газ, газ угольных пластов и т. д.), энергия малых рек, а также альтернативные виды энергии– энергия ветра, солнечная энергия, геотер- мальная энергия. Использование альтернативных видов энергии рассмотрено в соответствующих разделах книги. Для использования энергии малых рек используются бесплотинные ГЭС. Они предназначены для выработки электро- энергии без сооружения плотины за счет использования энергии самотечного потока горных и равнинных рек, приливно-отливных и морских течений. Биореакторы по производству биогаза уже достаточно хорошо себя зарекомендовали в самых разных странах. Биогаз–газ, полу- чаемый при брожении биомассы. Этот газ может использоваться, как и обычный при- родный газ, для обогрева и выработки элек- троэнергии. «Рецептов» приготовления био- массы достаточно много, и каждый фермер сможет посмотреть, что у него получается из тех отходов, которые у него есть, и в том климате, в котором он находится. Перебро- женная масса–это экологически чистые жид- кие и твердые удобрения (биогумус). В селе Ярополец, в 16 км к северо-западу от Волоколамска, крестьяне решили пре- вратить в электростанцию бывшую водяную мельницу на реке Ламе, которая существо- вала в усадьбе еще при старых хозяевах. Уже в 1919 г. в домах Яропольца появились первые электролампочки. После захвата села немец- кими войсками в 1941 г. станция была взорва- на, долгое время не восстанавливалась. Но в 1980 г. силами института МАИ здание электростанции и прилегающих гидротех- нических сооружений было воссоздано, был запущен новый генератор на 18 кВт взамен старого на 10 кВт. Рядом с городом Волоколамском находит- ся деревня Кашино, известная в истории современной России тем, что 14 ноября 1920 г. здесь была пущена в эксплуатацию первая в России сельская электростанция. Электро- станция была построена силами местных крестьян. 5756 М М
- 30. Мощность электрическая Мощность электрическая– физическая величина, характеризующая скорость пере- дачи или преобразования электрической энергии. В сетях переменного тока выделяют актив- ную, реактивную и полную мощности. При расчете электрической мощности, потре- бляемой любым электроприемником, обыч- но учитывается так называемая полная мощ- ность электрического тока, выполняющего определенную работу в цепи данной нагруз- ки. Под понятием полная мощность подра- зумевается вся та мощность, которая потре- бляется электроприбором, и включает в себя как активную составляющую, так и составля- ющую реактивную, которая в свою очередь определяется типом используемой в цепи нагрузки. Активная мощность всегда изме- ряется и указывается в ваттах (Вт), а пол- ная мощность приводится обычно в вольт- амперах (ВА). Активная мощность совершает полезную рабо- ту и трансформируется в нужные нам виды энергии (тепловую, световую, звуковую и т. п.). Реактивная мощность передается только в сетях, содержащих реактивные элементы (индуктивности и емкости). Она не совер- шает полезной работы и направлена только на создание магнитных полей в индуктивной нагрузке или электрических полей в емкост- ной нагрузке. Реактивная мощность то потре- бляется реактивным элементом сети, то сно- ва отдается в сеть, поэтому она расходуется на бесполезный нагрев проводников, из кото- рых составлена сеть. Отношение активной мощности к полной называют коэффициентом мощности. Коэф- фициент мощности указывает нам на то, насколько эффективно используется рабочая мощность источника электроэнергии. Чтобы разгрузить сети от реактивного тока, создаваемого индуктивными нагрузками, во всех видах электрических установок при- меняются специальные приемы компенса- ции реактивной мощности. Для увеличения коэффициента мощности в действующую сеть включают специальные компенсиру- ющие устройства, представляющие собой вспомогательные генераторы опережаю- щего (емкостного) тока. Кроме того, очень часто для компенсации потерь, возникающих из-за индуктивной составляющей цепи, в ней используются батареи конденсаторов, под- ключаемые параллельно рабочей нагрузке и используемые в качестве компенсаторов реактивной мощности. Важное значение для надежности функционирования электрической сети и баланса мощности имеет мощность электроустановки, или присоединенная мощ- ность, – это сумма номинальных мощностей трансформа- торов и приемников электрической энергии потребителя, непосредственно подключенных к электрической сети. 58 М
- 31. Нагрузка Нагрузка–мощность, фактически потребля- емаяприемником электрической энергии. При малых изменениях напряжения нагруз- ка характеризуется величиной тока. Нагруз- кой называют часто также сами приемники энергии. Устойчивая эффективная работа энергети- ческой системы предусматривает баланс электрической энергии–баланс потребности народного хозяйства в электроэнергии и про- изводства его различными типами электро- станций. Баланс электроэнергии нераз- рывно связан с балансом электрической мощности–балансом максимальной нагруз- ки потребителей и генерирующих мощностей с учетом рациональной величины резерва. Максимальная нагрузка потребителей всег- да меньше установленной мощности его электроприемников, так как обычно не все они одновременно находятся в действии и не всегда работают с полной нагрузкой. Нагрузка генераторов должна учитывать так- же потери мощности в энергосистеме. Надежность Надежность – способность объекта сохра- нять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризу- ющих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. Надежность энергетической системы опре- деляется как способность энергосистемы выполнять функции по производству, пере- даче, распределению и снабжению потре- бителей электрической энергией в требуе- мом количестве и нормированного качества путем взаимодействия генерирующих уста- новок, электрических сетей и электроустано- вок потребителей, в том числе: • удовлетворять в любой момент времени (как текущий, так и на перспективу) общий спрос на электроэнергию; • противостоять возмущениям, вызванным отказами элементов энергосистемы, включая каскадное развитие аварий и наступление форс-мажорных условий; • восстанавливать свои функции после их нарушения. Характеристикой функции постоянства энергообеспечения является вероятность безотказной работы энергосистемы, т. е. вероятность того, что на заданном интервале времени не произойдет отказа работы систе- мы по снабжению потребителей электриче- ской энергией в требуемом количестве и нор- мированного качества. Способность энергосистемы противосто- ять аварийным возмущениям, не допуская каскадного развития аварий с массовым нарушением снабжения потребителей, опре- деляет живучесть энергосистемы. Последняя функция как способность энер- госистемы возвращаться к установившему- ся режиму работы после различного рода возмущений характеризует устойчивость энергосистемы. Обеспечивается, например, устройствами автоматического регулиро- вания напряжения и частоты и средствами релейной защиты. Все потребители электрической энергии раз- делены на категории в зависимости от сте- пени важности для их работы надежности систем электроснабжения. Надежность энергосистемы зависит от надежности всех ее составных частей – первичного энергоресурса, систем пере- дачи и преобразования энергии, систем регулировки и управления, устройств ком- мутации и вспомогательного оборудования, потребителей. 6160 Н Н
- 32. Нейтраль Нейтраль (нейтральная точка)–общая точка многофазных обмоток, в которой электричес- кое напряжение по отношению ко всем внеш- ним зажимам в нормальном режиме одинако- во по абсолютному значению. Как правило, нейтральные точки различных электрических устройств соединяют проводни- ком, который также называется нейтралью, или нейтральным (нулевым) проводом. Напряжение Напряжение есть разность потенциалов между двумя точками, измеренная в данный момент времени. Единицей измерения напря- жения в международной системе измерений является вольт. Для измерения напряжения используют специальный измерительный при- бор–вольтметр. Напряжение является одной из основных характеристик электрической сети. Для опи- сания сетей переменного тока применяются следующие понятия: фазное напряжение – напряжение между линейным проводом и нейтралью; линейное напряжение –напряжение между двумя линейными проводами. Для оценки действия, производимого пере- менным током, наиболее удобным оказалось введение понятий так называемых действу- ющих значений тока и напряжения. В основу этих понятий положено тепловое действие тока, не зависящее от его направления. Дей- ствующее значение переменного тока–это значение постоянного тока, при котором за период переменного тока в проводнике выделяется столько же теплоты, сколько и при переменном токе. Все переменные токи и напряжения в технике измеряются в действующих значениях. Прибо- ры, измеряющие переменные величины, пока- зывают их действующее значение. В технических паспортах всех электрических машин, аппаратов и приборов переменного тока также указаны действующие значения силы тока и напряжения. Номинальным напряжением генераторов, трансформаторов и приемников электроэнер- гии (электродвигателей, ламп и др.) называет- ся то напряжение, при котором они предназна- чены для нормальной работы. Протекание тока по электрической сети сопро- вождается потерями напряжения. В резуль- тате по мере удаления от источника питания напряжение уменьшается. В то же время для нормальной работы электроприемников под- водимое к ним напряжение может только незначительно отличаться от номинального напряжения и должно находиться в допусти- мых пределах. Для этого в электрических сетях проводят регулирование напряжения–меро- приятия, осуществляемые для поддержания в заданных пределах электрического напряже- ния. Все процессы регулирования напряжения при изменениях нагрузки (или возникновении в отдельных участках сети аварийных режи- мов, например, короткого замыкания) в совре- менных энергосистемах выполняются автома- тически с помощью специальных устройств, в первую очередь, устройств автоматического регулирования возбуждения на электрических генераторах и синхронных компенсаторах. Шаговым напряжением (напряжением шага) называется напряжение между двумя точками цепи тока, протекающего в земле или токопро- водящем полу, находящимися одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек. Шаговое напряжение зависит от длины шага, удельного сопротивления грун- та и силы протекающего через него тока. Опас- ное шаговое напряжение может возникнуть около упавшего на землю провода под напря- жением или вблизи заземлителей электро- установок при аварийном коротком замыка- нии на землю в зоне растекания тока с зазем- лителя. (см. «Безопасность»). Василий Владимирович Петров 1762–1834 Заслуженный профессор физики и академик Императорской медико- хирургической академии (1793–1833), замечатель- ный самоучка физик-экс- периментатор. В стенах академии Петров в течение нескольких лет устроил богатый для того времени физический каби- нет, что позволило ему приняться за эксперимен- тальное разрешение тех физических и химических вопросов, которые у него накопились за много лет при чтении различных мемуаров иностранных ученых. Открытия Гальвани и Вольта особенно заинтересовали Петрова и побудили его к большому ряду самостоятельных, оригинальных опытов. Самыми замечательными результатами этих опытов представляются получе- ние электрического света и белого пламени (воль- това дуга) между двумя кусками древесного угля, а также изучение влияния на длину искры упругости окружающей среды. 62 Н Н
- 33. Парогазовая электростанция Парогазовая электростанция– электро- станция, вырабатывающая электроэнергию с использованием парогазовых установок (ПГУ). ПГУ состоит из двух отдельных установок: паросиловой и газотурбинной. В газотурбинной установке турбину враща- ют газообразные продукты сгорания топлива. Топливом может служить как природный газ, так и продукты нефтяной промышленности (мазут, солярка). На одном валу с турбиной может находиться генератор, который за счет вращения ротора вырабатывает электри- ческий ток. Проходя через газовую турбину, продукты сгорания отдают ей лишь часть сво- ей энергии и на выходе из газовой турбины все еще имеют высокую температуру. С выхода из газовой турбины продукты сго- рания попадают в паросиловую установ- ку, в котел-утилизатор, где нагревают воду и образующийся водяной пар. Температура продуктов сгорания достаточна для того, чтобы довести пар до состояния, необхо- димого для использования в паровой тур- бине (температура выхлопных газов около 5000 С позволяет получать перегретый пар при давлении около 100 атмосфер). Паро- вая турбина приводит в действие другой электрогенератор. Если используются паровая и газовая турби- ны, находящиеся на одном валу, то исполь- зуется только один генератор, и такая уста- новка называется одновальной, а если на разных – многовальной. Парогазовые установки позволяют достичь КПД более 60%. Для сравнения, у работающих отдельно паросиловых установок КПД обычно находится в пределах 30–45%, для газотурбинных установок — в диапазоне 30–40%. Плотина Плотина – гидротехническое сооружение, перегораживающее водоток или водоем для подъема уровня воды. Также служит для сосредоточения напора в месте расположе- ния сооружения и создания водохранилища. По назначению плотины бывают водохра- нилищные, водоопускающие и водоподъ- емные. Подпор уровня воды у водоподъ- емных плотин невысок, целью устройства таких плотин является улучшение условий водозабора из реки, использования водной энергии и пр. Водохранилищные плотины отличаются заметно большей высотой, как следствие, большим объемом создаваемого водохранилища. Отличительной особенностью больших водо- хранилищных плотин является способность регулировать сток. Малые плотины, с помо- щью которых создают, например, пруды, сток не регулируют. По высоте подъема воды плотины делятся на: низконапорные (глубина воды перед пло- тиной до 15 м), средненапорные (15–50 м), высоконапорные (более 50 м). Плотина является важнейшей частью гидро- электростанции (ГЭС). Плотина ГЭС состоит из следующих основных частей: водосброс- ная часть, через которую осуществляется сброс воды из водохранилища в случае пре- вышения допустимого уровня воды в нем; шлюзовая часть, которая используется для прохода кораблей из водохранилища вниз по реке (бывает только на низконапорных плотинах); водосливная часть, через кото- рую осуществляется пропуск воды в гидро- турбины электростанции; глухая часть, кото- рая предназначена для удержания воды в водохранилище. Крупнейшей аварией за всю историю ГЭС является прорыв плотины китайского водохрани- лища Баньцяо на реке Жухэ в провинции Хэнань в результате тайфуна Нина 1975 г. Число погибших более 170 000 человек (по официальным данным 26 000), пострадало 11 млн. Кроме этого, по- гибло свыше 300 000 голов скота и было разрушено около 5 960 000 зданий. 6564 П П
- 34. Подстанция Подстанция–электрическая подстанция (ПС)–электроустановка, предназначенная для при- ема, преобразования и распределения электрической энергии, состоящая из трансформато- ров или других преобразователей электрической энергии, устройств управления, распреде- лительных и вспомогательных устройств. Основные элементы ПС: силовые трансформаторы, автотрансформаторы, выключатели. Функционально подстанции делятся на: • трансформаторные подстанции – подстанции, предназначенные для преобразования электрической энергии одного напряжения в энергию другого напряжения при помощи трансформаторов, например, 110 кВ в 10 кВ или 220 кВ в 110 кВ; • преобразовательные подстанции, предназначенные для преобразования переменно- го тока в постоянный и последующего преобразования постоянного тока в переменный исходной или иной частоты. По месту размещения оборудования ПС делятся на: • открытые – подстанции, оборудование которых расположено на открытом воздухе; • закрытые – подстанции, оборудование которых расположено в здании. Технической политикой ОАО «ФСК ЕЭС» предусматривается строительство ПС с высшим клас- сом напряжения 330 кВ и ниже только в закрытом исполнении. Преимуществом использова- ния закрытых подстанций является повышенная безопасность персонала, повышенная надеж- ность этого оборудования. Потери Потери. Фактические потери электроэнергии определяют как разность электроэнергии, поступившей в сеть, и электроэнергии, отпу- щенной из сети потребителям. Электрическая энергия является единствен- ным видом продукции, которая для своего перемещения от электрических станций к потребителям расходует часть самой себя, не требуя для этого других ресурсов. При расчете режимов электрических сетей термин потери электроэнергии применяет- ся в связке с другими аналогичными терми- нами, например, потери мощности, потери напряжения. Потери электроэнергии в электрических сетях–важнейший показатель экономично- сти их работы, наглядный индикатор состоя- ния системы учета электроэнергии, эффек- тивности энергосбытовой деятельности энергоснабжающих организаций. Потери бывают технологические (неизбеж- ные) – это потери, обусловленные физиче- скими процессами передачи, распределения и трансформации электроэнергии, определя- ются расчетным путем, и коммерческие поте- ри электроэнергии (потери при реализации электроэнергии) –сумма потерь, обусловлен- ных погрешностями системы учета электро- энергии, и потерь, обусловленных хищения- ми электроэнергии. Основные способы снижения технологичес- ких потерь энергии следующие: • правильный выбор сечений проводов линий; • симметрирование нагрузок по фазам; • увеличение сечения нулевых проводов; • рациональное построение сети, прежде всего, уменьшение протяженности линий напряжением до 1 кВ; • уменьшение числа включенных нена- груженных и слабозагруженных силовых трансформаторов; • правильный выбор силовых трансфор- маторов (в нормальном максимальном режиме трансформаторы должны быть загружены примерно на 70%). 6766 П П
- 35. Потребитель электрической энергии Потребительэлектрической энергии –пред- приятие, организация, учреждение, террито- риально обособленный цех, объект, площад- ка, строение, квартира, присоединенные к электрическим сетям и использующие элек- трическую энергию с помощью имеющихся приемников электрической энергии. Все потребители электрической энергии в зависимости от степени важности для их работы надежности систем электро- снабжения разделены на категории (см. «Надежность»). Система электроснабжения–совокупность источников и систем преобразования, пере- дачи и распределения электрической энер- гии. Система электроснабжения не вклю- чает в себя потребителей (или приемников) электроэнергии. В зависимости от конфигурации система электроснабжения может включать в себя источники электроэнергии, систему пере- дачи, преобразования и распределения электроэнергии, систему релейной защиты и автоматики, систему управления и сигна- лизации, систему эксплуатации, систему соб- ственных нужд, систему гарантированного электроснабжения наиболее ответственных потребителей. Одним из условий надежной работы систе- мы электроснабжения является соблюдение баланса между мощностью передаваемой системе электроснабжения и присоединен- ной мощностью потребителей электричес- кой энергии, т. е. это суммы номинальных мощностей трансформаторов и приемни- ков электрической энергии потребителей, непосредственно подключенных к системе электроснабжения. Предохранительные устройства Предохранительные устройства–электри- ческие аппараты, выполняющие защитную функцию и предназначенные для управ- ления электрическими и неэлектрически- ми устройствами, а также для защиты этих устройств от режимов работы, отличных от нормального. Частью конструкции предохранительных устройств является разъединитель–аппарат, основной функцией которого является выпол- нение действия, направленного на отключе- ние питания всей установки или ее отдельной части путем отсоединения этой установки или ее части от любого источника электрической энергии по соображениям безопасности. По числу срабатываний различают одно- кратные и многократные предохранители. Примером однократного предохранителя является пробковый предохранитель (плав- кая вставка). Плавкая вставка является сла- бым участком электрической цепи, сгораю- щим в аварийном режиме (при превышении тока в цепи тока срабатывания предохрани- теля), тем самым разрывая цепь и предот- вращая последующее разрушение высокой температурой. Примером многократного предохранителя является автоматический выключатель, в конструкции которого есть тепловой или электромагнитный механизм расцепления. Автоматический выключатель также называ- ют автомат защиты, защитный автомат или же просто автомат, т. к. он защищает электричес- кие устройства от опасных значений тока. Примером предохранительного устройства, предназначенного для отключения всей уста- новки или ее отдельной части от электричес- кой сети по соображениям безопасности, является устройство защитного отключе- ния. Основная задача УЗО–защита человека от поражения электрическим током и от воз- никновения пожара, вызванного утечкой тока через изношенную изоляцию проводов и некачественные соединения. Принцип работы УЗО основан на измерении дисба- ланса токов между входящими в него токо- ведущими проводниками с помощью диф- ференциального трансформатора тока. Если баланс токов нарушен, а дифференциальный (остаточный) ток превысил значение срабаты- вания, то УЗО немедленно размыкает все вхо- дящие в него контактные группы, отключая таким образом неисправную нагрузку. Широкое применение также получили ком- бинированные устройства, совмещающие в себе УЗО и автоматический выключатель. Такое устройство называется дифферен- циальным автоматом либо просто дифав- томатом. Часто дифавтоматы снабжаются специальной индикацией, позволяющей определить, по какой причине произошло срабатывание–от сверхтока сети или диффе- ренциального тока. 6968 П П
- 36. Проводимость электрическая Проводимость электрическая(электро- проводность) –способность тела проводить электрический ток. В международной системе единицей измере- ния электрической проводимости является сименс. В цепи постоянного тока проводи- мость является значением, обратным элек- трическому сопротивлению. Тела, проводящие электрический ток, назы- ваются проводниками, в отличие от ди- электриков (изоляторов). Проводники всег- да содержат свободные носители заряда – электроны, ионы, направленное движение которых и есть электрический ток. Электро- проводность большинства проводников (металлов, полупроводников, плазмы) обу- словлена электронами (в плазме небольшой вклад в электропроводность вносят также ионы). Ионная электропроводность свойст- венна электролитам. Электропроводность всех материалов зави- сит от их температуры. В металлических про- водниках при нагревании возрастает сопро- тивление, которое они оказывают потоку электронов, а при охлаждении происходит обратное явление–возрастает электропро- водность проводника. С этим явлением свя- зано понятие сверхпроводимости–свойства некоторых материалов обладать нулевым электрическим сопротивлением при дости- жении ими температуры ниже определенного значения. Опыты Стивена Грея в 1720-х гг. привели к открытию передачи электричества на рас- стояние, а использование различных материа- лов позволило сделать шаг в направлении разделения всех веществ на проводники и диэлектрики. Стивен Грей 1666–1736 Британский ученый. Наиболее существенные достижения Грея связаны с опытами 1720-х гг., приведшими, по сути дела, к открытию передачи электричества на рас- стояние. 2 июля 1729 г. для про- верки передаваемости электричества Стивен Грей проложил, использо- вав, конопляную веревку длиной в 80,5 футов, первую в мире электриче- скую линию. Проектирование Проектирование–это процесс создания про- тотипа или прообраза предполагаемого или возможного объекта, комплекта документа- ции, предназначенной для создания опреде- ленного объекта, его эксплуатации, ремонта и ликвидации, а также для проверки или вос- произведения промежуточных и конечных решений, на основе которых был разработан данный объект. Задача проектирования энергосистем состо- ит в разработке и технико-экономическом обосновании решений, определяющих раз- витие энергосистем, обеспечивающих при наименьших затратах снабжение потреби- телей электрической и тепловой энергией при выполнении технических ограничений по надежности электроснабжения и качеству электроэнергии. В настоящее время для оптимизации в про- цессе проектирования энергосистем при- меняются математические модели. Под расчетной моделью энергетической системы понимают описание электроэнергетической системы, предназначенное для построения математической модели процесса производ- ства, передачи и потребления электрической энергии, с помощью которой рассчитывают- ся технически реализуемые в этой электро- энергетической системе объемы производ- ства и потребления электрической энергии и соответствующие им равновесные цены. Расчетная модель в качестве необходимой составляющей включает расчетную схему и системные ограничения. Расчетная схема электроэнергетической системы – мате- матическая модель замещения элементов электрической сети (линии электропередачи, подстанционное оборудование) электроэнер- гетической системы с обозначением узлов генерации и нагрузки, объединенных в соот- ветствии с физической последовательностью их соединения в электрической сети. Рас- четная схема, или схема замещения, состоит из узлов и ветвей, описывающих топологию электрической сети, и из параметров (актив- ное и реактивное сопротивления, коэффици- енты трансформации и т. п.) элементов элек- трической сети. Медь – один из самых лучших проводников, широко используемых в энергетических установках. Пункт распределительный Электрическое распределительное устрой- ство, не входящее в состав электропод- станции, называется распределительным пунктом. Распределительный пункт (РП) представляет собой разделенную на секции электроустановку, которая состоит из сбор- ных шин определенного количества ячеек и системы управления. Ячейки служат для размещения в них выключателей, трансфор- маторов тока, линейных и секционных разъ- единителей, предохранителей, трансформа- торов напряжения, приборов защиты и друго- го электрооборудования. Как правило, распределительные пункты применяются на напряжении 10 кВ и ниже. Изготавливаются обычно в закрытом блоч- ном исполнении. 7170 П П
- 37. Сбытовая компания Энергосбытовая компания–организация,осуществляющая в качестве основного вида дея- тельности энергосбытовую деятельность, заключающуюся в продаже другим лицам произве- денной или приобретенной электрической и тепловой энергии. Энергосбытовая деятельность включает в себя следующие основные составляющие: • энерготрейдинг – покупка энергии на оптовом рынке и у производителей розничного рынка (при работе в качестве отдельной компании на оптовом рынке); • заключение договоров на передачу электроэнергии и организацию взаимодействия с сетевыми компаниями (при работе в качестве отдельной компании на оптовом рынке); • работа на розничном рынке – заключение договоров энергоснабжения с потребителями, сбор показаний приборов учета (если это не делают сетевые компании), расчет полезного отпуска и начисление сумм за плановое и фактическое потребление для потребителей, выписку и выставление счетов потребителям (биллинг), сбор и прием платежей, меры по взысканию задолженности потребителей-должников и неплательщиков. Энергосбытовые организации, осуществляющие деятельность по энергоснабжению населе- ния, могут получить статус гарантирующего поставщика. Гарантирующий поставщик (сокра- щенно ГП) электрической энергии–коммерческая организация, обязанная в соответствии с Федеральным законом от 26.03.2003 г. № 35-ФЗ «Об электроэнергетике» или добровольно принятыми обязательствами заключить договор купли-продажи электрической энергии с любым обратившимся к ней потребителем электрической энергии либо с лицом, действу- 136коп./кВт·ч при двухтарифном учете в ночное время 400коп./кВт·ч при двухтарифном учете в дневное время 348коп./кВт·ч при однотарифном учете Тарифы на электрическую энергию для населения, на территории Московы за 2012 год. ющим от имени и в интересах потребителя электрической энергии и желающим приобрести электрическую энергию. Энергосбытовые компании покупают и продают электроэнергии с применением тарифов. Тариф–система ставок платы (платеж) за различные производственные и непроизводствен- ные услуги, предоставляемые компаниями, организациями, фирмами и учреждениями. В энергосбытовой деятельности по купле-продажи электроэнергии применяют следующие виды тарифов: • одноставочный, когда вся электроэнергия оплачивается по одной цене – тарифу; • многоставочный, как правило, двухставочный, когда отдельно устанавливается тариф на потребляемую мощность и отдельно – тариф на потребляемую электроэнергию; • зонный тариф – тариф на электроэнергию, который отличается разной стоимостью элек- троэнергии, купленной в разное время суток, например, утром и вечером электроэнергия дороже, чем ночью и днем. Тарифы на электрическую энергию для населения на территории Москвы за 2012 г. 7372 С С
- 38. Сдвиг фаз междунапряжением и током Сдвиг фаз между напряжением и током – разность между начальными фазами пере- менных величин напряжения и тока, изменя- ющихся во времени периодически с одинако- вой частотой. Сдвиг фаз является величиной безразмерной и может измеряться в граду- сах, радианах или долях периода. Сдвиг фаз между напряжением и током определяет коэффициент мощности в цепях переменного тока. Коэффициент мощности – безразмерная физическая величина, характеризующая потребителя переменного электрическо- го тока с точки зрения наличия в нагрузке реактивной составляющей. Коэффициент мощности показывает, насколько сдвигается по фазе переменный ток, протекающий через нагрузку, относительно приложенного к ней напряжения. Численно коэффициент мощ- ности равен косинусу угла этого фазового сдвига. В электрической сети, в которой ток опережает или отстает по фазе на некоторый угол от напряжения, на внутреннем активном сопротивлении источника выделяется повы- шенная мощность. На практике это означает, что при работе на нагрузку со сдвинутыми напряжением и током от электростанции тре- буется больше энергии; избыток передавае- мой энергии выделяется в виде тепла в про- водах и может быть довольно значительным. Сдвиг фаз между напряжением и током в сетях переменного тока определяется только параметрами нагрузки и не зависит от параметров тока и напряжения в сети. Составляющую нагрузки, вызывающую сдвиг фаз, называют реактивной нагрузкой (индук- тивности и емкости). При отсутствии реак- тивной нагрузки в сети переменного тока ток и напряжение совпадают по фазе, т.е. изме- няются синхронно. Индуктивная нагрузка вызывает отставание тока от напряжения по фазе, емкостная нагрузка производит обратное действие–ток опережает напряже- ние по фазе. Такое свойство различных видов реактивной нагрузки используют для умень- шения сдвига фаз (компенсации), что приво- дит в конечном итоге к повышению коэффи- циента мощности. Джеймс Прескотт ДЖОУЛЬ 1818–1889 Известный английский физик, член Лондонского королевского общества (1850). Он внес значительный вклад в исследование электромагнетизма и тепловых явлений, в создание физики низких температур, в обоснование закона сохранения энергии. Джоуль установил, что количество тепла, выделяющееся в метал- лическом проводнике при прохождении через него электрического тока, про- порционально электри- ческому сопротивлению проводника и квадрату силы тока (закон Джоуля). ba L 1. 2. ba R 1. 2. ba c 1. 2. Ток Н апряжение i, u t0 a) 1 2 Т ок Напряжен ие i, u t 0 б) 1 2 Ток i, u t 0 в) Напряжен ие 1 2 а) емкостная нагрузка б) индуктивная нагрузка в) актиная нагрузка 1 – петля осцилографа, измеряющая напряжение 2 – петля осцилографа, измеряющая ток Сетевые организации Сетевая организация (сетевая компания) – организация, владеющая объектами электро- сетевого хозяйства, по которым она передает электроэнергию промышленным и бытовым потребителям, и осуществляющая их подклю- чение к своим электрическим сетям. Сетевые организации бывают двух видов: • территориальная сетевая организация – это организация, обеспечивающая пере- дачу электроэнергии и присоединение промышленных и бытовых потребителей к своим электрическим сетям, которые не относятся к единой национальной (общероссийской) электрической сети (ЕНЭС); • сетевая организация по управлению ЕНЭС – это организация, управляющая на праве собственности электрическими сетями, относящимися к ЕНЭС. В процессе управления эта организация выполняет функции по передачи по ЕНЭС электричес- кой энергии крупным промышленным потребителям и территориальным сете- вым организациям. Как правило, к ЕНЭС относятся ЛЭП на напря- жение 220 кВ и выше и электроподстанции с высшим классом напряжения 220 кВ и выше. Исключение составляют межгосударствен- ные линии электропередачи и ПС, к которым присоединяются такие ЛЭП на территории Российской Федерации–межгосударствен- ные электросетевые объекты. К ЕНЭС отно- сятся межгосударственные электросетевые объекты всех классов напряжений. В настоящее время сетевой организацией по управлению ЕНЭС является ОАО «ФСК ЕЭС», которая более чем на 50% принадле- жит государству. Территориальные сетевые организации–это, как правило, региональные сетевые компа- нии, выделившиеся из состава бывших энер- госистем, владеющие электросетевыми объ- ектами 110 кВ и ниже; организационно они являются филиалами Межрегиональных рас- пределительных сетевых компаний (МРСК), расположенные во всех регионах страны. Кроме них территориальными сетевыми организациями являются частные электросе- тевые компании, расположенные в регионах страны и, как правило, управляющие элек- трическими сетями 35 кВ и ниже. Основными видами деятельности сетевой организации является передача электроэнер- гии по своим сетям и присоединение потре- бителей к своим сетям. Доходы сетевые организации получают как тариф на электроэнергию и на мощность, установленный для отпуска либо потребите- лям, либо в сети более низкого напряжения, умноженные соответственно на объем отпу- щенной электроэнергии и/или мощности. Тариф на передачу электроэнергии и мощ- ности определяется исходя из обоснованных планируемых затрат сетевой организации на передачу электроэнергии и мощности по своим сетям. Тариф для территориальных сетевых органи- заций устанавливается региональными энер- гетическими комиссиями или департамента- ми в регионах, где они работают. Тариф для организации по управлению ЕНЭС устанавливается федеральной службой по тарифам. Присоединение потребителей к электричес- ким сетям оплачивается исходя из затрат, которые должна понести сетевая организа- ция для их присоединения, при этом в ряде случаев присоединение осуществляется бесплатно. Основной стратегической задачей сетевых органи- заций является обеспечение надежной работы элек- трических сетей, которыми она управляет. 7574 С С
- 39. Сеть электрическая Электрическая сеть–совокупностьэлектроподстанций, распределительных устройств, вклю- чая распределительные устройства электростанций и соединяющих их линий электропереда- чи, предназначенная для передачи и распределения электрической энергии. Электрические сети классифицируются по назначению, масштабным признакам и по роду тока. Назначение, область применения: • сети общего назначения: электроснабжение бытовых, промышленных, сельскохозяй- ственных и транспортных потребителей. • сети автономного электроснабжения: электроснабжение мобильных и автономных объ- ектов, включая автомобили, самолеты и т. д.; • сети технологических объектов: электроснабжение производственных предприятий и про- изводственных объектов. По размеру сети бывают: • магистральными, связывающими отдельные регионы, страны и их крупнейшие источни- ки и центры потребления. Характеризуются сверхвысоким и высоким уровнем напряже- ния и большими потоками мощности (тысячи мегаватт); • региональными, связи внутри областей и населенных пунктов. Характеризуются высоким и средним уровнем напряжения и большими потоками мощности (сотни мегаватт); • районные сети, распределительные сети. Обычно не имеют собственных источников пита- ния, обслуживают средних и мелких потребителей (внутриквартальные и поселковые сети, предприятия, небольшие месторождения, транспортные узлы). Характеризуются средним и низким уровнем напряжения и небольшими потоками мощности (мегаватты); • внутренние сети: распределяют электроэнергию на небольшом пространстве – в рамках района города, села, квартала, завода. Характеризуются низким уровнем напряжения и небольшими потоками мощности (сотни киловатт, мегаватты). По роду тока: • переменный трехфазный ток (большинство сетей высших, средних и низших классов напряжений, магистральные, региональные и распределительные сети); • переменный однофазный ток (большинство сетей бытовой электропроводки, конечных сетей потребителей); • постоянный ток (большинство контактных сетей и некоторые сети автономного электро- снабжения, а также ряд специальных сетей сверхвысокого и ультравысокого напряжения, имеющих пока ограниченное распространение). Павел Николаевич Яблочков 1847–1894 Русский электротехник. 23 марта 1876 г. – формаль- ная дата рождения свечи Яблочкова: в этот день ему была выдана первая привилегия во Франции на новый источник света и его усовершенствования. Свеча Яблочкова от- личалась исключительной простотой и представляла собой дуговую лампу без регулятора. Они полу- чили, главным образом, применение для уличного освещения. Свеча Яблочкова не могла, конечно, долго удержаться ввиду ее значительных не- удобств: недолговечности и понижения светящейся точки по мере горения. Но все же она явилась первой, позволившей при- менить в более широких размерах электрическое освещение на улицах, площадях, в театрах, магазинах и т. п. Электрическая сеть может иметь очень сложную структуру, обусловленную территори- альным расположением потребителей, источников, требованиями надежности и другими соображениями. Для наглядного представления структуры сети используется специальное начертание схе- мы сети–однолинейная схема, представляющая три провода трех фаз в виде одной линии. На схеме отображаются линии, секции и системы шин, коммутационные аппараты (разъеди- нители, выключатели), трансформаторы, устройства защиты. Структура сети электроснабжения может динамически изменяться путем переключения ком- мутационных аппаратов. Это необходимо для отключения аварийных участков сети, для вре- менного отключения участков при ремонте. Структура сети также может быть изменена для оптимизации электрического режима сети. Оптимизацию электрического режима сети проводят на основании расчетов режимов сети, которые для упрощения называют расчетами сети. Расчеты режимов электрических сетей выполняются для определения: • загрузки элементов сети, соответствия пропускной способности сети ожидаемым потокам мощности; • сечений проводов и кабелей и мощностей трансформаторов; • уровня напряжений в узлах и элементах сети и мероприятий, обеспечивающих поддержа- ние напряжения в допустимых пределах, потерь мощности и электроэнергии для оценки экономичности работы сети и эффективности способов снижения потерь; • уровня токов короткого замыкания (КЗ), соответствия существующей или намечаемой к установке аппаратуры ожидаемым токам КЗ, мероприятий по ограничению токов КЗ; • пропускной способности сети по условиям устойчивости. Исходными данными для расчета режимов служат: 1. схема электрических соединений сети, характеризующая взаимную связь ее элементов; 2. сопротивления и проводимости элементов; 3. расчетные мощности нагрузок; 4. значения напряжений в отдельных точках сети; 5. заданные диспетчерским графиком мощности, поступающие от источников питания. 7776 С С
- 40. Сила тока Сила тока– физическая величина, равная отношению количества заряда, прошедшего за некоторое время через поперечное сече- ние проводника, к величине этого промежут- ка времени. Впервые определение силы тока дал Андре- Мари Ампер (1775–1836) – французский ученый, физик и математик. В честь фран- цузского ученого эта единица была назва- на ампером и в настоящее время является основной единицей измерения силы тока. Измерительным прибором для определения силы тока является амперметр, который включается последовательно в участок цепи, где необходимо провести измерение. Ток, сила и направление которого не изменя- ются с течением времени, называют посто- янным током. В противном случае мы имеет дело с переменным током. В случае переменного тока различают мгно- венную силу тока, амплитудную (пиковую) силу тока и действующее значение силы тока. Действующее значение силы пере- менного тока – это такое значение силы постоянного тока, при котором за период переменного тока в проводнике выделяется столько же теплоты, сколько и при перемен- ном токе. В основу этого понятия положено тепловое действие тока, не зависящее от его направления. Сила тока в цепи связана с приложенным напряжением и сопротивлением цепи зако- ном Ома (см. «Сопротивление»). Андре-Мари Ампер 1775–1836 Знаменитый французский физик, математик и есте- ствоиспытатель, член Парижской академии наук и многих других академий, в том числе и Петербург- ской академии наук. Джеймс Максвелл назвал Ампера «Ньютоном электричества». Его имя внесено в список вели- чайших ученых Франции, помещенный на первом этаже Эйфелевой башни. СИСТЕМНАЯ Авария Системная авария, или аварийное событие в электроэнергетике, – это событие, свя- занное с нарушением нормального режима работы энергосистемы, такими, как отключе- ние потребителей электроэнергии, например, целых городов, промышленных предприятий или даже регионов страны. Учитывая, что аварийное событие сопровож- дается отключением электроэнергии, к тер- мину авария подобран синоним «блэкаут» (black out (англ.) – перебой энергоснабжения). Как правило, повреждение оборудования приводит к короткому замыканию (КЗ). Короткое замыкание – это электричес- кое соединение двух точек электрической цепи с различными значениями потенциа- ла. Короткое замыкание может возникать в результате нарушения изоляции или сопри- косновения неизолированных элементов. Также коротким замыканием называют состо- яние, когда сопротивление нагрузки меньше внутреннего сопротивления источника пита- ния. При коротком замыкании резко и много- кратно возрастает сила тока, протекающего в цепи, что, согласно закону Джоуля–Ленца, приводит к значительному тепловыделению и, как следствие, расплавлению электричес- ких проводов с последующим возникновени- ем возгорания. В случае повреждения проводов воздуш- ных линий электропередачи и замыкания их на землю в окружающем пространстве может возникнуть сильное электромагнитное поле, способное навести в близко расположенном оборудовании ЭДС, опасную для аппаратуры и работающих с ней людей. Простейшим примером защиты элемен- тов электрических сетей является плавкий предохранитель, или, как их еще называют, пробки в квартирном электрощитке. Более совершенным средством защиты является автоматический выключатель, принцип действия которого основан на нагревающей- ся пластинке, сделанной из двух металлов разной теплопроводности; в результате одна сторона пластинки будет греться быстрее другой, что приведет к ее изгибу, в резуль- тате автоматический выключатель отклю- чится и защищаемая цепь останется без повреждений. После остывания пластинка опять выпрямляется, и выключатель можно включить. Более совершенным средством предотвращения повреждения электричес- ких цепей являются устройства релейной защиты и противоаварийной автоматики, применяемые в электрических сетях всех классов напряжения, начиная от бытовой сети 220 В и заканчивая сетями 1150 кВ. Для замены поврежденного оборудования используют аварийный запас. Аварийный запас включает в себя необходимое для замены оборудование, материалы и при- способления, которые должны обеспечивать ликвидацию возможных аварийных отключе- ний оборудования в кратчайший срок. Наиболее крупные аварии в энергосистемах 13 июля 1977 г. «Ночь страха» в Нью-Йорке. Вплоть до 2003 г. эта авария считалась самым крупным ЧП в мировой электроэнергетике. В 20:37 по местному времени мол- ния ударила в ПС 345 кВ Buchanan South, расположенную близ реки Гудзон, что привело к отключению двух ЛЭП, идущих в округ Вестчестер. Следующий удар молнии вызвал отключение двух ЛЭП 345кВ, обеспечивающих выдачу мощно- сти с АЭС Индиан-Пойнт мощностью 900 МВт в Нью-Йорк. Это привело к тому, что две оставшиеся ЛЭП перегрузились и отключились. В 20:55 очередной удар привел к отключению еще двух ЛЭП. В результате на 25 часов была прервана подача электричества в Нью-Йорк и 9 млн жителей оказались без электроснабжения. Трагедии сопутствовал финансовый кризис, в котором пребывал мегаполис, необыкновенно жар- кая погода и небывалый разгул преступности. Ущерб, нанесенный Нью-Йорку мародерами и вандалами, оценивается в миллиард долларов (в пересчете на цены 2000-х гг.). Власти города потеряли 9 млн долларов: 5 млн в качестве налогов, и еще 4 млн пришлось заплатить полиции и пожарным за сверхуроч- ную работу. Нью-йоркские биржи потеряли от отключения электричества более 20 млн долларов. Однако самые страшные убытки понесли простые граждане. Было разграблено более 2000 магазинов. 14 августа 2003 г. Сбой электросети США и Канады – «Великий блэкаут-2003». Между 15:45 и 16:15 наблюдатели в Кливленде, Толедо, городе Нью-Йорке, Олбани, Детрой- те и в части Нью-Джерси сообщили о перебоях в подаче электроэнергии. Поз- же последовали проблемы в изначально не затронутых регионах, включая все 5 районов города Нью-Йорка и в части Лонг-Айленда, округе Вестчестер, штатах Нью-Джерси, Вермонт и Коннектикут и большей части юга провинции Онтарио, включая Торонто. Около 10 млн человек в Канаде (примерно треть населения) и 40 млн в США остались без электричества. Закрылись многие аэропорты. Во многих местах, включая Торонто и Нью-Йорк, прекратило работу метро. Денежный ущерб составил 6 млрд долларов. Причины аварии, как выяснилось, следующие: из-за очень высокого потребле- ния электроэнергии линии электропередачи в Кливленде, Огайо, нагрелись, провисли (из-за теплового расширения проводов) и коснулись деревьев. Прои- зошло короткое замыкание. Электростанция в Кливленде вышла из строя. Из-за ошибки в компьютерной системе, а также из-за нехватки персонала другие цен- тры управления не были извещены. Произошло цепное отключение около 100 других электростанций. 7978 С С
- 41. 18 августа 2003 г. Без светаосталась вся Грузия. Причиной стало аварийное отключение Ингури ГЭС – крупнейшей ГЭС страны, которая вырабатывает почти половину электроэнергии. После этого отключилась вся энергосистема Грузии. Электричества не было даже на объектах жизнеобеспечения, прекратил работу метрополитен, десятки тысяч пассажиров застряли в вагонах поездов и на станциях. Пре- кратилась подача воды в большинстве грузинских городов. В течение 20 минут не работала и цен- тральная телевышка в Тбилиси. 25 мая 2005 г. Авария в Единой энергосистеме России. Эта авария – совокупность аварийных событий 23–25 мая 2005 г., вызвавшая массовое отключение потребителей электроэнергии в Москве, Московской, Тульской и Калужской областях. Основной предпосылкой к возникновению этой крупнейшей в истории России энергоаварии явился быстрый рост энергопотребления в Московском регионе на фоне массового износа обо- рудования электрических сетей. В результате образовавшегося дефицита мощности произошло каскадное развитие аварии: в Московской энергосистеме была отключена 321 подстанция, несколько тяговых подстанций линий метрополитена и железных дорог. Развитие аварии было остановлено в середине дня 25 мая, а к вечеру 26 мая последствия аварии были полностью ликвидированы. Человеческих жертв, вызванных энергоаварией, не зафиксировано. США и Канада 8ч Бразилия и Уругвай 4ч США 24ч 13.07.1977 10.11.2009 14.08.2003 50 млн3 млн Наиболее крупные аварии в энергосистемах Наиболее крупные аварии в энергосистемах количество пострадавших 14 августа 2006 г. Блэкаут в Токио. Подъемный кран, находившийся на судне, оборвал одну из магистральных линий электропередачи, протянутую над рекой Эдогава. Электричества лишились свыше милли- она квартир в Токио, а также в городах Кавасаки и Иокогама. В Токио на 30 минут встало метро, полностью было прекращено движение на нескольких ветках наземных электричек. На столич- ных дорогах погасли около трехсот светофоров. 4 ноября 2006 г. Для выхода в море по реке Эймс пассажирского лайнера Norwegian Pearl необходимо было отключить ВЛ 380 кВ для прохода под ней лайнера. Однако при этом произошло перераспределе- нии потоков мощности по другим ЛЭП, и сработала система автоматического отключения одной из соседних линий, что привело к массовому отключению потребителей в Германии, Бельгии, Франции, Испании, Португалии, Италии, Марокко, Австрии и Хорватии. 10 ноября 2009 г. Из-за отключения в результате повреждения ЛЭП ГЭС «Итайпу» (Бразилия) в 20:15 произошло нарушение электроснабжения, которое затронуло более 50 млн человек, проживающих в Бра- зилии, также перебои в подаче электроэнергии возникли в Уругвае. Авария была ликвидирована в 0:37 11 ноября. 11ч Западная Европа Япония 1,5ч 2ч Россия 6ч Грузия 4.11.2006 25.05.2005 14.08.2006 18.08.2003 8180 С С
- 42. Сопротивление Сопротивление электрическое –физичес- каявеличина, характеризующая свойство проводника препятствовать прохождению электрического тока. В цепи постоянного тока сопротивление является значением, обратным электрической проводимости (см. «Проводимость»). По сути, сопротивление является силой противодействия среды упо- рядоченному движению заряженных частиц в ней, которую носителям заряда приходится преодолевать, в результате чего производит- ся работа и выделяется теплота. Именно поэ- тому протекание электрического тока сопро- вождается нагреванием проводника. Изучая прохождение тока по однородно- му металлическому проводнику, немецкий физик Георг Ом в 1826 г. экспериментально установил, что сила тока в таком проводни- ке пропорциональна напряжению на концах проводника. Это позволило сформулировать закон, названный в его честь, законом Ома, определяющим связь между напряжением, силой тока и сопротивлением проводника: «Сила тока в участке цепи прямо пропорци- ональна напряжению и обратно пропорцио- нальна электрическому сопротивлению дан- ного участка цепи». Единицей электрического сопротивления системы СИ является ом. В электрических сетях важное значение име- ет не только сопротивление проводников прохождению тока, приводящее к потерям мощности, но и сопротивление изоляции. Сопротивление изоляции – характеристи- ка, влияющая на степень безопасности экс- плуатации электроустановок. Его измерение является неотъемлемой частью испытаний всех видов электрооборудования и электри- ческих цепей. Георг Симон Ом 1787–1854 Знаменитый немецкий физик. Наиболее извест- ные работы Ома касались вопросов о прохождении и измерении электри- ческого тока и привели к знаменитому закону Ома, связывающему сопро- тивление цепи электри- ческого тока, напряжение и силу тока. Открытие Ома, давшее впервые возможность количественно рассмот- реть явления электричес- кого тока, имело и имеет огромное значение для науки. 4-полосные 1 1 1 2 2 2 д д д т 3 м м 3 3 5-полосные 6-полосные Множитель [м] 0.05 Вт [1] [2] [3] Допуск [д] Температурный коэффициент [т] 25 кОм, ±5% 460 кОм, ±1% 276 Ом, ±5% 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0.01 0.1 1 10 100 1000 10 000 100 000 1 000 000 10 000 000 100 ppm 50 ppm 15 ppm 25 ppm ±10% ±5% ±1% ±2% ±0.5% ±0.25% ±0.1% 0.125 Вт 0.25 Вт 0.5 Вт 1 Вт 2 Вт Цвето-цифровой код Цветовой код резисторов Системный оператор Системный оператор Единой энергетической системы России–СО ЕЭС. ОАО «СО ЕЭС»–Открытое акционерное общество «Системный оператор Единой энергети- ческой системы». Единолично осуществляет централизованное оперативно-диспетчерское управление Единой энергетической системой России. Создан 17 июня 2002 г. в рамках реформирования ОАО «РАО ЕЭС России». Основные задачи, выполняемые ОАО «СО ЕЭС»: • управление электроэнергетическими режимами работы Единой энергетической системы Российской Федерации и обеспечение ее надежного функционирования и устойчивого развития; • создание условий для эффективного функционирования рынка электроэнергии (мощнос- ти). ОАО «СО ЕЭС» имеет трехуровневую иерархическую структуру, в которую входят: • исполнительный аппарат с центральным диспетчерским центром (ЦДУ); • 7 филиалов – объединенных диспетчерских управлений (ОДУ); • 59 филиалов – региональных диспетчерских управлений (РДУ). 8382 СС
- 43. Солнечная энергетика Солнечная энергетика–отрасль альтерна- тивной энергетики, основанная на непосред- ственном использовании солнечного излу- чения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует неис- черпаемый источник энергии–энергию Солн- ца–и является экологически чистой. В сол- нечной энергетике существует два основных направления–фотоэлектроэнергетика, т. е. выработка электроэнергии с помощью фото- электрических элементов, и солнечная тепло- энергетика – получение тепловой энергии в солнечных коллекторах. Солнечные фотоэлектрические батареи – набор соединенных между собой фото- электрических элементов, принцип действия которых состоит в прямом преобразовании энергии солнца в электрический ток. Фото- элементы представляют собой светочувстви- тельные пластины из полупроводникового материала: селена, кремния, арсенида гал- лия, диселенида кремния и т. д. При этом гене- рируется постоянный ток. Он может исполь- зоваться напрямую различными нагрузками постоянного тока или преобразовываться в переменный ток для питания различной нагрузки переменного тока. Мощность, выра- батываемая солнечной батареей, зависит от потока света, падающего на поверхность фотоэлементов, поэтому зависит и от време- ни суток, и от сезона года. Также необходимо очищать поверхность батарей от пыли для увеличения коэффициента полезного дейст- вия установки. Для того чтобы не зависеть от суточного и сезонного солнечного цикла и состояния атмосферы, существуют технические методы накопления энергии, такие как: электрохи- мическое накопление аккумуляторами, нако- пление гидроаккумулирующими станциями и в форме водорода. Также возможно соче- тание солнечных батарей с другими источни- ками энергии, например, наиболее вероятно сочетание с ветровыми установками, а также с системами на углеводородном топливе. Солнечные батареи требуют минимально- го обслуживания, в них не используется вода, и поэтому они хорошо приспособлены для отдаленных и пустынных районов. Этот способ преобразования солнечной энер- гии является долговечным и экологически чистым. Основная проблема широкого использова- ния солнечных тепловых установок связана с их экономической эффективностью и кон- курентоспособностью по сравнению с тра- диционными системами. Стоимость энергии, вырабатываемой солнечными установками выше, чем стоимость энергии, получаемой при использовании традиционного топлива. Но для районов, удаленных от централизо- ванного энергоснабжения, использование солнечных коллекторов экономически более выгодно. 8584 С С
- 44. Тепловая электростанция Тепловая электростанция(тепловая электри- ческая станция) –электростанция, выраба- тывающая электрическую энергию за счет преобразования энергии от сжигания топли- ва в механическую энергию вращения вала электрогенератора. Основные типы тепловых электростанций в России: • конденсационные электростанции (КЭС, исторически получили название ГРЭС – государственная районная электростан- ция); • теплоэлектроцентрали (теплофикацион- ные электростанции, ТЭЦ); • ПГУ-электростанция. Конденсационная электростанция (КЭС) – тепловая электростанция, производящая только электрическую энергию, своим названием этот тип электростанций обязан особенностям принципа работы. Истори- чески получила наименование ГРЭС – госу- дарственная районная электростанция. С течением времени термин ГРЭС потерял свой первоначальный смысл («районная») и означает, как правило, конденсационную электростанцию (КЭС) большой мощности (тысячи МВт), работающую в объединенной энергосистеме наряду с другими крупными электростанциями. Однако следует учиты- вать, что не все станции, имеющие в своем названии аббревиатуру ГРЭС, являются кон- денсационными, некоторые из них работают как теплоэлектроцентрали. Принцип действия такой электростанции заключается в следующем: В паровой котел подводятся: питательная вода под большим давлением, топливо, воз- дух для горения. В топке котла идет процесс горения–энергия от сжигания топлива пре- вращается в тепловую и лучистую энергию. Турбина тепловой электростанции Питательная вода протекает по трубной системе, расположенной внутри котла, нагре- вается до температуры кипения и испаряется. Получаемый пар в этом же котле перегрева- ется сверх температуры кипения, примерно до 540°C с давлением 13–24 МПа и по паро- проводам подается в паровую турбину. Паровая турбина, электрогенератор и воз- будитель составляют в целом турбоагрегат. В паровой турбине пар расширяется до очень низкого давления (примерно в 20 раз мень- ше атмосферного), и потенциальная энергия сжатого и нагретого до высокой температуры пара превращается в кинетическую энергию вращения ротора турбины. Турбина приводит в движение электрогенера- тор, преобразующий кинетическую энергию вращения ротора генератора в электричес- кий ток. Электрогенератор состоит из статора, в элек- трических обмотках которого генерируется ток, и ротора, представляющего собой вра- щающийся электромагнит, питание которого осуществляется от возбудителя. Далее пар поступает в конденсатор, который служит для конденсации пара, поступающего из турбины, и создания глубокого разреже- ния, благодаря которому и происходит рас- ширение пара в турбине. Он создает вакуум на выходе из турбины, поэтому пар, поступив в турбину с высоким давлением, движется к конденсатору и расширяется, что обеспечи- вает превращение его потенциальной энер- гии в механическую работу. Благодаря этой особенности технологическо- го процесса конденсационные электростан- ции и получили свое название. Конденсационные электростанции, как правило, блочного исполнения, т. е. каж- дый котел-турбина-генератор изолирова- ны от соседних и могут работать отдель- но от других, расположенных на этой же электростанции. 8786 Т Т
- 45. Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ)– тепловая электростанция, которая производит не толь- ко электроэнергию, но и является источником тепловой энергии в централизованных систе- мах теплоснабжения (в виде пара и горячей воды, в том числе и для обеспечения горячего водоснабжения и отопления). ТЭЦ конструктивно устроена, как конден- сационная электростанция (КЭС). Главное отличие ТЭЦ от КЭС состоит в возможности отобрать часть тепловой энергии пара после того, как он выработает электрическую энер- гию. В зависимости от вида паровой турбины, существуют различные отборы пара, которые позволяют забирать из нее пар с разными параметрами. Турбины ТЭЦ позволяют регу- лировать количество отбираемого пара. Ото- бранный пар конденсируется в сетевых подо- гревателях и передает свою энергию сетевой воде, которая направляется на пиковые водо- грейные котельные и тепловые пункты. На ТЭЦ есть возможность перекрывать тепловые отборы пара, в этом случае ТЭЦ становится обычной КЭС. Это дает возможность работать ТЭЦ по двум графикам нагрузки: • тепловому – электрическая нагрузка жест- ко зависит от тепловой нагрузки (тепловая нагрузка – приоритет); • электрическому – электрическая нагрузка не зависит от тепловой, либо тепловая нагрузка вовсе отсутствует (приоритет – электрическая нагрузка). Совмещение функций генерации тепла и электроэнергии (когенерация) выгодно, так как оставшееся тепло, которое не участвует в работе на КЭС, используется в отоплении. Это повышает расчетный КПД в целом (80% у ТЭЦ и 30% у КЭС), но не говорит об эконо- мичности ТЭЦ. Основными же показателями экономичности являются: удельная выработ- ка электроэнергии на тепловом потреблении и КПД цикла КЭС. При строительстве ТЭЦ необходимо учиты- вать близость потребителей тепла в виде горячей воды и пара, так как передача теп- ла на большие расстояния экономически нецелесообразна. Как правило, ТЭЦ выполнены таким обра- зом, что работают на общий паропровод, т. е. все котлы работают на одну тепловую сеть, а далее из нее пар раздается по турби- нам. Это позволяет обеспечить большую гиб- кость в подборе нагрузки, чем на КЭС, но при этом такая станция более сложна в управ- лении, т. к. малейшие отклонения параме- тров пара на входе в турбину приведут к ее повреждению. Необходимо отметить, что на выходе из кон- денсатора или водогрейного котла водяной пар (вода) имеет остаточное тепло, поэтому для получения максимального КПД тепловой установки воду необходимо охладить. Для охлаждения используются либо проточные водоемы, наприме,реки, где вода забирается сверху течения, далее через устройство тепло- обмена охлаждает пар и сбрасывается в воду ниже по течению, либо вода берется из пруда- охладителя (нижних, холодных слоев), а сбра- сывается на поверхность. Там, где это невоз- можно либо из-за стесненных условий, либо отсутствия водоема, для охлаждения исполь- зуется градирня. Градирня–устройство для охлаждения боль- шого количества воды направленным пото- ком атмосферного воздуха. Иногда градирни называют также охладительными башнями (англ. cooling tower). В настоящее время градирни в основном применяются в системах оборотного водо- снабжения для охлаждения теплообменных аппаратов (как правило, на тепловых электро- станциях, ТЭЦ, АЭС). Процесс охлаждения происходит за счет испа- рения части воды при стекании ее тонкой пленкой или каплями по специальному оро- сителю, вдоль которого в противоположном движению воды направлении подается поток воздуха (вентиляторные градирни), а в слу- чае с эжекционными градирнями охлаждение происходит за счет создаваемой среды, при- ближенной к условиям вакуума специальны- ми форсунками (обеспечивающими площадь тепломассообмена, каждая – 450 м² на 1 м³ прокачиваемой жидкости, представляющие собой принцип двойного действия, охлаждая распыляемую жидкость не только снаружи, но и внутри) и особенностями конструкции. При испарении 1% воды температура остав- шейся массы понижается на 5,48°C, а в случае с описанным эжекционным принципом охлаж- дения температура оставшейся массы пони- жается на 7,23°C. Как правило, градирни используют там, где нет возможности использовать для охлажде- ния большие водоемы (озера, моря). ГЭС-1 (Государственная электрическая станция №1) – старейшая ныне действующая тепловая электростанция в Москве. Расположена на Раушской набережной в самом центре столицы. Построена Обществом электрического освещения по указу императора Алексан- дра III. Строительство станции началось в 1896 г., а в 1897 г. состоялся пуск ее первой очереди. К этому времени в Москве работала только одна электростанция – «Георгиевская» мощностью 1,5 МВт, построенная в 1888 г. на ул. Б. Дмитровке (сейчас в ее здании располо- жен выставочный зал «Новый Манеж»), и была электростан- цией постоянного тока. 89 Т
- 46. Ток электрический Ток электрический– это упорядоченное некомпенсированное движение свободных носителей электрического заряда, напри- мер, под воздействием электрического поля. Такими носителями могут являться: в прово- дниках–электроны, в электролитах–ионы (катионы и анионы), в газах–ионы и электро- ны, в вакууме при определенных условиях– электроны, в полупроводниках–электроны и «дырки» (электронно-дырочная проводи- мость). Исторически принято, что направле- ние тока совпадает с направлением движе- ния положительных зарядов. При этом если единственными носителями тока являются отрицательно заряженные частицы (напри- мер, электроны в металле), то направление тока противоположно направлению движе- ния электронов. Для возникновения и поддержания тока в какой-либо среде необходимо выполнение двух условий: наличие в среде свободных электрических зарядов и создание в среде электрического поля. Для поддержания тока в электрической цепи на заряды кроме сил электрического взаимодействия должны действовать силы неэлектрической природы (сторонние силы). Устройство, создающее сторонние силы, поддерживающее разность потенциалов в цепи и преобразующее раз- личные виды энергии в электрическую энер- гию, называется источником тока. Природа сторонних сил может быть различ- ной. В гальванических элементах или аккуму- ляторах они возникают в результате электро- химических процессов, в генераторах тока сторонние силы возникают при движении проводников в магнитном поле. Под дей- ствием сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля, благодаря чему в замкнутой цепи может поддерживаться электрический ток. В некоторых телах электрические заряды могут свободно перемещаться между различ- ными частями, в других же это невозможно. В первом случае тела называют проводни- ками, а во втором–диэлектриками или изо- ляторами. Способность тела проводить элек- трический ток называется проводимостью. Основными характеристиками электрическо- го тока являются сила и плотность тока, а так- же электрическое напряжение. Силой тока называется физическая вели- чина, равная отношению количества заря- да, прошедшего за некоторое время через поперечное сечение проводника, к величине этого промежутка времени. Плотность тока является векторной величи- ной. Ее модуль равен отношению силы тока, протекающего через некоторую площад- ку, перпендикулярную направлению тока, к величине этой площадки, а направление плотности тока совпадает с направлением движения положительного заряда в токе. Различают переменный и постоянный токи. Уильям Гилберт 1544–1603 Английский физик. Явля- ется основоположником науки об электричестве. Благодаря Гилберту учение об электричестве обогатилось рядом открытий, наблюдений, приборов. С помощью своего «версора» (первого электроскопа) показал, что способностью при- тягивать легкие тела (соломинки) обладает не только натертый ян- тарь, но и алмаз, сапфир, карборунд, опал, аметист, горный хрусталь, стекло, сланцы и др., которые он назвал «электрическими». Постоянным называется ток, направление и величина которого не меняются во време- ни. Переменный ток–это ток, направление и величина которого меняется во времени. Среди переменных токов наиболее важное значение имеет ток, величина которого изме- няется по синусоидальному закону. В этом случае потенциал каждого конца проводника изменяется по отношению к потенциалу дру- гого конца проводника попеременно с поло- жительного на отрицательный, и наоборот, проходя при этом через все промежуточные потенциалы (включая и нулевой потенциал). В результате в проводнике возникает ток, непрерывно изменяющий направление: при движении в одном направлении он возраста- ет, достигая максимума, именуемого ампли- тудным значением, затем спадает, на какой- то момент становится равным нулю, потом вновь возрастает, но уже в другом направле- нии, и также достигает максимального зна- чения, спадает, чтобы затем вновь пройти через ноль, после чего цикл всех изменений возобновляется. Время, за которое происходит один такой цикл (время, включающее изменение тока в обе стороны), называется периодом пере- менного тока. Поскольку электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц, то это движение создается при помо- щи электрического поля, которое совершает при этом определенную работу. Это явление называется работой электрического тока. Работа электрического тока должна зависеть от силы тока. Но существует и еще одно зна- чение, от которого зависит работа тока. Эту величину называют напряжением. Напряже- ние –это отношение работы тока на опреде- ленном участке электрической цепи к заряду, протекающему по этому же участку цепи. Взаимосвязь силы тока и напряжения описы- вается законом Ома. Прохождение электрического тока по про- воднику сопровождается следующими его действиями: магнитным (наблюдается во всех проводниках), тепловым (наблю- дается во всех проводниках, кроме сверх- проводников), химическим (наблюдается в электролитах). Совокупность явлений, обусловленных суще- ствованием, взаимодействием и движением электрических зарядов, называется элек- тричеством. Этот термин введен английским естествоиспытателем Уильямом Гилбертом (1544–1603), который изучал взаимодействие наэлектризованных трением тел и объяснил принцип действия магнитного компаса. Электрический ток широко используется в энергетике для передачи энергии на рас- стоянии. Преобразование электрической энергии тока в механическую работу проис- ходит в электродвигателе. Изобрел электро- двигатель Борис Семенович Якоби в 1834 г., когда он предложил конструкцию, основан- ную на принципе притяжения и отталкивания между электромагнитами. Борис Семенович Якоби (Мориц Герман фон якоби) 1801–1874 Немецкий и русский фи- зик, академик Император- ской санкт-петербургской академии наук. Якоби изобрел первый в мире электродвигатель с непосредственным вращением рабочего вала. До изобретения Якоби существовали электро- технические устройства с возвратно-поступатель- ным или качательным движением якоря. 9190 Т Т
- 47.
- 48. Топливо Топливо –вещество, котороев ходе опреде- ленных химических реакций выделяет тепло- вую энергию. Чаще всего такой реакцией является реак- ция окисления. При использовании обычно- го топлива окислителем выступает кислород воздуха, а реакция называется горением. При использовании нетипичных видов топли- ва, например, при горении специальных видов ракетного топлива, окислителем могут выступать другие вещества. Кроме реакций окисления, тепло выделяется при протекании ядерных или термоядерных реакций, но в них также используется и специальное топливо– ядерное или термоядерное соответственно. Основной характеристикой топлива является его теплотворная способность. Теплотворная способность топлива – количество тепло- ты, выделяемое при сжигании 1 кг твердого, 1 л жидкого или 1 м3 газообразного топлива. Теплотворность каждого вида топлива зави- сит от соотношения его горючих составляю- щих (углерода, водорода, летучей горючей серы и др.) и от его зольности и влажности. Топливо в зависимости от агрегатного состоя- ния вещества бывает твердое, жидкое и газо- образное. Из традиционных видов твердого топлива можно выделить каменный уголь, торф, горючие сланцы, древесину. Это виды топлива с достаточно низкой теплотворной способностью, но к их неоспоримым преиму- ществам относятся малые потери при транс- портировке и хранении. К нетрадиционным видам твердого топлива можно отнести битумозные пески, порох и твердое ракетное топливо. Особняком стоит ядерное топливо. Его используют на атомных электростанциях в составе топливных стержней (тепловыде- ляющих элементов) –специальных контейне- ров, размещаемых в активной зоне ядерного реактора. Ядерное топливо обладает огром- ной теплотворной способностью, однако его использование накладывает высокие тре- бования к безопасности, высокие затраты на подготовку, эксплуатацию и утилизацию топлива и попутных материалов. Жидкое топливо–это, прежде всего, нефть и продукты ее переработки, спирты, масла и жиры, а также жидкое ракетное топливо. Жидкие виды топлива просты в транспорти- ровке, но при этом велики потери при испаре- нии, разливах и утечках. Газообразным топливом является природ- ный газ (сланцевый газ, газ угольных плас- тов, болотный газ, рудничный газ), который по составу является смесью метана, пропана и бутана. Газы еще более удобны в транспор- тировке, однако при этом их потери еще боль- ше, чем у жидких видов топлива, а также при нормальных условиях ниже энергетическая плотность. Также в качестве топлива может использоваться водород и продукты газифи- кации твердого топлива–коксовый газ, гене- раторный газ. В последнее время в связи с истощением запасов ископаемого топлива (то, которое встречается в виде месторождений в при- роде) все большее значение приобретает биотопливо. Биотопливо – топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результа- те переработки биологических отходов. Раз- личается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель–рапсовое масло), твер- дое биотопливо (дрова, брикеты, топливные гранулы, щепа, солома, лузга) и газообраз- ное (биогаз). Возможность получения деше- вого биотоплива напрямую связана с бурным развитием микробиологической промышлен- ности, т. к. переработка отходов происходит с применением различных ферментов или штаммов микроорганизмов. Истощение запасов органических видов топлива, рост спроса на электроэнергию и загрязнение окружающей среды, сопро- вождающее сжигание такого топлива, позво- ляют ожидать, что с течением времени роль атомного топлива в энергобалансе будет возрастать. Однако и атомные электростан- ции могут оказывать вредное воздействие на окружающую среду. Аварии на атомных электростанциях являются наиболее опасны- ми техногенными катастрофами, а проблемы захоронения радиоактивных отходов и обес- печения безопасности ядерных объектов становятся все более актуальными в мире. Основным источником энергии, способным в будущем заменить современные атомные электростанции, использующие цепную ядер- ную реакцию (реакцию ядерного деления), должны стать электростанции, использующие управляемую реакцию термоядерного син- теза–разновидность ядерной реакции, при которой легкие атомные ядра объединяются в более тяжелые за счет кинетической энер- гии их теплового движения. Топливом для таких реакций являются в первую очередь изотопы водорода, но условия протекания реакции пока реализуются только в лабора- торных установках. 9594 Т Т
- 49. Теплота сгорания одногокилограмма топлива в МДж Пропан Бензин МазутДизельное топливо Керосин Бурый уголь Каменный уголь Дрова ТорфБытовой газ Условное топливо 50 40 30 20 10 0 Основной показатель топлива – теплотворная способность (теплота сгорания). Для целей сравнения видов топлива введено понятие условного топлива (теплота сгорания одного килограмма условного топлива (у.т.) составляет 29,3 МДж, или 7000 ккал, что соответствует низшей теплотворной способности чистого антрацита). 48 44 43 41 39 32 29 22 15 10 8
- 50. Трансформатор Трансформатор – этообщее название устройств в технике для преобразования каких-либо существенных свойств энергии. Трансформатор электрический – электри- ческая машина, предназначенная для изменения заданным образом физических величин, характеризующих электрическую энергию (например, для изменения напря- жения, тока), и состоящая из набора индук- тивно связанных обмоток на каком-либо маг- нитопроводе или без него. Преобразование в электрическом трансформаторе одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока без изменения частоты систем (системы) переменного тока электрической энергии происходит посредством электромагнитной индукции. Также посредством трансформа- тора осуществляют гальваническую раз- вязку – передачу энергии или сигнала между электрическими цепями без электрического контакта между ними. Трансформатор состоит из одной первичной обмотки (катушки) и одной или нескольких вторичных обмоток, расположенных на фер- ромагнитном сердечнике из магнито-мягкого материала (магнитопроводе) обычно замкну- той формы. Все обмотки индуктивно связаны между собой общим магнитным потоком. Обмотка – совокупность витков, образую- щих электрическую цепь, в которой сумми- руются ЭДС, наведенные в витках. Витком называют электрический проводник или ряд параллельно соединенных таких проводни- ков (многопроволочная жила), однократно обхватывающий часть магнитной системы трансформатора, электрический ток кото- рого совместно с токами других таких про- водников и других частей трансформатора создает магнитное поле трансформатора, и в котором под действием этого магнитного поля наводится электродвижущая сила. На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подается напряжение от внешне- го источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток создает перемен- ный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции переменный магнитный поток в магнитопро- воде создает во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорцио- нальную скорости изменения магнитного потока и числу витков в обмотке. К концам вторичной обмотки подключаются потреби- тели электрической энергии. Основной характеристикой трансформатора является коэффициент трансформации – это величина, выражающая масштабирую- щую (преобразовательную) характеристику трансформатора относительно какого-нибудь параметра электрической цепи (напряжения, тока, сопротивления и т. д.). Для идеально- го трансформатора, в котором отсутствуют потери энергии на нагрев обмоток и потоки рассеяния обмоток, коэффициент транс- формации по напряжению равен отношению числа витков в первичной обмотке к числу витков вторичной обмотки, а коэффициент трансформации по току является обратной величиной, т. е. во сколько раз трансфор- Томас алва Эдисон 1847–1931 Всемирно известный американский изобрета- тель и предприниматель. Для деятельности Эдисона характерны практическая направлен- ность, разносторонность, непосредственная связь с промышленностью. Автор свыше 1000 изобре- тений, главным образом в различных областях электротехники. Усовершенствовал телеграф и телефон, лампу накаливания Лодыгина (1879), изобрел фонограф (1877) и др., построил первую в мире электро- станцию общест- венного пользования (1882), обнаружил явление термоионной эмиссии (1883) и многое другое. матор увеличивает (уменьшает) напряже- ние во вторичной обмотке, во столько же раз уменьшается (увеличивается) сила тока в цепи вторичной обмотки. Потери энергии в трансформаторах происхо- дят за счет нагрева обмоток, за счет того, что часть магнитного потока замыкается вне маг- нитопровода, образуя так называемые пото- ки рассеяния, и за счет гистерезиса и вихре- вых токов в сердечнике. Автотрансформатор–вариант трансформа- тора, в котором вторичной обмоткой служит часть первичной обмотки (или наоборот). В этом случае первичная и вторичная обмот- ки соединены напрямую и имеют за счет этого не только магнитную связь, но и электриче- скую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум три), под- ключаясь к которым можно получать разные напряжения. Преимуществом автотранс- форматора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергает- ся преобразованию – это особенно сущест- венно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно. Трансформатор напряжения–измеритель- ный трансформатор, питающийся от источ- ника напряжения (первичная обмотка под- ключается параллельно в цепь с измеряемым переменным током), предназначенный для преобразования высокого напряжения в низ- кое в цепях измерения и контроля. Примене- ние трансформатора напряжения позволяет изолировать цепи вольтметров, частотомет- ров, электрических счетчиков, устройств автоматического управления и контроля и т. д. от цепи высокого напряжения и создает воз- можность стандартизации номинального напряжения контрольно-измерительной аппаратуры. Трансформатор тока – измерительный трансформатор, предназначенный для изме- рения и контроля больших токов с исполь- зованием стандартных измерительных приборов и устройств автоматического управления и контроля. Одновременно транс- форматоры тока служат для изоляции аппа- ратуры от потенциала сети, в которой произ- водится измерение (контроль). Электронный трансформатор представляет собой импульсный источник питания – пре- образователь напряжения с электронной защитой от короткого замыкания, перегрузки и чрезмерного нагрева элементов. По срав- нению с классическим трансформатором электронный имеет ряд преимуществ: выход- ная мощность электронного трансформатора может регулироваться, может быть реализо- вана защита от короткого замыкания, низкий вес и более компактное исполнение устрой- ства, отсутствие шума с частотой сети. В импульсных источниках питания перемен- ное напряжение сети сначала выпрямляют, а затем преобразуют при помощи инверто- ра в высокочастотные импульсы. Система управления с помощью широтно-импульс- ной модуляции позволяет стабилизировать напряжение. После чего импульсы высокой частоты подаются на импульсный трансфор- матор, на выходе с которого после выпрям- ления и фильтрации получают стабильное постоянное напряжение. 9998 Т Т
- 51. Важность учета электроэнергииопределяет- ся особенностями электроэнергии, как това- ра, обусловленными ее физическими свой- ствами, которые необходимо учитывать при организации рынка: • совпадение во времени процессов про- изводства и потребления электроэнер- гии и равенство объема выработанной и потребленной электроэнергии в каждый момент времени; • невозможность запасания электроэнергии в количествах, достаточных в масштабе энергосистемы; • невозможность заранее точно оговорить объемы генерации и потребления элек- троэнергии; • невозможность с физической точки зре- ния определить, кто произвел электро- энергию, использованную тем или иным потребителем. Система учета электроэнергии состоит из измерительных трансформаторов тока, напряжения и собственно приборов уче- та. Учет электрической энергии неразделим с измерением электрических величин, прово- димых с той или иной погрешностью. Погрешности измерительных устройств при- водят к недоучету электроэнергии, но явля- ются объективным, физически объяснимым их свойством. Приборы учета – совокупность устройств, обеспечивающих измерение и учет электро- энергии (счетчики электрической энергии, телеметрические датчики, информационно- измерительные системы и их линии связи) и соединенных между собой по установлен- ной схеме. Счетчик электрической энергии –электро- измерительный прибор, предназначенный для учета потребленной электроэнергии, переменного или постоянного тока. Единицей измерения является кВт·ч или А·ч. Для учета электрической энергии использу- ются приборы учета, типы которых утверж- дены федеральным органом исполнитель- ной власти по техническому регулированию и метрологии и внесены в государственный реестр средств измерений. Классы точности приборов учета определяются в соответствии с техническими регламентами и иными обя- зательными требованиями, установленными для классификации средств измерений. Учет электрической энергии должен прово- диться в соответствии с правилами учета электрической энергии, являющимися нор- мативным документом, утверждаемым феде- ральным органом исполнительной власти. Для проведения финансовых расчетов за электроэнергию между субъектами рынка (энергоснабжающими организациями, потре- бителями электроэнергии) с учетом ее качес- тва применяются различные тарифы для предприятий, организаций и населения, уста- навливаемые на уровне субъекта федерации. Учет электроэнергии Учет электроэнергии –это упорядоченная система сбора, регистрации и обобщения информации в денежном и натуральном выражении о производстве, передаче, рас- пределении и потреблении электрической энергии на оптовом и розничном рынках электроэнергии. Учет электроэнергии необ- ходим для решения основных технико-эконо- мических задач: • финансовых расчетов за электроэнергию и мощность между субъектами рынка (энергоснабжающими организациями, потребителями электроэнергии) с уче- том ее качества; • определения и прогнозирования технико- экономических показателей производства, передачи и распределения электроэнер- гии в энергетических системах; • определения и прогнозирования техни- ко-экономических показателей потре- бления электроэнергии на предприятиях промышленности, транспорта, сельского хозяйства, коммунально-бытовым секто- ром и др.; • обеспечения энергосбережения и управ- ления электропотреблением. 101100 У У
- 52. Фаза Фаза – провод,подключенный к незазем- ленным контактам генератора. Также фазой называют обмотку неподвижной части элек- трической машины переменного тока–гене- ратора или двигателя. Если такая обмотка одна, то говорят об однофазной машине, если обмотка состоит их трех частей, то это машина трехфазного переменного тока. Трехфазная система электроснабжения – частный случай многофазных систем элек- трических цепей, в которых действуют соз- данные общим источником синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые друг относительно друга во времени на опреде- ленный фазовый угол. В трехфазной системе этот угол равен 120°. Генератор трехфазного тока представля- ет собой как бы три объединенных вместе генератора переменного тока, работающих так, чтобы сила тока (и напряжение) изменя- лась у них не одновременно, а с отставанием на 1/3 периода. Это осуществляется за счет смещения обмоток (катушек) генераторов на 120° одна относительно другой по окруж- ности генератора. Трехфазный генератор служит источником питания как однофазных, так и трехфазных электрических устройств. К однофазным токоприемникам относятся, например, осве- тительные лампы, различные бытовые при- боры, электросварочные аппараты, индукци- онные печи, электродвигатели с однофазной обмоткой. Примерами трехфазных токопри- емников могут служить электрические дуго- вые печи с тремя электродами или электро- двигатели с трехфазной обмоткой. Трехфазная система электроснабжения нашла широкое применение благодаря сво- ей экономичности, простоте конструкции электрических двигателей, возможности получения в одном генераторе двух рабо- чих напряжений – фазного и линейного, и двум уровням мощности при соединении на «звезду» или «треугольник». Просто- та конструкции электрических двигателей объясняется свойством трехфазного тока создавать вращающееся электрическое поле в электродвигателе. В период зарождения трехфазных систем имелись попытки использовать несвязанную систему, в которой фазы обмотки генерато- ра не были электрически соединены между собой, и каждая фаза соединялась со своим приемником двумя проводами. Такие систе- мы не получили применения вследствие их неэкономичности: для соединения генерато- ра с приемником требовалось шесть прово- дов. Более совершенными и экономичными являются связанные цепи, в которых фазы обмотки электрически соединены между собой. Многопроводная (шестипроводная) трехфазная система переменного тока изо- бретена Николой Теслой. Он же имеет при- оритет в создании асинхронного двигателя. Сначала в Будапеште весной 1882 г. Тесла решил проблему создания вращающегося магнитного поля при помощи неподвижной многофазной обмотки переменного тока, а в 1884 г. в Страсбурге продемонстриро- вал действующую модель своего двигателя. 12 октября 1887 г. Тесла дал строгое научное описание сути явления вращающегося маг- нитного поля, которое лежит в основе кон- струкции многофазного двигателя перемен- ного тока. Значительный вклад в развитие трехфазных систем внес Михаил Осипович Доливо-Добро- вольский, который впервые предложил трех- и четырехпроводную системы передачи переменного тока, выявил ряд преимуществ малопроводных трехфазных систем по отно- шению к другим системам и провел ряд экспе- риментов с асинхронным электродвигателем. Уже в 1889 г. Доливо-Добровольский полу- чил патент на трехфазный асинхронный дви- гатель с короткозамкнутым ротором типа «беличья клетка», а в 1890 г.– патенты на трех- фазный асинхронный двигатель с фазным ротором. Данные изобретения открыли эру массового индустриального применения электрических машин. В настоящее время асинхронный двигатель является самым рас- пространенным электродвигателем. Трехфазная система не получила бы в пер- вые же годы своего существования столь быстрого распространения, если бы не реши- ла проблемы передачи энергии на большие расстояния. В 1889 г. Доливо-Добровольский построил электрическую систему, предназна- ченную для передачи трехфазного перемен- ного тока напряжением 8500 В, мощностью 220 кВт на расстояние 175 км. В том же году М.О. Доливо-Добровольский изобрел трех- фазный трансформатор. Михаил Осипович Доливо- Добровольский 1862–1919 Русский электротехник польского происхождения, один из создателей техники трехфазного пере- менного тока, немецкий предприниматель. Доливо-Добровольским изобретена трехфазная система переменного тока, включающая трехфазный асинхронный двигатель с коротко-замкнутым ротором, трехфазный генератор, трансформатор, трехфазная линия элек- тропередач, фазометр, стрелочный частотомер, пусковые реостаты, схема соединения двигателей «звездой» и «треугольни- ком», электромагнитные амперметры и вольтметры для измерения постоян- ного и переменного токов, приборы для устранения помех в телефонах от электрических сетей высокого напряжения, делитель напряжения постоянного тока. Доливо-Добровольский выдвинул положение о том, что передача элек- трической мощности пере- менным током на большие расстояния (сотни и тысяч километров) окажется нерациональной из-за значительных потерь в линии. U1 U1 U2 U3 U2 U3 Виды фазовых обмоток «звезда» «треугольник» U1 , U2 , U3 – напряжения обмоток 103102 Ф Ф
- 53. Федеральная сетевая компания ФСКЕЭС – ОАО «ФСК ЕЭС» – Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы. ОАО «ФСК ЕЭС» представляет собой уникальную инфраструктуру, составляющую физический каркас экономики государства. На ОАО «ФСК ЕЭС» возложены функции орга- низации по управлению Единой националь- ной электрической сетью. Единая национальная электрическая сеть (ЕНЭС) – это комплекс электрических сетей, обеспечивающих устойчивое снабже- ние электрической энергией потребителей, функционирование оптового рынка, а также параллельную работу российской электро- энергетической системы и электроэнергети- ческих систем иностранных государств. Как правило, к Единой национальной электри- ческой сети относятся электрические сети, работающие на напряжении 220 –750 кВ. В рамках этой работы компания выполняет следующие основные задачи: • обеспечение единого процесса передачи электроэнергии; • оперативное управление объектами ЕНЭС; • техническое обслуживание и ремонт обо- рудования электроподстанций и линий электропередач, относящихся к ЕНЭС; • развитие ЕНЭС. ОАО «ФСК ЕЭС» занимает первое место в мире по протяженности линий электропе- редачи (124,5 тыс. км) и трансформаторной мощности (311 тыс. МВА) среди электросете- вых компаний. В ОАО «ФСК ЕЭС» работают более 23 тысяч человек. Объекты электросетевого хозяйства нахо- дятся в 73 регионах Российской Федерации общей площадью более 13,6 млн км2 . ОАО «ФСК ЕЭС» имеет распределенную по всей территории России филиальную структуру. При этом внутри ОАО «ФСК ЕЭС» существуют восемь филиалов МЭС (Маги- стральных электрических сетей): МЭС Вос- тока, МЭС Сибири, МЭС Западной Сибири, МЭС Урала, МЭС Волги, МЭС Юга, МЭС Центра и МЭС Северо-Запада, находящихся в подчи- нении исполнительного аппарата компании, и 40 филиалов ПМЭС (Предприятий маги- стральных электрических сетей), подчинен- ных соответствующим филиалам МЭС (в зави- симости от региона). Основной вид дохода ОАО «ФСК ЕЭС» – это оказание услуг по передаче электроэнергии по ЕНЭС. Основные потребители услуг ОАО «ФСК ЕЭС»–региональные распределитель- ные компании, сбытовые компании и круп- ные промышленные предприятия. Компания является субъектом естествен- ной монополии и входит в перечень систе- мообразующих организаций, имеющих стратегическое значение для экономики России. Вследствие этого основная часть финансовых средств формируется за счет тарифов на передачу электроэнергии, кото- рые утверждаются Федеральной службой по тарифам. ОАО «ФСК ЕЭС» является крупнейшей энерге- тической компанией России по своей рыноч- ной стоимости и входит в расчет индексов MSCI Emerging Markets and MSCI Russia. Глеб Максимилианович Кржижановский 1872–1959 Советский государствен- ный и партийный деятель; ученый-энергетик, академик и вице-прези- дент АН СССР, литератор; советский экономист и экономико-географ. С февраля 1920 г. – пред- седатель Государственной комиссии по электрифи- кации России (ГОЭЛРО), был руководителем работ и автором нескольких разделов плана ГОЭЛРО. В плане ГОЭЛРО были воплощены принципы взаимосвязанности всех звеньев энергетического хозяйства, оптимизации баланса производства и потребления различных видов энергии в со- четании с возможностями добычи энергетических ресурсов. История создания Постановлением Правительства Российской Федерации от 11.07.2001 № 526 «О рефор- мировании электроэнергетики Российской Федерации» Единая энергетическая система России была признана «общенациональным достоянием и гарантией энергетической без- опасности» государства. Основной частью ЕЭС «является единая национальная энерге- тическая сеть, включающая в себя систему магистральных линий электропередачи, объ- единяющих большинство регионов страны, и представляющая собой один из элементов гарантии целостности государства». Для ее «сохранения и укрепления, обеспече- ния единства технологического управления и реализации государственной политики в электроэнергетике» было предусмотрено создание Федеральной сетевой компании (ФСК). Для реализации правительственной про- граммы реформирования электроэнергетики в части электросетевого комплекса, относя- щегося к ЕНЭС, в ноябре 2001 г. Совет дирек- торов ОАО «РАО ЕЭС России» определил эта- пы создания Федеральной сетевой компании и основные нормы управления ФСК. 25 января 2002 г. Совет директоров РАО «ЕЭС России» принял решение об учреждении ОАО «Федеральная сетевая компания Еди- ной энергетической системы» (ОАО «ФСК ЕЭС»). Решениями Совета директоров было одобрено участие ОАО РАО «ЕЭС России» в качестве единственного учредителя ОАО «ФСК ЕЭС» и утверждена кандидатура пред- седателя правления ОАО «ФСК ЕЭС» (прото- кол 25.01.2002 № 109), утверждены размеры и стоимость имущества ОАО РАО «ЕЭС Рос- сии», передаваемого в уставный капитал ОАО «ФСК ЕЭС» (протокол от 15.03.2002 № 112), одобрена крупная сделка по внесению иму- щества в уставный капитал ОАО «ФСК ЕЭС» (протокол от 07.05.2002 № 115). Решением Совета директоров ОАО РАО «ЕЭС России» уставный капитал ОАО «ФСК ЕЭС» был определен в размере 127 млрд рублей. В его оплату ОАО РАО «ЕЭС России» вноси- лись денежные средства, а также электросе- тевой комплекс, принадлежавший ОАО РАО «ЕЭС России». 25 июня 2002 состоялась официальная госу- дарственная регистрация новой компании– Открытого акционерного общества «Феде- ральная сетевая компания Единой энергети- ческой системы» (ОАО «ФСК ЕЭС»). ОАО «ФСК ЕЭС» создано как организация по управле- нию единой национальной (общероссийской) электрической сетью с целью ее сохранения и развития. 105104 Ф Ф
- 54. В Вашем городенаверняка есть одна или несколько теплоэлектроцентралей (1), которые обеспечивают и дома, и предприятия теплом и электроэнергией. Обычно вырабатываемого ТЭЦ тепла хватает на всех, а вот электричества далеко не всегда. Кроме того, электроэнергию для нас выраба- тывают атомные электростанции (2), крупные гидростанции (3) и тепловые электростан- ции (4). Практически вся эта электроэнергия (а это более половины всего электричества, вырабатываемого в России) доставляется до потребителей по проводам Федеральной сетевой компании. ФСК ЕЭС приходится передавать электроэнер- гию на очень большие расстояния, при этом часть ее, увы, теряется, превращаюсь в тепло. Именно поэтому магистральные линии элек- тропередачи работают под высоким и сверх- высоким напряжением – как правило, от 220 до 750 кВ. Максимум для российских ЛЭП – 1150 кВ. К сожалению, бесконечно поднимать напря- жение тоже нельзя – электричество тогда ста- нет очень дорогим. Поэтому энергетикам при- ходится выбирать золотую середину: когда потери уже относительно не велики, но и само электричество не становится «золотым» по цене. Когда линия подходит к какому-либо крупно- му потребителю – городу или предприятию- гиганту, напряжение вновь надо понизить. Это происходит на подстанции ФСК (5), куда могут подходить сразу несколько линий электро- передачи. Здесь осуществляется преобразо- вание напряжения и распределение потоков электроэнергии между подходящими линиями. Электроэнергию более низкого напряжения по своим сетям Региональные сетевые компа- нии Холдинга «МРСК» (6) передают компаниям- поставщикам (7), а от них, в свою очередь, она попадает потребителям, в том числе и к нам с вами. Протяженность самой длинной в России линии электропередачи Заря – Барабинск – Таврическая, соединяющей энергосистемы Омской и Ново- сибирской областей, составляет 734 км формула P = I2 R описывает величину потерь Стоимость услуг ФСК ЕЭС по передаче электроэнер- гии составляет примерно 7% в ее конечной цене Если линию электропере- дачи «украшают» гирлян- ды, в каждой из которых не менее чем 14 изолято- ров, значит, перед вами наверняка магистральная ЛЭП Федеральной сетевой компании напряжением 220 кВ или даже выше. 734 км – Повышающий транфсорматор – Понижающий транфсорматор Холдинг МРСК Распределительные сетевые компании Линия электропередачи Экибастуз-Кокчетав 432-километровый участок уникальной высоковольт- ной ЛЭП «Сибирь-Центр» проектного напряжения 1150 кВ. Ни одна другая линия в мире не способна работать под столь высо- ким напряжением! Электрические сети ОАО «ФСК ЕЭС» и Холдинга «МРСК» можно сравнить с крупными и мелкими кровеносными сосудами в человеческом организме. Сеть МРСК получается более разветвленной. Поэтому и общая длина ее «капилляров» примерно в 17 раз протяженней, чем «артерий» Федеральной сетевой компании Подстанция ФСК Федеральная сетевая компания в Единой энергосистеме России Компания-поставщик Территориальные генерирующие компании (ТГК) Подстанция МРСК Дом Больница Завод 1 6 7 2 3 4 5 107106 Ф Ф
- 55. Западная Сибирь 3 субъекта 1 440 000 км2 3,2 млн жителей Финляндия Эстония Латвия Литва Беларусь Украина Грузия Азербайджан Казахстан Монголия Китай Роль ОАО «ФСК ЕЭС» в мировой электроэнергетике Филиалы Федеральной сетевой компании – Магистральные электрические сети ОАО «ФСК ЕЭС» обеспечивает передачу и прием электро- энергии с 11 государствами по 139 межгосударственным линиям электропередачи 10 000 к м 12 000 км 17 143 км 13 134 км 29668 к м 14 460 км 26 700 км 15 412 км Суммарная мощность трансформаторного оборудования подстанций (ГВА) Сибирь 19 субъектов 5 110 000 км2 20,5 млн жителей Восток 4 субъекта 2 000 000 км2 4,8 млн жителей Юг 11 субъектов 440 000 км2 19 млн жителей Волга 8 субъектов 500 000 км2 17 млн жителей Урал 7 субъектов 801 000 км2 17 млн жителей 44,1 ГВА 115 подстанций 4000 работников 15,3 ГВА 81 подстанция 1971 работник Изолированные системы 32,9 ГВА 86 подстанций 2000 работников 27,5 ГВА 105 подстанций 2903 работника 42,1 ГВА 95 подстанций 2546 работников 94,2 ГВА 189 подстанций 5 101 работник 26 ГВА 73 подстанции 2623 работника Центр 19 субъектов 870 000 км2 39,6 млн жителей Северо-Запад 11 субъектов 2 450 000 км2 14,9 млн жителей 35,3 ГВА 83 подстанций 1800 работников 109108 Ф Ф
- 56. Частота Чaстота –физическая величина,характери- зующая периодический процесс и равная числу полных циклов процесса, совершенных за единицу времени. Величина, обратная частоте, называется периодом и измеряется в секундах. Единицей частоты в междуна- родной системе единиц является герц в честь немецкого физика Генриха Рудольфа Герца, основным достижением которого является экспериментальное подтверждение электро- магнитной теории света Джеймса Максвелла. Герц доказал существование электромаг- нитных волн и установил тождественность основных свойств электромагнитных и све- товых волн, придал уравнениям Максвел- ла симметричную форму, открыл внешний фотоэффект, построил механику, свободную от понятия силы. Герц подтвердил выводы максвелловской теории о том, что скорость распространения электромагнитных волн в воздухе равна ско- рости света. Он подробно исследовал отра- жение, интерференцию, дифракцию и поля- ризацию электромагнитных волн и доказал, что свет представляет собой не что иное, как разновидность электромагнитных волн. Работы Герца по электродинамике сыграли огромную роль в развитии науки и техники. Его труды обусловили возникновение беспро- волочного телеграфа, радио и телевидения. Частота электрического тока – временной параметр периодически изменяющегося (переменного) электрического тока. Пере- менный ток – это ток, направление и вели- чина которого меняется во времени. Среди переменных токов основным является ток, величина которого изменяется по синусои- дальному закону. Во многих странах мира (в т. ч. в России) частота промышленного тока, вырабаты- ваемого электростанциями, равна 50 Герц, в США–60 Герц. Генрих Рудольф Герц 1857–1894 Немецкий физик, один из основоположников электродинамики. Опыты Герца сыграли существенную роль в ста- новлении современной электродинамики. Именем Герца с 1933 г. называ- ется единица измерения частоты (герц), которая входит в международную метрическую систему единиц СИ. Частота электрического тока является одним из показателей качества электрической энергии и важнейшим параметром режима энергосистемы. Значение частоты показы- вает текущее состояние баланса генериру- емой и потребляемой активной мощности в энергосистеме. При ведении режима энер- гетической системы постоянно возникают колебания мощности в основном из-за неста- бильности потребления, а также (гораздо реже) при отключениях генерирующего обо- рудования, линий электропередач и других элементов энергосистемы. Указанные откло- нения баланса мощности приводят к отклоне- ниям частоты от номинального уровня. Повы- шенный уровень частоты в энергосистеме относительно номинальной означает избыток генерируемой активной мощности относи- тельно потребления энергосистемы, и наобо- рот, пониженный уровень частоты означает недостаток генерируемой активной мощно- сти относительно потребления. Таким образом, регулирование режима энер- госистемы по частоте заключается в постоян- ном поддержании планового баланса мощ- ности путем ручного или автоматического (а чаще и того и другого одновременно) изме- нения нагрузки генераторов электростанций таким образом, чтобы частота все время оставалась близкой к номинальной. При ава- рийных ситуациях, когда резервов генериру- ющего оборудования электростанций недо- статочно, для восстановления допустимого уровня частоты может применяться ограни- чение нагрузки потребителей. 111110 Ч Ч
- 57. Щит управления В общемслучае щит управления – это сово- купность пультов и панелей с устройствами управления, контроля, сигнализации и защи- ты электростанции (подстанции), диспетчер- ского центра (ДЦ) или центра управления сетями электросетевого предприятия (ЦУС), расположенных в одном помещении. Щит управления является рабочим местом дежурного персонала либо диспетчера соот- ветственно энергообъекта (объектовый щит управления) либо ЦУС или ДЦ (общесистем- ный щит). На энергобъектах щит управления, как пра- вило, располагается в непосредственной близости, либо в одном зале с панелями, на которых установлены устройства релей- ной защиты и противоаварийной автоматики. Общесистемный щит управления, если он относится к ДЦ, называют диспетчерским щитом. Диспетчерский щит – устройство для опера- тивного визуального контроля и автоматичес- кой регистрации информации о состоянии объектов, входящих в систему диспетчерско- го управления. Диспетчерский щит обычно выполняется в виде панели с расположен- ными на ней контрольными приборами, све- товыми индикаторами, мнемоническими схемами, отражающими состояние объекта, а также его реакцию на действия диспет- чера. С развитием автоматики и вычисли- тельной техники появилась возможность создания компактных диспетчерских щитов, С развитием автоматики и вычислительной техники появи- лась возможность создания компактных диспетчерских щитов, оснащенных автоматическими устройствами для приема и обработки информации и более наглядной индикации. оснащенных автоматическими устройствами для приема и обработки информации и более наглядной индикацией. В общем случае дис- петчерский щит входит в автоматизирован- ную систему управления ДЦ или ЦУС. Основным элементом диспетчерского щита является мнемосхема. Мнемосхема щита объектового уровня пред- ставляет собой графическое изображение, как правило, в виде однолинейной схемы, схемы соединения основного электрообо- рудования (выключатели, разъединители, трансформаторы, системы шин), располо- женного на энергообъекте. Как правило, ото- бражается их положение (включено/отклю- чено), напряжение на них, величина тока и перетока мощности по ним. В отдельных случаях, когда подстанция не телемехани- зирована, может быть представлена только оперативная однолинейная схема в виде мнемосхемы. Кроме этого, на мнемосхеме, как правило, могут присутствовать ключи управления выключателями, если подстан- ция достаточно телемеханизирована. На всех современных энергообъектах реализованы автоматизированные системы управления технологическим объектом (АСУ ТП), которые позволяют получать непосредственно на щит управления или установленный на рабочем месте диспетчера персональный компьютер информацию не только о положении ком- мутационных аппаратов, но и информацию о важнейших параметрах электрооборудова- ния, например, давлении элегаза в выключа- телях, а также информацию о срабатывании и состоянии устройств релейной защиты и противоаварийной автоматики. Мнемосхема щита общесистемного уровня представляет собой графическое изобра- жение однолинейной схемы электрической сети, на которой отражается оперативное (существующее на текущий момент време- ни) положение коммутационных аппаратов, напряжение, перетоки мощности, частота электрического тока и температура окружаю- щего воздуха, контролируемые соответству- ющим диспетчером. В современных ДЦ и ЦУС мнемосхемы представлены в виде стены из видеокубов, которая представляет собой один большой экран, на котором отобража- ется однолинейная электрическая схема кон- тролируемого участка сети или энергосисте- мы (в зависимости от уровня ЦУС или ДЦ). Другим немаловажным компонентом щита управления является наличие связи с выше- стоящим ДЦ, ЦУС или смежными энерго- объектами на объектовом уровне, а для общесистемного щита управления – с ниже- стоящими, вышестоящими и смежными ЦУС и ДЦ. В качестве устройства связи на щитах управления используются коммутаторы. Коммутатор это дальнейшее развитие теле- фонного аппарата, которое позволяет нажа- тием одной клавиши выполнять необходи- мые соединения, что существенно ускоряет скорость работы диспетчера или дежурного энергообъекта в случае ликвидации аварии. Мнемосхема – сово- купность сигнальных устройств и сигнальных изображений обо- рудования и внутренних связей контролируемого объекта, размещаемых на диспетчерских пультах, операторских панелях или выполненных на пер- сональном компьютере. Информация, которая выводится на мнемосхему, может быть представлена в виде аналогового, дискретного и релейного сигнала, а также графи- чески. 113112 Щ Щ
- 58. Экология Экология–наука об отношениях живыхорга- низмов и их сообществ между собой и с окру- жающей средой. Современная экология – сложная дисциплина, объединяющая все природные, гуманитарные, точные и соци- альные науки с целью поиска оптимальных путей развития человечества и новых мето- дов сохранения биосферы. Она делится на биоэтику, биоэкологию, геоэкологию, тех- ноэкологию, социоэкологию, ландшафтную экологию, химическую экологию, экологию человека, космическую экологию и др. На современном этапе развития человече- ского общества, когда в результате науч- но-технической революции усилилось его воздействие на биосферу, практическое зна- чение экологии необычайно возросло. Эко- логия должна служить научной базой любых мероприятий по использованию и охране природных ресурсов, по сохранению сре- ды в благоприятном для обитания человека состоянии. Одним из последствий деятель- ности человека на Земле является загрязне- ние окружающей среды. Загрязнение – это процесс отрицательного видоизменения окружающей среды–воздуха, воды, почвы– путем ее интоксикации веществами, которые угрожают жизни живых организмов. Основными производственными системами элекроэнергетики, влияющими на экологичес- кую безопасность России являются ТЭС, АЭС, ГЭС и ЛЭП 500 кВ и выше. Тепловые электростанции (ТЭС) выбра- сывают в окружающую среду оксиды серы, азота, окись углерода и другие токсиканты и аэрозоли (зола, сажа), содержащие, как правило, токсичные канцерогенные вещест- ва. Работа ТЭС имеет и другие негативные экологические последствия: терриконы золотвалов, необходимость сжигать огром- ное количество органического топлива (уголь, нефть, газ). Атомные электростанции (АЭС) лишены этих недостатков, но они связаны с огромной инфраструктурой производства, эксплуатации, а также со вторичной перера- боткой ядерного топлива. Гидроэнергетика (ГЭС) – важный элемент энергетической стабильности государств, но экологические последствия создания и эксплуатации ГЭС связаны прежде всего с неблагоприятным воздействием водохрани- лищ на микроклимат прилегающих террито- рий, ухудшением гидрологического режима, отчуждением больших территорий и зато- плением ценных земель и лесных массивов, снижением проточности вод рек с ухудше- нием видового состава их флоры и фауны, постепенным превращением водохранилищ в накопители вредных и токсичных веществ, сбрасываемых предприятиями промышлен- ности, сельского хозяйства, жилищно-комму- нального хозяйства и т. д. Главными факторами неблагоприятного воз- действия воздушных линий электропередач (ЛЭП) на окружающую среду являются созда- ваемые ими мощные электромагнитные поля с рядом сопутствующих явлений и отчужде- нием значительных территорий под трассы (коридоры, просеки) ЛЭП. Экология и электроэнергетика (и весь энерге- тический комплекс) будут всегда находиться в противоречии. Задача экологов – находить компромиссы, не нарушая и не снижая энер- гетической безопасности страны. 115114 Э Э
- 59. Экономическая эффективность Экономическая эффективность(эффек- тивность производства) – это соотношение полученного полезного результата (в случае с генерирующей электроэнергетической уста- новкой это объем выработанной электро- энергии) и затрат на ее производство. Основных показателей экономической эффективности генерирующей электроуста- новки несколько, наиболее часто встречаю- щиеся из них: • окупаемость инвестиций, которая в меж- дународной аббревиатуре носит назва- ние ROI (return on investment), является отношением суммы прибыли или убытков к сумме инвестиций; • внутренняя норма доходности (ВНД) (общепринятое сокращение – IRR (internal rate of return) – это процентная ставка, при которой чистый дисконтированный доход (ЧДД) равен нулю. ЧДД рассчитывается на основании потока платежей (в нашем случае это прибыль, получаемая от про- дажи вырабатываемой электроэнергии, приведенной (дисконтированной) к сегод- няшнему дню. Рассчитывается исходя из объема продаваемой электроэнергии, ее стоимости и стоимости издержек на ее производство; • чистая приведенная стоимость (чистая текущая стоимость, чистый дисконти- рованный доход (ЧДД), англ. net present value, принятое в международной прак- тике анализа инвестиционных проектов сокращение – NPV) – это сумма дискон- тированных значений потока платежей, приведенных к сегодняшнему дню. Вели- чина показывает, в какой срок окупится инвестиционное вложение и окупится ли вообще. Показатель ЧДД представляет собой разницу между всеми денежными притоками и отто- ками, приведенными к текущему моменту времени (моменту оценки инвестиционного проекта). Применительно к электроэнергетики мож- но сравнить экономическую эффективность энергетических установок разного типа: ГЭС, ТЭС, солнечных батарей, ветроустановок. Начнем с гидроэлектростанции. Основным элементом гидроэлектростанции является плотина и в некотором случае водохрани- лище. Затраты на их создание огромные и в общей доле стоимости электростанции могут составлять до 70–80%. При этом сто- имость остального оборудования, включая турбины, генераторы и т. д., находится в пре- делах 20–30% от стоимости электростанции. Зато стоимость выработки электроэнергии на ГЭС определяется только стоимостью экс- плуатационных затрат на поддержание стан- ции и ее оборудования в рабочем состоянии, т. к. топливо станция не потребляет. В резуль- тате при огромных первоначальных капи- тальных вложениях затраты на эксплуата- цию будет весьма небольшими. Аналогичная ситуация и по нетрадиционным источникам генерации, таким как солнечные батареи и ветроустановки, стоимость вырабатывае- мой на них электроэнергии будут определять- ся в основном капитальными затратами при минимальных эксплуатационных затратах. Совершенно иная ситуация по тепловым электростанциям (ТЭС). Стоимость ее созда- ния значительно меньше, чем стоимость соз- дания гидро-, ветро- или солнечной электро- станции. Например, для гидро-, ветро- или солнечной стоимость составляет $8–10 тыс. за кВт мощности, в то время как для ТЭС стоимость создания составляет в среднем $2–2,5 тыс. за кВт мощности. Однако при этом ТЭС потребляет топливо, затраты на которое составляют до 60–70% стоимости вырабатываемой электроэнергии, таким образом, принимая, что эксплуатаци- онные затраты у них примерно одинаковые, стоимость электроэнергии без учета капи- тальных затрат на создание электростанции у ТЭС всегда будет намного выше. Но такой подход некорректен, т. к. средства на стро- ительство должны окупаться, о чем свиде- тельствуют коэффициенты экономической эффективности. В результате в стоимости вырабатываемой электроэнергии необхо- димо учесть и капитальные вложения. Таким образом, при выборе, какого типа источ- ник генерации создавать, одним из опреде- ляющих факторов является сравнение их с использованием расчетов параметров эко- номической эффективности, представлен- ных выше (ROI, IRR, NPV). Затраты на производство электроэнергии включают в себя: • капитальные затраты на создание генерирую- щей установки • эксплуатационные затраты на поддержание ее в работоспособном состоянии • затраты на топливо Принимай ДУШ, а не ванну Так ты будешь расходовать в 4 раза меньше горячей воды Чаще мой окна и осветительные приборы это снизит потребление энергии в 2 раза Вместо обычных лампочек используй энергосберегающие Не оставляй в розетке зарядное устройство для мобильного теле- фона. Даже если оно не подкл чено к телефону, оно все равно потребляет электроэнергию Не стоит оставлять бытовые приборы в режиме standby. В «режиме ожидания» они потребляют электричество Телевизор, музыкальный центр, DVD-плейер лучше выключать кнопкой на самом приборе или вынув вилку из розетки ПОСУД А с искривленным дном увеличивает расход энергии на 50% Если у тебя электроплита, используй для экономии элек- троэнергии кастрюли и сково- родки, дно которых соответству- ет размеру конфорки или чуть превосходит его При стирке в стиральной машине старайся не пре- вышать нормы максимальной загрузки белья и избегать неполной загрузки: перерасход элек- троэнергии в этом случае может составить 10–15% 10 капель воды в минуту за год 2000 литров А значит, приходится включать искусственное освещение Грязные окна пропускают на 30% меньше света От пыльных аба- журов значительно меньше света Кран с горячей водой у тебя в квартире всегда должен быть плотно закрыт 116 Э
- 60. Эксплуатация электрооборудования Эксплуатация электрооборудования–это использование его по назначению. Ввод в эксплуатацию оформляется актом допуска электроустановки в эксплуатацию, который представляет собой официальный документ, выдаваемый надзорным органом. Акт допуска выдается после приемо-сда- точные испытаний оборудования и пуско- наладочных испытаний отдельных систем электроустановок, а также комплексного опробывания оборудования. Получение дан- ного документа выступает свидетельством выполнения всех технических требований безопасной эксплуатации и разрешения подачи электроэнергии на постоянной осно- ве на конкретный объект. При эксплуатации электрооборудования на каждое изделие начинаются воздействия, связанные с его работой в системе элементов и устройств, с которыми оно взаимодейству- ет. Степень воздействий зависит от качества напряжения питания, от качества других эле- ментов, с которыми данное изделие связано электрически или механически. Могут быть различные механические воздействия, нару- шающие надежность электрооборудования. Условия эксплуатации электроустановок зависят от класса напряжения электрообо- рудования–номинального напряжения элек- трической сети, для работы в которой пред- назначено данное электрооборудование. Для сохранения надежности работающего электрооборудования необходимо его обя- зательное обслуживание специальным пер- соналом. Любое техническое обслуживание инженерных систем является профилакти- ческим мероприятием, обеспечивающим работоспособность устройств и предупреж- дение образования и дальнейшего развития поломок. Техническая диагностика явля- ется составной частью технического обслу- живания. Основной задачей технического диагностирования является оценка техничес- кого состояния электрооборудования, обе- спечение безопасности, функциональной надежности и эффективности работы техни- ческого объекта, а также сокращение затрат на его техническое обслуживание и уменьше- ние потерь от простоев в результате отказов. Обслуживание включает технические осмот- ры, технические уходы, различные виды ремонтов. Любые работы на электрообору- Эксплуатация электрооборудования допускается только при соблюдении правил технической эксплуатации электроуста- новок потребителей, являющихся нормативным документом, утверждаемым федеральным органом исполнительной власти. F (t) число отказов в год t наработка Период приработки Период нормальной эксплуатации Период старения Частота отказов за весь жизненный цикл энергосистемы довании должны отражаться в оперативном журнале. Оперативный журнал–основной документ дежурного персонала всех ступеней, в кото- ром оформляются записи оперативно-дис- петчерского характера по управлению режи- мом работы энергетического оборудования, изменений состояния электроснабжения и электрооборудования, распоряжений руко- водящего технического персонала о допуске к работе и выводе оборудования в ремонт, о работе устройств защиты и автомати- ки, о проведенных осмотрах и выявленных нарушениях в работе электрооборудования, о выполненных переключениях по устране- нию аварий и нарушениях в работе элек- трооборудования, о работе, выполняемой в порядке текущей эксплуатации. Для организации взаимодействия различ- ных служб и предприятий при эксплуатации электрооборудования осуществляется опе- ративно-технологическое управление–комп- лекс мер по управлению технологическими режимами работы объектов электроэнерге- тики и энергопринимающих устройств потре- бителей электрической энергии, если эти объекты и устройства не включены субъек- том оперативно-диспетчерского управления в электроэнергетике в перечень объектов, в отношении которых осуществляется выда- ча оперативных диспетчерских команд и рас- поряжений. Это необходимо для оперативно- го управления объектами электросетевого хозяйства (подготовка схемы и режима сети к выводу в ремонт электрооборудования, производство плановых оперативных пере- ключений, допуск бригад по нарядам-допус- кам, приемка оборудования после ремонта, ввод в работу электрооборудования после ремонтов, производство оперативных пере- ключений при ликвидации технологических нарушений), оперативного руководства при ликвидации технологических нарушений, осуществления круглосуточного мониторин- га состояния оборудования объектов элек- трических сетей, повышения надежности электроснабжения потребителей. Электромонтаж Электромонтаж. Электромонтажные ра- боты – это комплекс мероприятий, целью которых является создание электриче- ских сетей или подключение электрообо- рудования. Основные этапы электромонтажных работ: • Изучение объекта. На этом этапе анали- зируется проект, производятся расчеты, подбирается необходимая продукция и оборудование. • Непосредственно монтаж. Производит- ся прокладка кабельных сетей, монтаж контура заземления, необходимых кон- струкций, измерительных систем и испол- нительных механизмов, установка щитов. • Пуско-наладочные работы. Настройка и запуск оборудования, оформление акта допуска электроустановки в эксплуатацию. Электромонтажные работы выполняются в соответствии с нормативными документами, в том числе правилами устройства электро- установок (ПУЭ) и строительными нормами и правилами (СНиП). Электромонтажные работы в промышлен- ных, жилых, культурно-бытовых, админи- стративных зданиях, на инженерных сооружениях, строительных площадках, объектах сельского хозяйства, в том чис- ле монтаж силового электрооборудования, монтаж силовых электропроводок, мон- таж распределительных устройств и вторичных цепей, осу- щес твляет элек тромон- тажник по силовым сетям и электрооборудованию. Для выполнения электромон- тажных работ применяются осо- бые условия допуска к работе. Необходимо наличие документов, подтверждающих при- своение квалификационной группы допуска по электробезопасности персонала, а также документы, подтверждающие специализа- цию и присвоенный разряд (диплом, свиде- тельства, запись в трудовой книжке). В соответствии с ПТЭЭП (Правила техниче- ской эксплуатации электроустановок потре- бителя) и ПТБ (Правилами техники безопасности) для персонала, обслу- живающего электроустановки или работающего с ними, установлено пять квалификационных групп по электробезопасности. 119118 Э Э
- 61. Электрическая машина Электрические машины– это электроме- ханические преобразователи, в которых осуществляется преобразование электри- ческой энергии в механическую или механи- ческой в электрическую. Основное отличие электрических машин от других преобразо- вателей в том, что они обратимы, т. е. одна и та же машина может работать в режиме двигателя, преобразуя электрическую энер- гию в механическую, и в режиме генератора, преобразуя механическую энергию в элек- трическую. Принцип действия электрических машин основан на явлениях электромагнит- ной индукции и силы Лоренца, действующей на проводник с током, движущийся в магнит- ном поле. Для преобразования энергии в подавля- ющем большинстве электрических машин используется вращательное движение. Основными электротехническими частями электрических машин являются магнитная система (магнитопровод, индуктор), созда- ющая магнитное поле, и якорь, в котором индуцируется переменная ЭДС и протекает переменный ток. В машинах переменного тока часто вращающуюся часть называют ротором, а неподвижную часть–статором. По роду тока электрические машины подраз- деляются на электрические машины постоян- ного тока и электрические машины перемен- ного тока. Машины переменного тока, в свою оче- редь, делятся по принципу действия на синхронные электрические машины и асинхронные электрические машины. В синхронных машинах частоты вращения ротора и магнитного поля в зазоре равны, а в асинхронных частота вращения ротора отличается от частоты вращения магнит- ного поля в воздушном зазоре на частоту скольжения. Вращающиеся электрические машины раз- личают по способу возбуждения на машины с независимым возбуждением, когда обмот- ки возбуждения питаются от посторонних источников электрического тока, и маши- ны с самовозбуждением, у которых обмот- ки возбуждения питаются током якоря или частью тока якоря. В свою очередь машины с самовозбуждением делятся на машины параллельного возбуждения, у которых цепь обмотки возбуждения соединена с цепью якоря параллельно непосредственно или через преобразовательное устройство, машины последовательного возбужде- ния, у которых цепь обмотки возбуждения соединена с цепью якоря последовательно непосредственно или через преобразова- тельное устройство, и машины смешанного возбуждения, когда машина имеет по мень- шей мере две обмотки возбуждения, одна из которых соединена с цепью якоря после- довательно непосредственно или через пре- образовательное устройство, а остальные– параллельно. Эмилий Христианович Ленц 1804–1865 Русский физик и электро- техник, академик Петербургской академии наук (1830). С именем Ленца связаны фундаментальные открытия в области электродинамики. В 1833 г. установил правило, названное его именем, определяющее направление индуцируе- мого тока. Правило Ленца раскрывало главную закономерность явления: наведенный ток всегда имеет такое направление, что его магнитное поле противодействует про- цессам, вызывающим индукцию. Принцип работы электрической машины 1. Постоянный магнит 2. Щетки токосъемника 3. Обмотка ротора 4. Ротор 5. Ламели коллектора 1 1 23 4 32 5 120 Э
- 62. Электрическая цепь Цепь электрическая – совокупность устройств, элементов, образующих путь для протекания электрического тока, электро- магнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий силы тока и напряжения. Все устройства и объекты, входящие в состав электрической цепи, могут быть разделе- ны на три группы: источники, потребители и вспомогательные элементы электрической цепи–соединительные провода, коммутаци- онная аппаратура, аппаратура защиты, изме- рительные приборы и т. д., без которых реаль- ная цепь не работает. Все элементы цепи охвачены одним электро- магнитным процессом. Электрический ток может протекать только по замкнутой электрической цепи. Разрыв цепи в любом месте вызывает прекращение электрического тока. Под электрическими цепями постоянного тока в электротехнике подразумевают цепи, в которых ток не меня- ет своего направления. Под электрическими цепями переменного тока имеют в виду цепи, в которых протекает ток, который изменяется во времени. Элементы электрической цепи делятся на активные и пассивные. К активным эле- ментам электрической цепи относятся те, в которых индуцируется ЭДС (источники ЭДС, электродвигатели, аккумуляторы в процес- се зарядки и т. п.). К пассивным элементам относятся электроприемники и соединитель- ные провода. Электрическая цепь, электрическое сопро- тивление участков которой не зависит от зна- чений и направлений токов и напряжений в цепи, называется линейной электрической цепью. Такая цепь состоит только из линей- ных элементов. Если сопротивление эле- мента цепи существенно зависит от тока или напряжения, то такой элемент называется нелинейным элементом (для такого элемен- та неприменима линейная зависимость тока от напряжения, описываемая законом Ома). Электрическая цепь, содержащая хотя бы один нелинейный элемент, называется нели- нейной электрической цепью. Электрические цепи подразделяют на нераз- ветвленные и разветвленные. Разветвлен- ная цепь имеет ветви и узлы. Ветвь можно определить как участок цепи, образованный последовательно соединенными элемен- тами, через которые течет одинаковый ток, и заключенный между двумя узлами. В свою очередь узел есть точка цепи, в которой схо- дятся не менее трех ветвей. Контур–любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям. Для расчета и анализа проходящего электро- магнитного процесса в цепи реальная элек- трическая цепь представляется графиче- ски в виде расчетной электрической схемы (схемы замещения). В этой схеме реальные элементы цепи изображаются условными обозначениями идеализированных базовых элементов, причем вспомогательные эле- менты цепи обычно не изображаются, а если сопротивление соединительных проводов намного меньше сопротивления других эле- ментов цепи, его не учитывают. Эквивалент- ная схема представляет собой цепь только из идеальных компонентов, которая функ- ционирует примерно так же, как и исходная электрическая цепь, но ее расчет может быть проведен исключительно простым математи- ческим аппаратом. Густав Роберт Кирхгоф 1824–1887 Немецкий физик, один из великих физиков XIX века, иностранный член-корреспондент Петербургской академии наук (1862). Кирхгоф сформулировал один из основных законов теплового излучения, который носит его имя. Именно он ввел в физику понятие абсолютно черного тела. В области механики он занимался главным образом вопроса- ми деформации, равно- весия и движения упругих тел, течения жидкостей. i1 i2 i3 i4 R1 vg Первое правило Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма то- ков в каждом узле любой цепи равна нулю. При этом втекающий в узел ток принято считать положительным, а вытекающий — отрицательным. Иными словами, сколько тока втекает в узел, столько из него и вытекает. 123 Э
- 63. Электроэнергетика Электроэнергетика – разделэнергетики, обеспечивающий электрификацию страны на основе рационального расширения про- изводства и использования электрической энергии. Электроэнергетика является наи- более важной отраслью энергетики, что объ- ясняется такими преимуществами электро- энергии перед энергией других видов, как относительная легкость передачи на большие расстояния, распределения между потре- бителями, а также преобразования в дру- гие виды энергии (механическую, тепловую, химическую, световую и др.). Это определение электроэнергетики подраз- умевает под собой ряд обязательных техно- логических процессов, к которым относятся: генерация электрической энергии, переда- ча и распределение электрической энергии, потребление электрической энергии. Генерация электроэнергии – это процесс преобразования различных видов энергии в электрическую на индустриальных объек- тах, называемых электрическими станция- ми. В настоящее время генерация электро- энергии осуществляется на следующих видах электрических станций: • тепловые электростанции (ТЭС), пре- образующие в электрическую энергию тепловую энергию сгорания органическо- го топлива; • атомные электростанции (АЭС), на кото- рых тепловая энергия выделяется не при сжигании топлива, а при делении атом- ных ядер в ядерном реакторе, но в целом принцип выработки электроэнергии на АЭС тот же, что и на ТЭС; • гидроэлектростанции (ГЭС), преобра- зующие в электрическую энергию кине- тическую энергию течения воды. Особой разновидностью ГЭС являются гидроак- кумулирующие станции (ГАЭС). Их нельзя считать генерирующими мощностями в чистом виде, так как они потребляют практически столько же электроэнергии, сколько вырабатывают, однако такие станции очень эффективно справляются с разгрузкой сети в пиковые часы; • альтернативные электростанции, кото- рые используют способы генурации электроэнергии, имеющие ряд достоинств по сравнению с «традиционными», но по разным причинам не получившие доста- точного распространения. Основными видами таких электростанций являются ветровые, гелио-станции, геотермальные и приливные. Отличительной чертой электрической энергии является практическая одновременность ее генерации и потре- бления, так как электрический ток распространяется по сетям со скоростью, близкой к скорости света. Передача и распределение электрической энер- гии от электрических станций до потребителей осуществляется по электрическим сетям. С тех- нической точки зрения, электрическая сеть представляет собой совокупность линий элек- тропередачи (ЛЭП) и трансформаторов, находя- щихся на подстанциях. Потребление электрической энергии, т. е. ее использование для извлечения практической пользы, осуществляется потребителями элек- трической энергии, присоединенными к элек- трическим сетям и осуществляющими эксплу- атацию электрооборудования. Эксплуатация электрооборудования допускается только при соблюдении правил технической эксплуатации электроустановок потребителей. Совокупность генераторов, распределительных устройств, повысительных и понизительных подстанций, линий электропередач и прием- ников электроэнергии, называется энергетиче- ской системой. Важными характерными свойствами электро- энергетической системы являются: • одновременность процессов производства, распределения и потребления электрической энергии (выработка электрической энергии жестко определяется ее потреблением и нао- борот); • преобразование и передача энергии проис- ходит с потерями энергии во всех элементах электроэнергетической системы; • необходимость своевременного развития электроэнергетической системы, чтобы ее рост опережал рост потребления электричес- кой энергии. Отдельные энергетические системы связывают- ся между собой электрическими сетями, и это их объединение называется объединенной энер- гетической системой. К преимуществам объ- единенной энергетической системы относятся: 1. уменьшение величины суммарного резерва мощности; 2. наилучшее использование мощности ГЭС одной или нескольких электроэнергети- ческих систем и повышение их экономич- ности; 3. снижение суммарного максимума нагруз- ки объединяемых электроэнергетических систем; 4. взаимопомощь систем в случае неодинако- вых сезонных изменений мощности элек- трических станций и, в частности, ГЭС. 5. облегчение работы систем при ремонтах и авариях. Особое внимание при создании уделяется надежности энергосистем. Решение этой задачи начинается еще на этапе проектирования энер- госистем. Задача проектирования энергосистем состоит в разработке и технико-экономическом обосновании решений, определяющих развитие энергосистем, обеспечивающих при наимень- ших затратах снабжение потребителей электри- ческой и тепловой энергией при выполнении технических ограничений по надежности элек- троснабжения и качеству электроэнергии. При эксплуатации энергосистем для обеспечения надежности ее функционирования осуществля- ется непрерывное оперативно-диспетчерское управление. 125124 Э Э
- 65. Электропередача Электропередачей называется переда- чаэлектроэнергии на расстояние, а так- же совокупность электрических установок и устройств, обеспечивающих такую пере- дачу. В состав электропередачи входят пони- жающие и повышающие трансформаторы, воздушные и (или) кабельные линии электро- передачи (ЛЭП), высоковольтные выключате- ли, аппаратура защиты и противоаварийной автоматики. Возможность передачи значи- тельных количеств электроэнергии на рас- стояние определяется пропускной способ- ностью электропередачи, которая зависит от напряжения и протяженности ЛЭП, обе- спечения устойчивости ее режима, условий эксплуатации, величины допустимых потерь и т. д. Повышение пропускной способности электропередачи связано, главным образом, с увеличением напряжения ЛЭП. Повышение напряжения в ЛЭП при передаче мощности приводит к уменьшению протекающих токов, а это уменьшает потери в ЛЭП на нагрев про- водов и кабелей. Это особенно актуально при удалении электростанций от центров потребления из-за постоянно возрастаю- щих требований ограничения неблагопри- ятных воздействий энергетических объектов на окружающую среду в зоне проживания населения. Электроприемник Электроприемник –аппарат, агрегат, пред- назначенный для преобразования элек- трической энергии в другой вид энергии. Электроприемник является одним из важ- нейших элементов системы энергоснабже- ния объектов. Электроприемник располага- ется у потребителя электрической энергии на определенной территории. Электроприем- ники бывают стационарными и переносными. К переносным электроприемникам отнесены электроприемники, которые могут находить- ся в руках человека в процессе их эксплуата- ции (ручной электроинструмент, переносные бытовые электроприборы, переносная радио- электронная аппаратура и т. п.). Все электроприемники делятся на категории по степени надежности электроснабжения. Надежность электроснабжения электропри- емников определяется качеством электро- снабжения. Наиболее употребительные параметры, характеризующие качество электроснабжения, это допустимый процент отклонения напряжения в питающей сети от номинального и оценка возможности пре- рывания электропитания. Существующими нормативными документами выделяются три категории электроприемников. К пер- вой категории относятся электроприемники, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, нарушение функционирования особо важ- ных элементов хозяйственной деятельности, элементов городского хозяйства, предпри- ятия, здания. Ко второй категории относятся электроприемники, перерыв в электроснаб- жении которых может приводить к наруше- нию нормальной деятельности значительно- го количества жителей. И, наконец, к третьей категории относятся все остальные электро- приемники. В нормативных материалах при- водится обязательный перечень категорий электроприемников. Важными характеристиками электропри- емника являются номинальное напряжение, установленная мощность, коэффициент мощности. Александр Григорьевич Столетов 1839–1896 Русский физик. В 1888 г. Алек- сандр Григорьевич начинает исследование фотоэффекта, открытого за год до этого Герцем. С помощью разработанной им установки Столетов изучал различные стороны фотоэффекта. Столетов получает вольтамперную характеристику фотоэле- мента: фототок возрастает с увеличением напряжения между электродами, а малые токи пропорциональны напря- жению; начиная с некоторого значения напряжения фототок практически не меняется при увеличении напряжения, т. е. фототок стремится к на- сыщению. Будучи уверенным в том, что величина фототока опреде- ленно связана с освещением, Столетов проводит серию опытов с целью установить эту зависимость. Меняя силу света источника, он открыл первый закон фотоэффекта: величина фототока пропор- циональна световому потоку, падающему на катод. 129 Э
- 66. Энергетика Энергетика –область деятельностичеловека, а также совокупность больших естественных и искусственных подсистем, служащих для пре- образования, распределения и использования энергетических ресурсов всех видов. Ее целью является обеспечение производства энергии путем преобразования первичной, природной энергии во вторичную, например, в электричес- кую или тепловую энергию. При этом производ- ство энергии чаще всего происходит в несколько стадий: • получение и концентрация энергетических ресурсов (топлива), примером может послу- жить добыча, переработка и обогащение ядерного топлива; • передача ресурсов к энергетическим уста- новкам; • преобразование первичной энергии во вто- ричную, например, химической энергии угля в электрическую и тепловую энергию; • передача вторичной энергии потребителям, например, по линиям электропередачи или тепловым сетям. Основными отраслями энергетики являются электроэнергетика и теплоснабжение. Подробно остановимся на теплоснабжении, т. к. с электроэнергетикой можно ознакомиться в соответствующем разделе книги (см. «Элек- троэнергетика»). В общем случае снабжение любого объекта теплом обеспечивается систе- мой, состоящей из: • источника тепла, например, котельной; • тепловой сети, например, из трубопроводов горячей воды или пара; • теплоприемника, например, батареи водяно- го отопления. Теплоснабжение бывает централизованным и децентрализованным. Характерной чертой централизованного теплоснабжения является наличие разветвленной тепловой сети, от кото- рой питаются многочисленные потребители. Систему теплоснабжения называют децентра- лизованной, если источник теплоты и теплопри- емник практически совмещены, то есть тепло- вая сеть или очень маленькая, или отсутствует. Такое теплоснабжение может быть индивидуаль- ным, когда в каждом помещении используются отдельные отопительные приборы, например, электрические, или местным, например, обо- грев здания с помощью собственной малой котельной. Тепловая сеть–это сложное инженерно-строи- тельное сооружение, служащее для транспорта тепла с помощью теплоносителя, воды или пара, от источника, ТЭЦ или котельной, к тепловым потребителям. Так как большинство из традиционных электро- станций и источников теплоснабжения выделя- ют энергию из невозобновляемых ресурсов, вопросы добычи, переработки и доставки топли- ва чрезвычайно важны в энергетике. В тради- ционной энергетике используются два принци- пиально отличных друг от друга вида топлива: органическое топливо и ядерное топливо. Немного из истории энергетики За долгую историю энергетики накопи- лось много технических средств и способов добывания энергии и преобразования ее в нужные людям формы. Собственно, и чело- век-то стал человеком только тогда, когда научился получать и использовать тепловую энергию. Огонь костров зажгли первые люди, еще не понимавшие его природы, однако этот способ преобразования химической энергии в тепловую сохраняется и совершенствуется уже на протяжении тысячелетий. К энергии собственных мускулов и огня люди прибавили мускульную энергию животных. Они изобрели технику для удаления хими- чески связанной воды из глины с помощью тепловой энергии огня – гончарные печи, в которых получали прочные керамические изделия. Конечно, процессы, происходящие при этом, человек узнал многие тысячелетия спустя. Потом люди придумали мельницы–технику для преобразования энергии водяных пото- ков и ветра в механическую энергию вра- щающегося вала. Но только с изобретением паровой машины, двигателя внутреннего сгорания, гидравлической, паровой и газо- вой турбин, электрических генератора и дви- гателя человечество получило в свое распо- ряжение достаточно мощные технические устройства. Они способны преобразовать природную энергию в иные ее виды, удобные для применения и получения больших коли- честв работы. Поиск новых источников энер- гии на этом не завершился: были изобретены аккумуляторы, топливные элементы, преоб- разователи солнечной энергии в электричес- кую, реактивные двигатели и –уже в середи- не XX столетия–атомные реакторы. Очень часто машина одного типа с такой трансформацией не справляется. Тогда энер- гию нужного вида получают путем последова- тельных преобразований в цепочке энергети- ческих машин разных типов. Например, гидравлическая, паровая, газо- вая турбины, двигатель внутреннего сго- рания раскручивают роторы генераторов, превращая механическую энергию в элек- трическую. Если турбина паровая, то в энер- гетической установке еще должны быть паровые котлы с топками (они преобразуют химическую энергию топлива в кинетическую энергию пара) или парогенераторы с атомны- ми реакторами (здесь пар образуется за счет энергии, выделяющейся при делении ядер атомов). Однако чем больше машин в цепочке, тем выше потери энергии. Поэтому перед учены- ми и инженерами стоит важная задача: соз- дать машины и технологические процессы, в которых нежелательные потери энергии сведены к минимуму. Производство электроэнергии в России, млрд кВт·ч 800 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 850 900 950 1000 1050 1100 131130 Э Э
- 67. источники Энергии Альтернативные Распределенное производство Это скореевид использования, при котором энергия производится для использования на крупном произ- водстве, а излишки отправляются в общую сеть. Биотопливо Применение топлива из биологического сырья: этанол, биодизель, биогаз и другие. Водороная энергетика Уже используются водородные двигатели и топлив- ные элементы для производства электроэнергии. Ветроэнергетика Использует автономные ветрогенераторы и работающие параллельно с сетью. Космическая энергетика Занимается получением электроэнергии в фото- электрических элементах, расположенных на орбите Земли. Гелиоэнергетика Применяет солнечные водонагреватели, коллекторы и фотоэлектрические элементы. Геотермальная энергетика Использует тепловые электростанции, работающие на принципе отбора высокотемпературных грунто- вых вод, и грунтовые теплообменники. Гидроэнергетика Эксплуатирует приливные, волновые и водопадные электростанции. Наибольшее практическое применение сейчас находят геотермальные станции, суммар- ная мощность которых составляет около 11 тыс. МВт. Почти треть мировой геотермальной электроэнергии вырабатывается в США, хотя в суммарном электрическом энергобалансе этой страны на долю ГеоТЭС приходится всего 0,3%. Значительно выше этот показатель в Исландии (30%) и на Филиппинах (27%).
- 68. Энергосистема Энергетическая система (энергосистема)– в общем смысле cовокупность энергетичес- ких ресурсов всех видов, а также методов и средств для их получения, преобразования, распределения и использования, которые обеспечивают снабжение потребителей все- ми видами энергии. В энергосистему входят системы: электроэнергетическая, нефте- и газоснабжения, угольной промышленности, ядерной энергетики и другие. Обычно все эти системы объединяются в масштабах страны в единую энергетическую систему, в масшта- бах нескольких районов – в объединенные энергосистемы. Объединение отдельных энергоснабжающих систем в единую систему также называют межотраслевым топливно- энергетическим комплексом, оно обусловле- но прежде всего взаимозаменяемостью раз- личных видов энергии и энергоресурсов. В энергосистеме должен существовать энер- гетический баланс, который является стати- ческой характеристикой непрерывно разви- вающегося энергетического хозяйства. Важность поддержания такого баланса опре- деляется спецификой энергосистемы, кото- рая проявляется в неразрывности во вре- мени большинства процессов производства и потребления энергии, что влечет за собой особую важность управления режимами систем и оперативным топливоснабжени- ем для обеспечения бесперебойной подачи энергии потребителю, а также невозможно- сти изолированного выбора производитель- ности и параметров отдельных элементов и связей вне их предполагаемого использо- вания в системе, что требует перспективного проектирования больших систем энергетики как единого целого. В электрической энергосистеме несоблю- дение баланса мощности ведет к развитию таких нежелательных явлений, как лави- на частоты при несоблюдении баланса по активной мощности и лавина напряже- ния при несоблюдении баланса по реактив- ной мощности. Баланс активной мощности в установив- шемся режиме характеризуется равенством генерируемой и потребляемой мощностей при нормальной частоте. При значительном дефиците активной мощности частота в сети может снизиться до такого уровня, при кото- ром будет нарушена работа технологических агрегатов электростанций. Во избежание развития аварийной ситуации автоматика защиты произведет отключение генерато- ра электростанции, что еще более увеличит дефицит активной мощности в электричес- кой энергосистеме и приведет к еще боль- шему падению частоты в дефицитной части электроэнергосистемы. Дальнейшее раз- витие событий происходит лавинообразно и приводит к нарушению работы других элек- тростанций до полного останова всех гене- рирующих источников. Из рассмотренного следует, что лавина частоты может вызвать тяжелую многочасовую энергетическую ава- рию на большой территории. Чтобы избежать ее, электрические энергосистемы оснаща- ются частотной автоматикой, расположен- ной на подстанциях. По мере аварийного снижения частоты эта автоматика отклю- чает линии распределительных сетей для удержания частоты в пределах, безопасных для функционирования собственных нужд электростанций. Затем частота доводится до значения, близкого к нормальному, при котором возможна синхронизация разделив- шихся частей электрической энергосистемы и последующее восстановление электро- снабжения всех отключенных потребителей. Лавины напряжения связаны с балансом реактивной мощности, который определяет- ся соотношением характеристик генерирую- щих источников (питающей системы) и потре- бителей. Значительное падение напряжения у потребителей, например, из-за аварийной остановки ЛЭП, может привести к остановке электрооборудования, задействованного для обеспечения технологических процессов производства, которое, как правило, являет- ся индукционной нагрузкой. Ситуация может усугубиться несоразмерно большой мощнос- Вернер фон сименс 1816–1892 Известный немецкий инженер, изобретатель, ученый, промышленник, основатель фирмы Siemens, общественный и политический деятель. В 1845 г. Вернер Сименс вместе с талантливым ме- хаником Иоганном Георгом Гальске основал компанию Siemens&Halske. В 1867 г. он произвел настоящий переворот в электротех- нике, представив членам Берлинской академии модель генератора по- стоянного тока с самовоз- буждением. В 1880 г. компания Siemens&Halske изготовила первый в мире электрический лифт. На следующий год пустила по окраине Берлина трамвай и открыла первую в Европе телефонную станцию. Первая электрическая лампочка в Москве была немецкой, а питала ее током электро- станция, построенная в 1888 г. фирмой Siemens&Halske. Трансформатор Производители ядерного топлива Нефтяные скважины и НПЗ Реки Газовые скважины Угольные шахты Трубопроводы Железные дороги Речные и морские суда Грузовые автомобили Турбинные водоводы Солнечные, ветряные и прочие электростанции Электростанции с ДВС газотурбинные электростанции Гидро- электростанции Трансформатор Межсистемная связьМагистральная сеть ЛЭП Источники энергии Транспортировка Электростанции Распределение Трансформация Передача Бытовые потребители Коммерческие потребители Промышленные потребители Паротурбинные электростанции Энергосистема: от энергоносителя до потребителя 134 Э
- 69. тью конденсаторных установок,смещающих экстремум характеристики генерации в сто- рону более высоких напряжений. Таким обра- зом напряжение падает еще больше. При воз- никновении лавины напряжения необходимо отключить часть потребителей по признаку уменьшения напряжения для того, чтобы наи- более ответственные потребители могли про- должать работу, даже если напряжение оста- лось пониженным. Для поддержания баланса мощности и прогно- зирования потребления энергии используют графики нагрузки, учитывающие изменение потребления электрической энергии в течение определенного промежутка времени–суток, месяца или календарного года. Суточные графики нагрузок часто имеют кон- фигурацию, требующую изменения мощности генерирующих источников в широких преде- лах. Известно, что регулирующие способности оборудования тепловых станций ограничены. Поэтому для облегчения работы и повыше- ния экономичности электроснабжения ино- гда целесообразно воздействовать на форму графика нагрузок. Воздействие на суточный график нагрузки обычно сводится к его вырав- ниванию: увеличению нагрузки ночью и сниже- нию в часы максимальных нагрузок. График нагрузки выравнивают с помощью потребителей–аккумуляторов энергии. Для этого можно использовать электрокотель- ные, с помощью которых ночью нагревают воду, применяемую на производстве и в быту в другое время суток, или гидроаккумулиру- ющие электростанции. В мировой практике для стимулирования потребления энергии в часы минимальных нагрузок используются различные тарифы оплаты за электроэнер- гию (ночью устанавливается низкий тариф). Электрическая энергосистема может работать в следующих режимах: • нормальный режим работы энергосисте- мы – режим энергосистемы, при котором все потребители снабжаются электричес- кой энергией в соответствии с договорами и диспетчерскими графиками, а значения технических параметров режима энер- госистемы и оборудования находятся в пределах длительно допустимых значений, имеются нормативные оперативные резер- вы мощности и топлива на электростанциях; • переходный режим работы энергосисте- мы – режим работы энергосистемы, при котором скорости изменения параметров настолько значительны, что они должны учитываться при рассмотрении конкретных практических задач. Среди переходных режимов следует выделить асинхронный режим работы энергосистемы, характеризующийся несинхронным вращени- ем части генераторов энергосистемы, и режим качаний в энергосистеме, при котором проис- ходят периодические изменения параметров без нарушения синхронизма. Асинхронный режим в энергосистеме явля- ется одним из самых тяжелых аварийных режимов. Он связан с нарушением устойчи- вости параллельной работы электростанций и отдельных генераторов, что создает опас- ность повреждения элементов энергосистемы, нарушения электроснабжения потребителей и сопряжено с большим экономическим ущер- бом. Основными признаками асинхронного хода являются устойчивые глубокие перио- дические колебания тока, мощности, напря- жения по линии связи и на энергообъектах, а также возникновение разности частот между частями энергосистем, единой и объединен- ной энергосистем, вышедшими из синхрониз- ма, несмотря на сохранение электрической связи между ними. Для расчетов энергосистем и проектирова- ния систем релейной защиты и автоматики выделяют максимальный режим работы энер- 1 госистемы–когда включена максимальная нагрузка энергосистемы, соответственно, в энергосистеме включены все генераторы, трансформаторы и линии, и минимальный режим работы энергосистемы–когда нагруз- ка энергосистемы минимальна, соответствен- но, в энергосистеме половина генераторов, трансформаторов и линий выведена в ремонт. Если релейная защита рассчитана на работу от минимального режима до максимального режима, то во всех промежуточных режимах, которых может быть великое множество, она тоже будет работать правильно. Следова- тельно, для обеспечения правильной работы релейной защиты, надо правильно опреде- лить максимальный и минимальный режимы работы энергосистемы. Для поддержания нормального режима работы осуществляется управление энерго- системой. Управление энергосистемой имеет целью достижение в данном промежутке вре- мени таких показателей ее работы, которые наиболее близко подходили бы к принятым критериям эффективности. Оперативное управление энергосистемой обеспечивают диспетчеры, обслуживают оборудование электростанций и подстанций – дежурный персонал, а линии электропередачи–линей- ный персонал. В управлении энергосисте- мами различают управление нормальными и аварийными режимами энергосистем. Управление нормальными режимами вклю- чает реализацию заранее запланированных режимов работы (запланированных графи- ков нагрузки каждой электростанции). Кроме этого, в управление нормальными режимами входит регулирование частоты с одновремен- ным выполнением баланса мощности в систе- ме, регулирование напряжения и поддержа- ние качества электроэнергии. Управляет нормальными режимами диспет- чер с помощью специальных автоматических устройств. Управление аварийными режимами включа- ет мероприятия по скорейшей ликвидации аварий. Пораженный участок должен быть как можно быстрее отключен от сети. Должны быть приняты меры по восстановлению пита- ния отключенных потребителей (например, организовано энергоснабжение потребите- лей от резервного источника или от резерв- ной линии), диспетчер должен организовать восстановительные работы. Послеаварийный режим – тяжелый режим работы энергосистемы. После аварии в энер- госистеме, как правило, нарушается баланс мощности и наступает послеаварийный режим. Этот режим характеризуется пониже- нием частоты и напряжения, т. е. снижением качества энергии и значительным возраста- нием нагрузок в отдельных элементах систе- мы энергоснабжения. Задача диспетчера – как можно скорее перейти от послеаварий- ного режима снова к нормальному режиму работы. 1. Водоем 2. Береговое укрепление с тоннелем 3. Резервуар 4. Трансформатор 5. Переключатель 6. Насос/генератор 7. Смотровая площадка 8. Вертикальный тоннель и лифт 9. Водозабор/сброс воды 10. Электроподстанция 11. Уравнительный резервуар 6 7 8 9 10 11 5 2 3 4 Гидроаккумулирую- щая электростанция 137136 Э Э
- 70. Производство электроэнергии вгод за 2007–2009 гг. в млрд кВт·ч США 4 110 Канада 620,7 Китай 3 451 Россия 1 040 Япония 957 Индия 723,8 Германия 593,4 Франция 535,7 Южная Корея 440 Бразилия 438,8 Великобритания 368,6 Испания 300,5 Италия 289,7 ЮАР 240,3 Австралия 249,9 Мексика 245
- 71. А Аккумулятор .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Атомная энергетика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Б Безопасность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 В Ветроэнергетика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Выключатель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Г Генератор электрический . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Геотермальная энергетика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Гидроэлектроэнергетика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Д Двигатель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Диспетчер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Диэлектрик . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Е Единая энергетическая система России . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Емкость электрическая . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 Содержание И Измерения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Изолятор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Индуктивность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Источник электрической энергии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 К Кабель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Качество электрической энергии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Котел паровой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Коэффициент полезного действия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Л Лампа электрическая . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Линия электропередачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 М Магнитное поле . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Малая энергетика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 Мощность электрическая . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Н Нагрузка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Надежность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 Напряжение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Нейтраль . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 П Парогазовая электростанция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Плотина . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Подстанция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Потери . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Потребитель электрической энергии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Предохранительные устройства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Проводимость электрическая . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Проектирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Пункт распределительный . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
- 72. С Сбытовая компания .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Сдвиг фаз между напряжением и током . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 Сетевые организации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Сеть электрическая . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Сила тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 Системная авария . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 Системный оператор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Сопротивление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 Солнечная энергетика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Т Тепловая электростанция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 Ток электрический . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Топливо . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Трансформатор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 У Учет электроэнергии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Ф Фаза . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 Федеральная сетевая компания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 щ – ч Частота . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Щит управления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 Э Экология . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 Экономическая эффективность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 Эксплуатация электрооборудования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 Электромонтаж . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Электрическая машина . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 Электрическая цепь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 Электроэнергетика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 Электропередача . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 Электроприемник . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 Энергетика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 Энергосистема . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 Энциклопедия Энергетики ООО «Сошиал Нетворкс Менеджмент» Справочник для старшеклассников Директор проекта: Сергей Ипполитов Дизайн-верстка: Игорь Гриповски, Сергей Калашников Корректор: Инна Капранова Подписано в печать: 21.01.2013 Формат: 60х84/8 Ф. печ. л. 18. Тираж 5000 экз. заказ 130308 Гарнитура: Plumb, Meta ООО «Сошиал Нэтворкс Менеджмент» 115191, г. Москва, ул. Б. Тульская, д. 10, стр. 1, оф. 148 Тел. (495) 221-35-91. Факс (495) 737-72-44 Отпечатано ООО «Август Борг» 107497, г. Москва, ул. Амурская, д. 5, стр. 2