Системы передачи электроэнергии, их структуры, конструктивные элементы

Министерство образования и  науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

«Южно-Уральский  государственный университет»

(национальный  исследовательский университет)

Автотракторный факультет

Кафедра «Электротехника  и электроэнергетика в автомобильной  промышленности»

 

 

 

 

Системы передачи электроэнергии, их структуры, конструктивные элементы. Электрические трансформаторы: назначение, принцип действия. Потери энергии в линиях, трансформаторах.

 

 

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Общая энергетика»

 

 

 

                                                                               Проверил

                                                                               ________________Башмакова Н.Ю.

                                                                               _________________________2013г.

 

 

                                                                              Автор работы

                                                                              студент группы АТ-221

                                                                              _____________________Сергеев К.Е.

                                                                              __________________________2013г.

 

 

                                                                              Реферат защищен с оценкой

                                                                              _______________________________

                                                                              __________________________2013г.

 

 

 

 

 

 

 

Челябинск 2013

Аннотация

Сергеев К.Е. Системы передачи электроэнергии, их структуры, конструктивные элементы. Электрические трансформаторы : назначение, принцип действия. Потери энергии в линиях, трансформаторах. — Челябинск: ЮУрГУ, АТ-221, 25 с., 4 ил., 0 табл ., библиогр. Список — 6 наим., 0 прил.

            Цель реферата – изучить системы передачи электроэнергии, разобраться в потерях энергии в линиях и трансформаторах.

            Задачи реферата – описать принципы работы систем передач электроэнергии, электрических трансформаторов. Показать как уменьшить потери энергии в линиях и трансформаторах.

В своей работе я опирался на источники  из интернета, где подробно описана тема моего реферата.

Тема систем передач электроэнергии и их потери в линиях и трансформаторах очень актуальна на сегодняшний день. Потери энергии в линиях не куда не исчезнут. Нужно бороться с этим, находить выход из ситуации. Об этом я расскажу в своём реферате.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………..4

1 Системы передачи электроэнергии…………………………………6

2 Структуры  и конструктивные элементы систем передачи

электроэнергии…………………………………………………………7

3 Электрические  трансформаторы ……………………………………9

4 Назначение  электрических трансформаторов…………………….15

5 Принцип действия  электрических трансформаторов…………….16

6 Потеря мощности и энергии  в линиях……………………………..19

7 Потеря мощности и энергии  в трансформаторах ………………...22

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………..24

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК………………………………...25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Одним из приоритетных направлений  развития науки и техники, утвержденных президентом Российской Федерации являются технологии создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения и потребления тепла и электроэнергии.

Экономия электроэнергии может быть достигнута путем применения энергосберегающих технологий и более совершенного оборудования, повышения уровня эксплуатации и технического обслуживания оборудования, производительности рабочих машин и электролитических процессов, уменьшения потерь в системе электроснабжения и электроприемниках, снижения электрических нагрузок в часы максимума нагрузки энергосистемы.

Совершенствование существующих и применение новых технологий является в настоящее время главным резервом экономии электроэнергии в промышленности. В химической промышленности значительное снижение удельных расходов электроэнергии связано с применением менее электроемких технологических процессов при производстве метанола, синтетических смол, слабой азотной кислоты и т. д.

Электроснабжение и электрооборудование, основные решения по которым принимаются на стадии проектирования предприятия, в значительной степени определяют эффективность использования электроэнергии в производственном процессе. Эффективность работы системы электроснабжения зависит от правильного определения расчетных нагрузок на различных ее уровнях и выбора номинальных напряжений внешнего и внутреннего электроснабжения, числа трансформаций электроэнергии, количества и мощности силовых трансформаторов на подстанциях, способов передачи электроэнергии, построения схем электрических сетей, уровня компенсации реактивной мощности и степени автоматизации учета и контроля расхода электроэнергии.

Так, например, для завода азотных  удобрений с максимумом нагрузки 29 МВт при проектировании рассматривалось два варианта номинального напряжения распределительной электрической сети 6 и 10 кВ. Расчеты показали, что напряжение 10 кВ позволяет снизить годовые потери электроэнергии в .распределительной сети на 1,13 ГВт ч.

Снижение потерь электроэнергии в действующих системах электроснабжения может быть достигнуто, например, путем управления режимами электропотребления, регулирования напряжения, ограничения холостого хода электроприемников и т. п.

Рассматривая процесс передачи электроэнергии от источников питания  к электроприемникам с дальнейшим использованием ее в технологическом процессе производства, весь расход можно подразделить на полезно используемый и потери.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Системы передачи электроэнергии

Основу системы передачи электрической  энергии от электрических станций, ее производящих, о крупных районов  электропотребления и распределительных узлов ЭЭС составляют различные сети электропередач или отдельные электропередачи внутрисистемного и межсистемного значения (системообразующие сети) и питающие сети напряжением 220 кВ и выше. Их появление вызвано необходимостью размещения крупных ТЭС и АЭС за пределами жилых зон, а так же возможностью выработки части ЭЭ гидроэлектростанциями, расположенными на относительно удаленным расстоянии от городов. Внутрисистемные и межсистемные магистральные линии электропередачи, включая дальние (протяженные) ЛЭП, объединяющие на совместную (параллельную) работу электростанции и более крупные подстанции (районы потребления), составляет системообразующую сеть. Назначение такой сети – формирование ЭЭС и одновременно выполнение функции передачи, транзита электрической энергии.[1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Структуры и конструктивные элементы

Линии электропередачи — центральный  элемент системы передачи и распре деления ЭЭ. Линии выполняются преимущественно воздушными и кабельными. На энергоемких предприятиях применяют также токопроводы, на генераторном напряжении электростанций — шинопроводы; в производственных и жилых зданиях — внутренние проводки. Выбор типа ЛЭП, ее конструктивного исполнения определяется назначением линии, местом расположения (прокладки) и, соответственно, ее номинальным напряжением, передаваемой мощностью, дальностью электропередачи, площадью и стоимостью занимаемой (отчуждаемой) территории, климатическими условиями, требованиями электробезопасности и техническом эстетики и рядом других факторов и, в конечном итоге, экономической целесообразностью передачи электрической энергии. Указанный выбор производится на стадиях принятия проектных решении. В данном разделе формулируются требования, которыми должны удовлетворять ЛЭП, условия их выполнения и на их основе представляются некоторые принципы и варианты конструктивного исполнения линий электропередачи. Наиболее распространенны на всех ступенях системы электроснабжения воздушные линии ввиду их относительно малой стоимости. По этой причине применение ВЛ должно рассматриваться в первую очередь.

      Воздушными называются линии, предназначенные для передачи и распределения ЭЭ по проводам, расположенным на открытом воздухе и поддерживаемым с помощью опор и изоляторов. Воздушные ЛЭП сооружаются и эксплуатируются в самых разнообразных климатических условиях и географических районах, подвержены атмосферному воздействию (ветер, гололед, дождь, изменение температуры). В связи с этим ВЛ должны сооружаться с учетом атмосферных явлений, загрязнения воздуха, условий прокладки (слабозаселенная местность, территория города, предприятия) и др. Из анализа условий ВЛ следует, что материалы и конструкции линий должны удовлетворять ряду требований: экономически приемлемая стоимость, хорошая электропроводность и достаточная механическая прочность материалов проводов и тросов, стойкость их к коррозии, химическим воздействиям; линии должны быть электрически и экологически безопасны, занимать минимальную территорию.

      Конструктивное исполнение воздушных линий. Основными конструктивными элементами ВЛ являются опоры, провода, грозозащитные тросы, изоляторы и линейная арматура. По конструктивному исполнению опор наиболее распространены одно- и двухцепные ВЛ. На трассе линии могут сооружаться до четырех цепей. Трасса линии — полоса земли, на которой сооружается линия. Одна цепь высоковольтной ВЛ объединяет три провода (комплекта проводов) трехфазной линии, в низковольтной — от трех до пяти проводов. В целом конструктивная часть ВЛ (рис. 1) характеризуется типом опор, длинами пролетов, габаритными размерами, конструкцией фаз, количеством изоляторов.

Рисунок 1. – Конструкционная схема  одноцепной воздушной линии

 

 

 

 

 

 

 

3 Электрические трансформаторы  

Электрический трансформатор - это  статическое устройство, служащее для преобразования величины переменного напряжения. Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Трансформатор состоит из одной первичной обмотки, одной или нескольких вторичных обмоток и ферромагнитного магнитопровода, обычно замкнутой формы. Все обмотки расположены на магнитопроводе и индуктивно связаны между собой. Иногда вторичной обмоткой служит часть первичной, или наоборот. Такие трансформаторы называются автотрансформаторами. Концы первичной обмотки подключают к источнику переменного напряжения, а концы вторичной — к потребителям. Переменный ток в первичной обмотке приводит к появлению в магнитопроводе переменного магнитного потока, который создаёт в первичной и вторичной обмотках электродвижущие силы (ЭДС). Эти ЭДС пропорциональны количеству витков в соответствующих обмотках. Отношение ЭДС в первичной обмотке к ЭДС во вторичной обмотке называют коэффициентом трансформации. Силовые трансформаторы - это наиболее распространенный вид электрических трансформаторов. Они служат для преобразования энергии переменного тока в электрических сетях энергетических систем, в радиотехнических устройствах, системах автоматики и др. и работают при постоянном действующем значении напряжения. Мощные силовые трансформаторы имеют КПД до 99%. Их обмотки изготовляют, как правило, из меди, магнитопроводы — из листов холоднокатаной электротехнической стали. Магнитопровод и обмотки силового трансформатора обычно помещают в бак, заполненный минеральным маслом, которое служит для изоляции и охлаждения обмоток. Масляные трансформаторы обычно устанавливают на открытом воздухе. Трансформаторы без масляного охлаждения называются сухими. Для лучшего отвода тепла трансформаторы могут снабжаться радиаторами.

Помимо силовых, существуют трансформаторы различных типов и назначения: для измерения больших напряжений и токов (измерительные трансформаторы), для преобразования напряжения синусоидальной формы в импульсное (пик-трансформаторы), для преобразования импульсов тока и напряжения (импульсные трансформаторы), для выделения переменной составляющей тока, для разделения электрических цепей на гальванически не связанные между собой части, для их согласования и т.д.

       Измерительный трансформатор - это электрический трансформатор, на первичную обмотку которого воздействует измеряемый ток или напряжение, а вторичная, понижающая, включена на измерительные приборы и реле защиты. Измерительные трансформаторы применяют главным образом в распределительных устройствах и в цепях переменного тока высокого напряжения для безопасных измерений силы тока, напряжения, мощности, энергии. С помощью измерительных трансформаторов можно измерять различные значения электрических величин электроизмерительными приборами. Различают измерительные трансформаторы напряжения (для включения вольтметров, частотомеров, параллельных цепей ваттметров, счётчиков, фазометров и реле напряжения) и измерительные трансформаторы тока (для включения амперметров, последовательных цепей ваттметров, счётчиков, фазометров и реле тока).

         Измерительные трансформаторы напряжения предназначены для преобразования высокого напряжения в низкое в цепях измерения и контроля. Применение трансформаторов напряжения позволяет изолировать цепи вольтметров, частотомеров, электрических счётчиков, устройств автоматического управления и контроля и т.д. от цепи высокого напряжения и создаёт возможность стандартизации номинального напряжения контрольно-измерительной аппаратуры. Трансформаторы напряжения подразделяются на трансформаторы переменного напряжения и трансформаторы постоянного напряжения. Первичная обмотка трансформатора переменного напряжения состоит из большого числа витков и подключается к цепи с измеряемым напряжением параллельно. К зажимам вторичной обмотки с числом витков во много раз меньшим подсоединяют измерительные приборы или контрольные устройства. Так как внутреннее сопротивление последних относительно велико, трансформатор работает в условиях, близких к режиму холостого хода, что позволяет (пренебрегая потерями напряжения в обмотках) считать напряжения на первичной и вторичной обмотках пропорциональными количеству витков в обмотках. Зная коэффициент трансформации можно по результатам измерения низкого напряжения во вторичной обмотке определять высокое первичное напряжение.

        Измерительные трансформаторы тока предназначены для измерения и контроля больших токов с использованием стандартных измерительных приборов и устройств автоматического управления и контроля. Одновременно трансформаторы тока служат для изоляции аппаратуры от потенциала сети, в которой производится измерение. Трансформаторы тока подразделяются на трансформаторы переменного тока и трансформаторы постоянного тока.