Как используют электроэнергию в строительстве

Из всех видов энергии в настоящее время наиболее широко применяется электромагнитная энергия, которую в практике обычно называют электрической.

Энергия — это количественная мера движения и взаимодействия всех форм материи. Для любого вида энергии можно назвать материальный объект, который является ее носителем.

Механическую энергию несут, например, вода, падающая на лопасти гидротурбины, заведенная пружина, тепловую — нагретый газ, пар, горячая вода.

Носителем электрической энергии является особая форма материи — электромагнитное поле, главная особенность которого состоит в том, что оно оказывает силовое воздействие на электрически заряженные частицы, зависящее от их скорости и величины заряда. Это свойство электромагнитного поля является основой связанных между собой электрических и магнитных явлений, известных из курса физики — взаимодействия электрически заряженных или намагниченных тел, электрического тока, электромагнитной индукции и др.

Использованием этих явлений для получения, передачи и преобразования электрической энергии занимается электротехника. Применение электромагнитного поля и его энергии для передачи информации без проводов — задача радиотехники.

Как работает ТЭЦ Принцип работы тепловой электростанции

Применение электрической энергии

Широкое применение электрической энергии объясняется ее ценными свойствами, возможностью эффективного преобразования в другие виды энергии (механическую, тепловую, световую, химическую) с целью приведения в действие машин и механизмов, получения тепла и света, изменения химического состава вещества, производства и обработки материалов и т. д.

Преобразование электрической энергии в механическую с помощью электродвигателей позволяет наиболее удобно, технически совершенно и экономически выгодно приводить в движение многочисленные и разнообразные рабочие машины и механизмы (металлорежущие станки, прокатные станы; подъемно-транспортные машины, насосы, вентиляторы, швейные и обувные машины, молотилки, зерноочистительные, мукомольные машины и т. д.).

Электродвигатели приводят в движение поезда, морские и речные суда, городской транспорт. С применением в промышленности электродвигателей стало возможным отказаться от неудобного и малоэффективного группового трансмиссионного привода, перевести рабочие машины на индивидуальный привод (у каждой рабочей машины — свой электродвигатель), а сложные машины (например, прокатный стан, бумагоделательная машина и т. п.) — на многодвигательный привод, когда каждый из группы электродвигателей выполняет в приводе свою определенную функцию.

Электрификация рабочих машин дает возможность не только механизировать, но и максимально автоматизировать силовые процессы, так как электродвигатель позволяет в широких диапазонах регулировать мощность и скорость привода.

Во многих технологических процессах используют преобразование электрической энергии в тепловую и химическую. Так, например, электронагрев и электролиз дают возможность получать высококачественные специальные стали, цветные металлы, обеспечивают наивысшую чистоту производимых материалов. При электротермической обработке металлов, резиновых изделий, пластмасс, стекла, древесины получают продукцию высокого качества.

Электрохимические процессы, составляющие основу гальванотехники, позволяют получать антикоррозионные покрытия, идеальные поверхности для отражения лучей и т. д.

Большое развитие, особенно в нашей стране, получила электросварка, обеспечивающая высокую производительность труда и другие технико-экономические показатели.

Электрические источники света обеспечивают высокое качество искусственного освещения. Благодаря применению электрической энергии получены выдающиеся результаты в технике связи, автоматике, электронике, в управлении и контроле технологических процессов и т. д.

В таких областях, как медицина, биология, астрономия, геология, математика и т. д., еще недавно применялись только электрические устройства общего назначения (электролампы, электронагреватели, электродвигатели и т. п.), а теперь все шире внедряются специализированные электрические приборы, аппараты, установки, которые обеспечивают дальнейшее развитие этих областей как в научном, так и в прикладном отношении.

Большое значение для развития науки и техники имеют электронные вычислительные машины, которые становятся распространенным и высокоэффективным средством научных исследований, экономических расчетов, планирования, управления производственными процессами, диагностики болезней и т. д.

Получение электрической энергии

Электрическую энергию можно получить из других видов энергии непосредственно или путем промежуточных преобразований.

Для этого используют природные энергетические ресурсы — реки и водопады, океанские приливы, органическое топливо, ядерное топливо, солнечную радиацию, ветер, геотермальные источники.

В больших количествах электрическую энергию получают на электростанциях с помощью электромеханических генераторов — преобразователей механической энергии в электрическую.

На гидроэлектростанциях механическая энергия к электрогенераторам поступает от гидротурбин, которые воспринимают постоянно возобновляемую в природе энергию течения рек. На тепловых электростанциях используют энергию органического топлива. Тепловая энергия, полученная при сжигании топлива, поступает в тепловые турбины (паровые, газовые), превращается в них в механическую и передается электрогенераторам.

На атомных электростанциях тепловую энергию получают за счет энергии, содержащейся в ядрах атомов, а в остальном схема получения электрической энергии такая же, как на тепловой станции.

Прямое преобразование химической, тепловой, лучистой энергии в электрическую осуществляют с помощью электрохимических, термоэлектрических, термоэмиссионных, фотоэлектрических генераторов. Эти устройства имеют малую мощность и поэтому для большой энергетики непригодны, а применяются в радиотехнике, автоматике, космической технике.

Для получения электроэнергии в больших количествах более перспективны магнитогидродинамические генераторы и устройства для прямого преобразования термоядерной энергии в электрическую.

Передача и распределение электрической энергии

Повсеместное использование электрической энергии при концентрации природных энергетических ресурсов в отдельных географических районах привело к необходимости передачи ее на большие расстояния, распределения между приемниками в большом диапазоне мощностей.

В Советском Союзе действуют электропередачи протяженностью более 1000 км (крупнейшая из них между Волжской ГЭС им. XXII съезда КПСС и Москвой). Решаются вопросы, связанные со строительством сверхдальних электропередач (3500—5000 км) из районов Сибири в европейскую часть страны.

Электрическая энергия легко распределяется по приемникам любой мощности. В технике связи, в автоматике и измерительной технике используют устройства малой мощности (единицы и доли ватта). Вместе с тем имеются электрические устройства (двигатели, нагревательные установки) мощностью в тысячи и десятки тысяч киловатт.

Для линий передачи и распределительных сетей применяют металлические провода (из алюминия, стали, меди). Действием электрогенератора в проводах и окружающем их диэлектрике устанавливается электромагнитное поле, несущее энергию.

При наличии проводов поле достигает высокой концентрации, поэтому передача осуществляется с высоким коэффициентом полезного действия и в количестве, достаточном для приведения в действие различных приемников, в том числе большой мощности.

В радиотехнике используется передача электромагнитного поля без соединительных проводов, поэтому поле, распространяясь в пространстве, рассеивается в большом объеме. Приемные устройства улавливают лишь небольшую часть энергии, которой недостаточно для приведения в действие машин, нагревательных устройств, источников света и т. п. Однако для передачи информации такой способ пригоден, так как для воспроизведения сигналов достаточно принять ничтожно малую часть энергии передатчика.

Электрификация народного хозяйства и ее значение

Ценные свойства электрической энергии были замечены еще тогда, когда наука и техника делали первые шаги с целью ее использования.
Более 100 лет назад К. Маркс и Ф. Энгельс предсказали глубокое влияние электрификации на развитие человеческого общества.

Об этом неоднократно писал и говорил В. И. Ленин. Он видел не только технические и экономические возможности, но и исключительное социальное значение электрификации.

Указывая на необходимость электрификации, В. И. Ленин не ограничивал ее роль периодом восстановления народного хозяйства и построения фундамента социализма, а видел в ней материально-техническую базу коммунистического общества. «Если не перевести Россию на иную технику, более высокую, чем прежде, не может быть речи о восстановлении народного хозяйства и о коммунизме. Коммунизм есть Советская власть плюс электрификация всей страны, ибо без электрификации поднять промышленность невозможно».
В феврале 1920 г. приступила к работе созданная по инициативе В. И. Ленина Государственная комиссия по электрификации России (ГОЭЛРО). При постоянном внимании и поддержке В. И. Ленина комиссия подготовила комплексный план восстановления и развития наиболее важных отраслей народного хозяйства на основе электрификации.

В декабре того же года план был принят на VIII Всероссийском съезде Советов. Сравнительно с современным уровнем электрификации план ГОЭЛРО невелик—было намечено построить за 10 — 15 лет 30 электростанций общей мощностью 1,5 млн. кВт при годовом производстве 8,8 млрд. кВт•ч электроэнергии. Но тогда, в годы разрухи и голода, и такой план многим казался нереальным. В; И. Ленин твердо верил в успех дела и, отмечая выдающееся хозяйственное и политическое значение плана, сказал о нем: «На мой взгляд, это — наша вторая программа партии».
План ГОЭЛРО был выполнен за 10 лет, а к 1935 г. мощность построенных электростанций превысила плановые наметки почти в 2,5 раза.
О дальнейшем развитии электроэнергетики можно судить по динамике производства электрической энергии (табл. В.1).

Годовая выработка электроэнергии стремительно росла и растет в основном за счет ввода в действие новых тепловых и гидравлических электростанций. При этом на первый план выступает тенденция увеличения единичной мощности электростанций и их энерго-агрегатов.

Год	1913	1931	1940	1960	1965	1970	1975	1980
Производство электроэнергии, млрд. кВт•ч	2,03	10,7	48,3	292,3	506,7	740,9	1038	1295

Потребности народного хозяйства в электрической энергии непрерывно растут, этим и обусловливается рост ее производства. Для того чтобы удовлетворять эти потребности, необходимо строить не только новые электростанции, но и линии электропередачи, различные потребляющие энергию электроустановки, увеличивать производство трансформаторов, электродвигателей, коммутационной аппаратуры, электротехнических материалов, различной аппаратуры и приборов для автоматизации производственных процессов, электрификации быта и т. д.

В электрической системе (источник — линия— приемник) энергия не накапливается, т. е. одновременно с получением в генераторе она полностью преобразуется в другой вид в приемнике. Поэтому быстрый рост производства электроэнергии свидетельствует о таких же темпах электрификации в целом, включая ее передачу, распределение и использование.

В настоящее время во всем мире на производство электрической энергии используется около 1/3 всех добываемых энергоресурсов. Потребление электроэнергии растет в среднем вдвое быстрее, чем потребление энергетических ресурсов в целом. В 1960 г. произведено 2000 млрд. кВт•ч электроэнергии, а в 1975 г. — 6500 млрд. По прогнозам специалистов также примерно втрое вырастет потребление электроэнергии за период с 1980 по 2000 г. и к началу следующего века достигнет колоссальной цифры — 30 000 млрд. кВт•ч.

Еще более быстрыми темпами развивается электрификация в СССР, которая есть и будет основой непрерывного научно-технического и социального прогресса. Решается грандиозная задача — осуществление полной электрификации всей страны, создание материальной базы коммунистического общества.

Полная электрификация означает использование электрической энергии повсеместно: в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве, в быту. При этом особое внимание уделяется комплексной механизации и автоматизации производства с широким применением электронных вычислительных машин, электрификации тех участков и технологических процессов во всех отраслях народного хозяйства, в которых применение электрической энергии по тем или иным причинам было недостаточно.
Важнейшей задачей является рациональное использование электрической энергии, максимальное сокращение потерь в процессе ее потребления, производства, передачи и распределения.

Задача экономии ставится не только в отношении электрической энергии, а распространяется на все энергетические ресурсы. Она является частью общей большой работы по экономии и рациональному использованию всех видов материальных, трудовых и финансовых ресурсов.

В отчетном докладе XXVI съезду КПСС указано, что от выполнения этой работы, от умелого и эффективного использования всех имеющихся ресурсов зависит дальнейшее развитие экономики страны. Хозяйское отношение к общественному добру, умение полностью, целесообразно использовать все виды ресурсов съезд провозгласил одним из важнейших принципов экономической стратегии КПСС на предстоящий период.

Ориентировочные расчеты показывают, что запасов органического топлива по уровню потребления 2000 г. человечеству хватит примерно на 150 лет. При том же уровне потребления лишь 10% электроэнергии могут дать все реки мира, еще меньше в настоящее время можно ожидать от использования морских приливов, энергии ветра. Технически сильно ограничены возможности использования внутриземного тепла, энергии излучения Солнца. Таким образом, в ближайшем будущем основными источниками энергии будут органическое и ядерное топливо.

Планируемое ускорение строительства атомных электростанций вызывается не только необходимостью экономить органическое топливо, но и их решающими преимуществами в отношении загрязнения окружающей среды.
Для избавления человечества от угрозы «энергетического голода», устранения вредного воздействия на окружающую среду ученые ищут новые пути получения электрической энергии, увеличения мощности и коэффициента полезного действия установок для прямого преобразования тепловой, химической, солнечной энергии в электрическую.

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Telegram и логотип telegram являются товарными знаками корпорации Telegram FZ-LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

Источник: www.evkova.org

Что такое электричество

Электричество настолько прочно вошло в жизнь человека, что давно воспринимается как само собой разумеющееся благо цивилизации. Люди вспоминают о том, насколько оно важно и значимо, при авариях и плановых работах, когда оказывается, что без электрического тока практически ничего не работает. В этой статье мы расскажем, что такое электричество с точки зрения физики, какие ученые причастны к его открытию и какую функцию оно выполняет в современном мире.

Что такое электричество

Термин «электричество» был введен в научное сообщество в 1600 году английским ученым Уильямом Гильбертом в сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле». В научном труде он объяснил, как работает магнитный компас и описал опыты с наэлектризованными объектами.

Электричеством называют явления, которые происходят за счет существования, взаимодействия и движения электрических зарядов.

Происхождение термина

В VII веке до н. э. греческий философ Фалес Милетский обнаружил, что янтарь (древнегреческое «электрон»), потертый о шерсть, притягивает легкие предметы. Уильям Гилберт в XVII веке назвал это явление электричеством, или «янтарностью».

История

Над изучением электричества работали из века в век множество ученых. Некоторые из них внесли свою лепту в открытие:

1. В 1663 году немец Отто фон Герике создал первую электростатическую машину, которая наглядно показала эффект притягивания и эффект отталкивания, возникающие от статического электричества.
2. В 1729 году английский ученый Стивен Грей экспериментировал с передачей электричества на расстояние и обнаружил, что все материалы обладают разной способностью передавать электричество.
3. В 1745 году голландский ученый Питер ван Мушенбрук создал первый в мире электрический конденсатор, известный как «Лейденская банка».
4. Американец Бенджамин Франклин написал первую теорию электричества, ввел понятия положительного и отрицательного зарядов, изобрел молниеотвод и доказал электрическую природу молний.
5. В 1785 году с открытием закона Кулона изучение электричества официально признается учеными точной наукой.
6. В 1800 году итальянский физик Алессандро Вольта изобрел первый источник постоянного тока. Им стал гальванический элемент, который представлял собой столб из цинковых и серебряных кружочков со смоченной в подсоленной воде бумагой между ними.
7. В 1802 году русский ученый Василий Петров обнаружил существование вольтовой дуги.
8. В 1821 году француз Ампер доказал, что связь между явлениями электричества и магнетизма существует, только4 если подается электрический ток.
9. Работы известных ученых Джоуля, Ленца, Ома помогли в открытии фундаментальных законов электричества.
10. В 1830 году немец Карл Гаусс сформулировал основную теорему теории электростатического поля.
11. В 1831 году англичанин Майкл Фарадей открыл электромагнитную индукцию и создал первый в мире генератор электрической энергии. В 1834 году он же обосновал законы электролиза, ввел понятия магнитного и электрического полей. Ученому также принадлежит создание первого в мире электродвигателя.
12. В 1873 году шотландский физик Джеймс Максвелл разработал теорию электромагнитных явлений, связав электричество и магнетизм.
13. В 1873 году Александр Лодыгин продемонстрировал Академии наук лампу накаливания, созданную им по своей системе, за что получил Ломоносовскую премию.
14. В 1876 году другой русский ученый Павел Яблочков получил патент за лампочку своей системы, которой дали название «свеча Яблочкова».
15. В 1888 немецкий физик Генрих Герц опытным путем доказал существование электромагнитных волн.
16. В 1897 году англичанин Джозеф Томсон открыл материальный носитель электричества — электрон.
17. На протяжении XX века формировалась теория квантовой электродинамики.

Теория электричества

В основе теории электричества лежат фундаментальные законы:

1. Закон сохранения энергии, которому подчиняются электрические явления. , который является основным законом электрического тока. — о взаимодействии электромагнитного и магнитного полей.
2. Закон Ампера, который постулирует правила взаимодействия двух проводников с токами.
3. Закон Джоуля-Ленца, который открыл тепловой эффект электричества.
4. Закон Кулона — об электростатическом электричестве.
5. Правила правой и левой руки, которые помогают определить направления как силовых линий магнитного поля, так и силы Ампера, которая действует на проводник в магнитном поле.
6. Правило Ленца, которое позволяет определить направление индукционного тока.
7. Законы Фарадея — об электролизе.

Электрические заряды

Суть явления электричества объясняется тем, что в состав атомов и молекул всех веществ входят элементарные частицы: электроны и протоны.

Протоны обладают положительным зарядом и действуют на заряд другой частицы или отталкивая, или притягивая ее. Нейтроны нейтральны. Электроны вращаются на большой скорости вокруг ядра атома и обладают отрицательным зарядом. Количество всех элементарных частиц в атоме (протонов, нейтронов, электронов) зависит от вещества.

Заряды элементарных частиц, воздействующие друг на друга, являются сутью явления электричества.

Стоит сказать, что различные вещества по-разному распределяют электрические заряды. Одни вещества настолько сильно притягивают электроны к ядрам, что те не в силах преодолеть свою орбиту вращения. Их называют диэлектриками. Они характеризуются тем, что не способны проводить электрический ток.

Другие вещества позволяют своим электронам легко отрываться от атомов и блуждать по соседним. Эти вещества являются проводниками электричества. Перемещение электронов от одного атома к другому приводит к образованию энергии, которую и называют электричеством.

Принцип работы электричества

Работу электричества характеризует электрический ток.

Электрический ток — это упорядоченное движение частиц электрического заряда в проводнике под воздействием на них электрического поля.

Для существования электрического тока нужны 2 условия:

1. Наличие свободных электрических зарядов в проводнике.
2. Наличие внешнего электрического поля для проводника.

Заряженные частицы различаются в зависимости от среды вещества:

• в металлах — это электроны;
• в электролитах — ионы;
• в газах — свободные электроны и ионы обоих полюсов;
• в полупроводниках — электроны.

Откуда появляется электричество

Электричество, которое поступает в дома и квартиры, вырабатывает электрический генератор на станциях, соединенный с постоянно вращающейся турбиной.

В генераторе предусмотрена катушка, которая находится между полюсами магнита. Когда крутящаяся турбина приводит в действие катушку, в магнитном поле по законам физики появляется электроток. Т.е. генератор преобразовывает кинетическую энергию вращающейся турбины в электрическую.

Для вращения турбины используют различные источники энергии:

1. Возобновляемые, которые получаются из неисчерпаемых ресурсов (вода, солнечный свет, ветер, термальные источники).
2. Невозобновимые, исчерпаемые полезные ископаемые (уголь, торф, нефть, природный газ).
3. Ядерные, получаемые в ходе ядерного деления атомов.

Во всем мире электроэнергия возникает благодаря работе станций:

1. Гидроэлектростанции (ГЭС) находятся на берегах крупных рек и используют силу воды для создания электричества.
2. Тепловые электростанции (ТЭС) работают на тепловой энергии, которая возникает от сжигания топлива.
3. Атомные электростанции (АЭС) работают на тепловой энергии, которая получается в процессе ядерной реакции.

Преобразованная энергия поступает по проводам сначала в трансформаторные подстанции и распределительные устройства, а затем потом достигает наших домов и квартир.

В настоящее время ведется активное развитие альтернативных видов получения энергии (ветрогенераторы, солнечные батареи и т.п.), возможности которых пока уступают традиционным источникам.

Электричество в природе

Примерами естественного электричества являются:

1. Молнии. Элементарные частицы воды в облаках сталкиваются друг с другом и приобретают положительный или отрицательный заряды. Положительно заряженные частицы за счет более легкого веса оказываются вверху облака, а отрицательные, более тяжелые, перемещаются вниз. Когда два таких облака находятся на близком расстоянии и на разной высоте, положительные заряды одного из них начинают взаимно притягиваться отрицательными частицами другого. В такой момент возникает явление молнии. То же самое происходит между облаками и поверхностью земли.
2. Электрические импульсы в нервной системе живых организмов, с помощью которых передается информация от одних клеток к другим. Эта способность позволяет живым существам реагировать на внешние раздражители, управлять движениями и мыслить.
3. Специфические органы у рыб, скатов и угрей, с помощью которых они создают электрические заряды, охотясь на добычу и обороняясь от хищников. Некоторые виды рыб могут создавать вокруг себя электрическое поле, которое помогает искать пищу и ориентироваться в воде.

Электричество как ресурс

Электрическая энергия имеет огромное значение как в бытовой жизни людей, так и в промышленности.

В быту

В обычной жизни электричество обычно используют:

• для освещения улиц и домов;
• для передачи информации (телевидение, радио, телефон, интернет);
• для приведения в движение транспорта при помощи электродвигателя (метро, электричка, троллейбус, трамвай);
• в бытовой технике (стиральная машина, утюг, пылесос и т. п.).

В производстве

Основным потребителем электроэнергии выступает промышленность: фабрики, шахты, заводы и химические комбинаты.

На промышленных предприятиях и заводах электрическую энергию используют для работы электромоторов, которые приводят в движение машины и станки.

В машинопроизводстве благодаря электрификации стало возможно создание массового выпуска продукции.

На добывающих предприятиях используются машины, приводимые в движение за счет электроэнергии. Это станки, насосы, конвейеры и т.п.

На химических заводах с помощью электричества стало возможным массовое изготовление химических веществ и удобрений.

Неоценима роль электроэнергии в строительной сфере. Без электрических подъемных кранов и других механизмов строительство не могло бы расти такими темпами, как сейчас.

Благодаря электричеству стало возможным внедрение автоматики в пищевую и легкую промышленность. Хлебозаводы, мясокомбинаты, консервные и макаронные фабрики сократили штат людей за счет автоматической или полуавтоматической техники.

Электричество — это ценнейший ресурс, который играет важную роль в жизни каждого человека. А для учащихся и студентов не менее важным ресурсом является образовательный сервис Феникс.Хелп, который помогает с решением учебных работ.

Источник: blog.fenix.help

Промышленные системы электроснабжения

Система электроснабжения (СЭС) объединяет источники, системы преобразования, передачи, распределения электроэнергии. Приемники электроэнергии (потребители) не включаются в СЭС. Системы электроснабжения промышленных предприятий основываются на электроустановках, которые нужны для обеспечения потребителей электрической энергией.

Потребителем может быть электроприемник или другой агрегат, который преобразовывает электрическую энергию в иной вид энергии. Также этих механизмов может иметься несколько. В таком случае их объединяют в одну технологическую группу и размещают на отдельном пространстве.

Электроснабжение промышленных предприятий строится на основе питающих, распределительных, трансформаторных, преобразовательных подстанций, а также на связывающих их кабельных, воздушных сетей, токопроводов (низкого и высокого напряжения). Проектирование электроснабжения промышленных предприятий должно происходить с учетом важнейших требований, определяющих:

• надежность;
• удобство;
• безопасность;
• обеспечение необходимого количества/качества энергии;
• бесперебойность снабжения электрической энергии в обычном режиме и послеаварийном;
• экономичность по затратам энергии, материалов и оборудования.

Соблюдать вышеперечисленные требования возможно при использовании взаимного резервирования путей предприятия и сплочения питания промышленных и коммунальных (а также сельских) потребителей. В момент сооружения на предприятии собственной электрической станции необходимо учесть близлежащие потребители энергии (внезаводские).

Приемники, обеспечивающие электроснабжение промышленных объектов

Так как электросети и подстанции являются элементами общей структуры предприятия, они должны координироваться с технологическими, строительными частями, а также с планом здания. К примеру, высокие требования к надежному и качественному электроснабжению предъявляются крупными предприятиями цветной и черной металлургии. Они отличаются высокими значениями суммарных установленных мощностей электрических приемников, которые могут достигать 1700-2000 МВт.

Электроприемники можно разделить на 3 категории:

1. Электроприемники, которые вследствие перерывов в электроснабжении могут проявить опасность для людей, нанести ущерб оборудованию, продукции и т. д. Такие приемники должны питаться от двух отдельных источников. Перерыв электроснабжения возможен только на период автоматического включения резерва. Примеры: котельные производственного пара, доменные цехи, приводы вагранок, ответственные насосные, разливочные краны и др.

2. Электроприемники, перерыв в работе которых связан с недоотпуском продукции, простоем рабочих, механизмов, транспорта. Допустимы перерывы питания на время, которое необходимо для ручного включения резерва.

3. Прочие электроприемники, которым позволен перерыв электроснабжения на время ремонта (не более одних суток). Например, вспомогательные цеха, неответственные склады, цеха несерийного производства и др.

Для того чтобы правильно решать вопросы надежности, нужно точно установить режимы, которые возникают при аварии и после нее. Аварийный режим – временный режим, возникающий из-за нарушения приемлемой работы системы электроснабжения или ее отдельных элементов. Послеаварийный режим – режим после ликвидации аварии, который длится до полного восстановления нормальной работы.

Очевидно, что система электроснабжения должна строиться так, чтобы при послеаварийном режиме она смогла обеспечить функционирование главных производств промышленного предприятия (после необходимых пересоединений). При послеаварийном режиме допускаются перебои в подаче электроэнергии приемниками третьей и отчасти второй категорий на небольшое время.

Электроснабжение промышленных зданий. Напряжение

Напряжение, подходящее для того или иного предприятия, зависит от:

• потребляемой мощности предприятием;
• промежутком от предприятия до источника;
• значения номинального напряжения, при котором может производиться питание.

Для крупных предприятий применяется напряжение в промежутке 6-220 кВ. В некоторых случаях напряжение может достигать 330-500 кВ.

Средние предприятия применяют напряжение 35 кВ. Для крупных предприятий такое напряжение является недостаточным. Напряжение 20 кВ также недостаточно для таких зданий, но у такого показателя есть преимущества. К примеру, для напряжения 20 кВт применяются более легкие, экономичные аппараты, чем для 35 кВт. Годовые расходы при использовании такого напряжения значительно уменьшаются.

Но, как уже было сказано выше, напряжение 20 кВт не подойдет для большого промышленного предприятия.

На второй и следующих ступенях распределения электроэнергии на больших и средних заводах может применяться напряжение 10 (6) кВ. Что касается первой ступени, то на крупных предприятиях такое напряжение возможно при использовании токопроводов.

Напряжение 6 кВ может быть применено при напряжении генераторов собственной ТЭЦ, равняющемся 6кВ. Также такое напряжение допустимо при преимуществе электрических приемников на напряжение 6 кВ (электродвигатели).

Напряжение 3 кВ не применяется в качестве основного напряжения распределительной сети. Его использование может быть задействовано для действующих электрических установок до реконструкции.

Другие напряжения применяются:

• для электроустановок до 1000 В – напряжение 380-220 В;
• на реконструируемых промышленных предприятиях – напряжение 220-127 В (довольно редко);
• в помещении с высокой опасностью – 36 В;
• для питания переносных ламп – напряжение до 12 В;
• на химических, нефтехимических промышленных предприятиях – 660 В (довольно редко).

Схемы электроснабжения промышленных предприятий

Самая надежная, экономичная система электроснабжения – та, при которой источники наивысшего напряжения приближены к потребителям максимально, а прием электрической энергии распределяется по всем пунктам. При строительстве системы все ее элементы формируются под нагрузкой. При этом, «холодный» резерв не применяется.

Таким образом, потери электрической энергии снижаются, а надежность – возрастает. Почему это происходит? Резервные элементы, которые продолжительное время находились в бездействии, могут при включении не заработать из-за неисправного состояния. Для того чтобы избежать последствий данной ситуации, в схеме предусматривается «скрытый» резерв, который в послеаварийном состоянии сможет взять на себя основную нагрузку нерабочего элемента.

Возобновление питания потребителей происходит автоматически на переменном оперативном токе. В этом случае производится автоматическое отключение неисправных потребителей на послеаварийный период. Кстати, зачастую с успехом используется раздельная работа элементов. В таком случае ток короткого замыкания понижается и коммутация упрощается.

Автоматика обеспечивает надежность электроснабжения в раздельной работе. Качество питания получается не хуже, чем при параллельной работе. Применяется секционирование всех элементов со схемами АВР (автоматическое включение резерва). Такой метод способствует увеличению надежности электроснабжения.

К сожалению, не во всех случаях раздельная работа с АВР показывает необходимый результат. Добиться быстрого восстановления системы удается не всегда.

Схемы электрического снабжения формируются по ступеням, которые обозначают мощность предприятия и расположение электрических нагрузок. Чаще всего используются 2-3 ступени. Если их больше, то усложняются защита, эксплуатация, коммутация. Такие схемы применимы на периферийных участках, на отдельных трансформаторах.

Схемы с одной ступенью используются на малых и средних предприятиях, применяясь на:

• магистральных, радиальных линиях глубоких проводов 110-220 кВ – мощность более 50 МВ-А;
• магистральных, радиальных токопроводах 6-10 кВ – мощность более 15-80 МВ-А;
• магистральных, радиальных кабельных сетях 6-10 кВ – мощность 15-20 МВ-А.

Схемы с более глубокими вводами, магистральными токопроводами требуют соблюдения некоторых моментов. Например, если есть возможность без труда реализовать принцип дробления подстанций и глубокие вводы 110 кВ, то нет нужды использовать токопроводы. В том случае, если расположение немалого числа подстанций 35-220 кВ, а прохождение воздушных линий глубоких вводов затруднено, то используются токопроводы. Исходя из этих подсчетов, можно принять окончательное решение построения схемы.

Электроснабжение промышленных предприятий и установок в неблагоприятных климатических условиях

Большинство предприятий имеют загрязненные области, которые возникают из-за образования вредных веществ. Они отрицательно влияют на токоведущие элементы электрических установок. Источники загрязнения – химические, ферросплавные производства, а также производства стали, магния и др. Такие загрязнения имеют пять степеней (первая степень – самая мощная).

Для загрязненных областей устанавливаются специальные нормативы для определения типа изоляции, подстанций, линий электропередач. Также рассчитываются минимальные промежутки от источников загрязнения. Расстояние зависит от класса производства. К примеру, для пятой степени – от пятидесяти метров, для первой – до 1500 метров.

Проблема загрязнения требует особого внимания и принятия необходимых мер.

Источник: www.gorinkom.ru

Производство электроэнергии

Электричество, как основополагающий двигатель развития цивилизации, вошло в жизнь человечества сравнительно недавно. Активное использование электроэнергии началось чуть более ста лет назад.

История мировой электроэнергетики

Электроэнергетика – стратегическая отрасль экономической системы любого государства. История возникновения и развития ЭЭ берёт своё начало с конца XIX столетия. Предтечей появления промышленной выработки электроэнергии являлись открытия основополагающих законов о природе и свойствах электрического тока.

Отправной точкой, когда возникли производство и передача электроэнергии, считают 1892 год. Именно тогда была построена первая электростанция в Нью-Йорке под руководством Томаса Эдисона. Станция стала источником электрического тока для ламп уличного освещения. Это был первый опыт перевода тепловой энергии от сгорания угля в электричество.

С тех пор началась эра массового строительства тепловых электростанций (ТЭС), работающих на твёрдом топливе – энергетическом угле. С развитием нефтяной промышленности появились огромные запасы мазута, которые образовывались в результате переработки нефтепродуктов. Были разработаны технологии получения носителя тепловой энергии (пара) от сжигания мазута.

С тридцатых годов прошлого века получили широкое распространение гидроэлектростанции (ГЭС). Предприятия стали использовать энергию ниспадающих потоков воды рек и водохранилищ.

В 70-е годы началось бурное строительство атомных электростанций (АЭС). Одновременно с этим стали разрабатываться и внедряться альтернативные источники электроэнергии: это ветровые установки, солнечные батареи, щелочно-кислотные геостанции. Появились мини установки, использующие тепло для получения электричества в результате химических процессов разложения навоза и бытового мусора.

История российской электроэнергетики

Мощным толчком развития производства электрической энергии стало принятие молодым государством СССР плана ГОЭЛРО в 1920г. Было принято решение о строительстве 10 электростанций общей мощностью 640 тыс. кВт в течение 15 лет. Однако уже к 1935 году было введено в строй 40 государственных районных электростанций (ГРЭС). Была создана мощная база индустриализации России и союзных республик.

В 30-х годах началось массовое строительство гидроэлектростанций (ГЭС) на территории СССР. Осваивались реки Сибири. На Украине была возведена знаменитая Днепрогэс. В послевоенные годы государством уделялось внимание строительству ГЭС.

Важно! Появление в России дешевого электричества решило проблему городского транспорта в крупных областных центрах. Трамваи и троллейбусы не только стали экономическим стимулом использования электроэнергии в транспорте, но и принесли значительное сокращение потребления жидкого топлива. Дешёвый энергоресурс привёл к появлению на железных дорогах электровозов.

В 70-е годы в результате мирового энергетического кризиса произошло резкое повышение цен на нефть. В России стал внедряться план развития атомной энергетики. Практически во всех республиках Советского Союза стали строить АЭС. Лидером в этом отношении стала нынешняя Россия. На сегодняшний день на территории Российской Федерации действуют 21 АЭС.

Основные технологические процессы в электроэнергетике

Производство электроэнергии в России базируется на трёх китах энергетической системы. Это атомная, тепловая и гидроэнергетика.

Три вида генерирования электричества

ЭлектростанцияТопливоГенерация

ТЭС	Уголь, мазут	Получение пара от сгорания топлива, который движет турбины генераторов
ГЭС	Потенциальная энергия потока воды	Движение турбин под напором воды
АЭС	Урановые сердечники	Получение пара от тепла ядерной реакции. Энергия пара движет генераторные паротурбины

Отрасли промышленности электроэнергетики

Список промышленных источников производства электрической энергии состоит из 4 отраслей энергетики:

• атомная;
• тепловая;
• гидроэнергетика;
• альтернативная.

Атомная энергетика

Эта отрасль энергодобычи является на сегодня самым эффективным способом получения электричества за счёт ядерной реакции. Для этого используют очищенный уран. Сердцем станции является атомный реактор.

Источниками тепла являются ТВЭЛы (тепловыделяющие элементы). Они представляют собой тонкие длинные циркониевые трубки, в которых помещены урановые таблетки. Их объединяют в группы – ТВС (тепловыделяющая сборка). Ими загружают корпус реактора, в теле которого размещены трубы с водой. Во время ядерного распада урана происходит выделение тепла, которое нагревает воду в первичном контуре до 3200.

Пар поступает на лопасти турбин, которые вращают генераторы переменного тока. Электричество через трансформаторы попадает в общую энергетическую систему.

Обратите внимание! Помня о трагедии Чернобыля, учёные всего мира совершенствуют систему безопасности работы АЭС. Последние разработки в атомной энергетике обеспечивают практически 100% безвредность атомных электростанций.

Тепловая энергетика

Тепловые электростанции работают по принципу сжигания природного топлива: угля, газа и мазута. Вода, проходящая по трубопроводам через котлы, превращается в пар и в дальнейшем подаётся на лопасти генераторных турбин.

Дополнительная информация. За 4 года эксплуатации одной группы ТВЭЛов вырабатывается такое количество электроэнергии, для получения которого ТЭС потребуется сжечь 730 цистерн природного газа, 600 вагонов угля или 900 нефтеналивных железнодорожных танкеров.

Помимо этого, тепловые электростанции сильно ухудшают экологическую обстановку в районах месторасположения. Продукты горения топлива сильно загрязняют атмосферу. Лишь только станции, работающие на газотурбинных установках, отвечают требованиям экологической чистоты.

Гидроэнергетика

Примерами эффективного применения гидроэнергетики являются Асуанская, Саяно-Шушенская ГЭС и др. Самые экологичные электростанции, использующие кинетическую энергию движения воды, не производят никаких вредных выбросов в окружающую природу. Однако массовое возведение гидросооружений ограничено совокупностью обстоятельств. Это наличие определённой величины природного водного потока, особенностью рельефа местности и многое другое.

Альтернативная энергетика

Научно-техническая революция не замирает ни на минуту. Каждый день приносит новшества в получение электрического тока. Пытливые умы постоянно заняты поисками новых технологий выработки электроэнергии, которые выступают в роли альтернативы традиционным способам получения электричества.

Следует упомянуть ветровые генераторы, приливные морские станции и солнечные батареи. Наряду с этим, появились устройства, вырабатывающие электроток, используя тепло разложения бытовых отходов, продуктов жизнедеятельности крупного рогатого скота. Есть такие устройства, которые используют температурную разницу различных слоёв грунта, щелочную и кислотную среду почвы на разных уровнях. Альтернативные источники электроэнергии объединяет одно – это несопоставимость выработанного количества энергии с объёмами электричества, которые получают традиционными способами (АЭС, ТЭС и ГЭС).

Передача и распределение электрической энергии

Независимо от устройства электростанций, их энергия поставляется в единую энергосистему страны. Передаваемая электроэнергия поступает на распределительные подстанции, оттуда уже доходит до самих потребителей. Передача электричества от производителей осуществляется воздушным путём через линии электропередач. На короткие дистанции ток проходит в кабеле, который прокладывают под землёй.

Потребление электрической энергии

С появлением новых промышленных объектов, вводом в эксплуатацию жилых комплексов и зданий гражданского назначения потребление электроэнергии с каждым днём возрастает. Практически ежегодно на территории России входят в строй новые электростанции, или существующие предприятия пополняются новыми энергоблоками.

Виды деятельности в электроэнергетике

Электрические компании занимаются бесперебойной доставкой электричества каждому потребителю. В энергетической сфере уровень занятости превышает этот показатель некоторых ведущих отраслей народного хозяйства государства.

Оперативно-диспетчерское управление

ОДУ играет важнейшую роль в перераспределении энергопотоков в обстановке изменяющегося уровня потребления. Диспетчерские службы направлены на то, чтобы передавать электрический ток от производителя потребителю в безаварийном режиме. В случае каких-либо аварий или сбоев в линиях электропередач ОДУ выполняют обязанности оперативного штаба по быстрому устранению этих недостатков.

Энергосбыт

В тарифах на оплату за потребление электричества включены расходы на прибыль энергокомпаний. За правильностью и своевременностью оплаты за потреблённые услуги следит служба – Энергосбыт. От неё зависит финансовое обеспечение всей энергосистемы страны. К неплательщикам применяются штрафные санкции, вплоть до отключения электроснабжения потребителя.

Энергосистема – кровеносная система единого организма государства. Производство электроэнергии является стратегической сферой безопасности существования и развития экономики страны.

Видео

Источник: amperof.ru