4.Задание к выполнению работы

1. Определить сопротивление медного провода линии электропередачи

S =50мм², длина провода 100 км при температуре 20⁰С и (-5⁰)С.

2. Определить на сколько процентов изменится сопротивление алюминиевого провода при повышении его температуры на 50⁰С.

3. Определить температуру медной обмотки, если при начальной температуре 20⁰С ее сопротивление R₁ =1,2 Ом, а при искомой температуре R₂ = 1,44 Ом.

4. В сеть с напряжением 218 В включен нагревательный прибор, сила тока которого I =2,75А. Определить мощность прибора и стоимость энергии, израсходованной прибором в течение 3 час. Стоимость 1 кВт·ч = 3,20 коп.

5.В цепь напряжением 120 В включено 25 ламп. Мощность каждой 150 Вт. Определить сечение медных проводов установки. Определить стоимость потребленной электроэнергии в течение 8-часовой рабочей смены, рабочей недели, месяца и года.

6. Определить токи и напряжение всех участков цепи (рис.2), если известно, что

U = 120В, r₁ = 0,12 Ом, r₂ =2 Ом, r₃ = 10 Ом, r₄ = 20 Ом, r₅ = 50 Ом .

Рис. 2. Смешанное соединение резисторов (а), упрощенная (б) и эквивалентная схема (в).

Таблица 1.

Допустимые токовые нагрузки для медных изолированных проводов.

Поперечное сечение, мм2	Наибольший допустимый ток, А	Поперечное сечение, мм2	Наибольший допустимый ток, А	Поперечное сечение, мм2	Наибольший допустимый ток, А
0,5	11	10	80	120	385
0.75	15	16	100	150	440
1,0	17	25	140	185	510
1,5	23	35	170	240	605
2,5	30	50	215	300	695
4	41	70	270	400	830
6	50	95	330

5.Выводы

6. Контрольные вопросы

1. Закон Кулона.

2. Что называют напряженностью электрического поля?

3. Как графически изображается электрическое поле?

4. Что такое напряжение?

5. Что называют электрическим током?

6. Что принимают за единицу электрического тока?

7. Что называют плотностью тока?

8. Что такое электропроводность ?

9. Какие вещества называют диэлектриками?

10. Постоянный и переменный электрический ток.

11. Закон Ома.

12. Что называют периодом переменного тока?

13. Что такое частота переменного тока?

14. Чему равна стандартная частота переменного тока?

Лабораторная работа № 2

Общие правила при передаче и распределении

Электрической энергии

1.Цель работы

Изучить общие нормы и правила при передаче электрической энергии, усвоить общие понятия и определения.

2. Программа работы.

1. Изучить теорию и подготовиться к выполнению работы.

2. Выполнить задание к лабораторной работе.

3. Подготовить отчет о проделанной работе с ответами на контрольные вопросы

2. Краткие теоретические сведения.

Электрификация, т.е. производство, распределение и потребление электроэнергии – основа устойчивого функционирования и развития всех отраслей промышленности, сельского хозяйства и комфортного быта населения.

Производством электрической энергии занимаются электрические станции.

Электрическая станция – это промышленное предприятие, вырабатывающее электроэнергию и обеспечивающее ее передачу потребителям по электрическим сетям. На электростанции происходит преобразование энергии какого-либо природного источника в механическую энергию вращения турбины и далее с помощью электрических генераторов- в электроэнергию. В зависимости от того, какой природный источник энергии используется, выбирается тип электростанции.

Электростанции делятся на гидроэлектрические, тепловые и атомные. На гидроэлектростанции в электрическую энергию преобразуется механическая энергия водного потока реки - гидравлическая энергия. На тепловых электростанциях в электрическую энергию преобразуется теплота, выделяющаяся при сжигании топлива. На атомных электростанциях в электрическую преобразуется тепловая энергия, выделяющаяся при делении атомов урана, тория и других тяжелых элементов. В настоящее время исследуются возможности более широкого использования тепловой энергии вулканов и гейзеров на геотермальных станциях, солнечной энергии — на гелиоэлектростанциях, энергии ветра — на ветроэлектростанциях, энергии приливов и отливов — на приливных электростанциях.

Гидроэлектрическая станция (ГЭС) представляет собой совокупность сооружений, создающих напор воды, подводящих воду к турбинам и отводящих отработавшую воду из здания станции. Технологическая схема работы ГЭС (рис. 1) выгодно отличается от схем работы всех других электростанций простотой процессов и надежностью элементов.

Рис.1. Принципиальная технологическая схема ГЭС

1. верхний бьеф; 2- нижний бьеф; 3 – турбина; ЛЭП – линия электропередачи; Т – трансформатор; Г-генератор; СН-собственные нужды.

На тепловых электростанциях (ТЭС) энергия, выделяемая при сгорании каменного угля, торфа, сланцев, газа, нефти и топлива других видов, преобразуется в электроэнергию по принципиальной технологической схеме (рис. 2). Добыча, доставка и подготовка топлива к сжиганию в котло агрегатах — сложные дорогие процессы. Тепловая энергия, получаемая при сгорании топлива, передается воде для получения в котлоагрегате neperретого пара высоких давлений (до 30 МПа) и температуры (до 650⁰).

Все технические вопросы работы ТЭС решены, и тепловые электростанции являются основой современной энергетики. Есть один недостаток – низкий коэффициент полезного действия (КПД). Только 30…40% теплоты, полученной при сгорании топлива используется полезно. А остальная часть теплоты (70…60%) отдается охлаждающей воде при конденсации пара и дымовым газам. Эта энергия безвозвратно теряется.

Рис.2. Принципиальная технологическая схема ТЭС.

1. котел; 2- турбина; 3- источник холодной воды; 4 – конденсатор; 5 – конденсатный насос; 6 – деаэратор; 7 – насос (остальные обозначения см. на рис. 1).

Атомные электростанции (АЭС) — это тоже тепловые па­ротурбинные станции, но использующие в качестве природного источника энергии топливо особого вида — ядерное горючее. В технологической схеме АЭС (рис. 3) роль котла выполняет ядерный реактор. Теплота, выделяющаяся в реакторе при деле­нии ядер урана и плутония, передается теплоносителю — тяже­лой воде, гелию и др. От теплоносителя тепловая энергия переда­ется парогенератору. Далее — та же схема преобразования энер­гии пара в механическую энергию паровой турбины и в элект­рическую энергию, что и на ТЭС.

Тип вновь сооружаемых электростанций выбирается на ос­новании технико-экономических расчетов с учетом наличия при­родных ресурсов и типа существующих электростанций в данном районе, потребности в тепловой и электрической энергии и др.

Рис.3. Принципиальная технологическая схема АЭС:

1. ядерный реактор; 2 – парогенератор; 3 – турбина; 4 - источник холодной воды; 5- конденсаторный насос; 6 – насос (остальные обозначения см. на рис. 1).

Часто при освоении новых регионов в начальный период эксплуатации для временного электроснабжения применяются дизельные, газотурбинные электростанции и энергопоезда.

Альтернативные и возобновляемые источники энергии – энергия Солнца. ветра, тепла Земли, биомассы (органические отходы в хозяйственной деятельности человека, энергетические плантации), океанов и морей (например, приливов и отливов, температурного градиента), нетрадиционные виды гидроэнергетики и др.

Среди возобновляемых источников энергии наиболее существенные признаются следующие:

Геотермалъная энергия. Каждый квадратные метр поверхности Земли постоянно излучает около 0,06 Вт. В целом планета ежегодно теряет около 2,8-10¹⁴ кВт∙ч. При таких темпах Земля должна бы остыть до температуры космического пространства через 200 млн.лет. Но тот факт, что Земле уже 4,5 млрд.лет означает, что энергия поступает изнутри нее, и именно от нагрева в результате радиоактивного распада определенных изотопов в горных породах земной коры. Геотермальная энергия - это фактически разновидность ядерной энергии.

Приливные волны Мирового океана несут огромный запас энергии. Однако ее получение рентабельно лишь в нескольких районах планеты, где приливы особенно высоки, например, вдоль побережья Северной Америки и Австралии и на отдельных участках Белого и Баренцева моря.

Волны Мирового океана содержат также запас энергии. Несколько экспериментальных прототипов волновых энергетических установок построено в Англии и Японии.

Ветры, дующие на Земле обладают энергией, но лишь 1/4 часть их находится на высоте до 100 метров над поверхностью Земли. При использовании энергии ветра человечество столкнулось с неожиданными проблемами. В США на побережье Флориды были сооружены мощные ветряки. Оказалось, что эти установки генерируют довольно мощное излучение неслышного инфразвука, который, во-первых, удручающе действует на человеческую психику, а во-вторых, резонирует естественные колебания таким образом, что на расстоянии нескольких километров дрожат и лопаются стекла в домах, стеклянная посуда и т.п. так что дальнейшее сооружение подобных генераторов является проблематичным. В настоящее время разработаны и применяются ветроэнергетические установки (ВЭУ) с аккумулирующими устройствами.

Гидроэнергия. На земле имеются огромные запасы воды, однако лишь 1/2000 часть ее ежегодно вовлекается в круговорот, испаряясь и вновь выпадая на поверхность в виде дождя и снега. Экономический потенциал гидроресурсов, экономически который использовать целесообразно в России, составляет около 1 трлн.кВт-ч/год. По этому показателю мы занимаем второе место в мире после Китая.

Тепловая энергия океанов. Мировой океан поглощает почти 70% солнечной энергии, падающей на Землю. Перепад температур между холодными водами на глубине несколько сот метров и теплыми водами на поверхности океана представляет собой огромный источник энергии.

Солнечная энергия. Один из методов получения солнечной энергии заключается в нагреве парового котла турбины с помощью системы зеркал, собирающих солнечный свет. Другой путь — использование фотоэлементов, которые непосредственно преобразуют солнечную энергию в электрическую, обычно с КПД 10-15%. Небольшие установки дороги из-за высокой стоимости фотоэлементов. При массовом производстве таких установок есть надежда сократить затраты. В настоящее время идет работа над увеличением КПД фотоэлементов.

Солнечное топливо. Около 90% солнечной энергии, накопленной на поверхности Земли, сосредоточено в растениях. Общее количество такой энергии примерно равно количеству энергии, содержащейся в запасах угля.

Однако для энергетического использования низкокалорийного древесного топлива нецелесообразно его прямое сжигание. На базе низкокалорийной древесины, древесных отходов, горючего мусора, отбросов цивилизации возникла и развивается биоэнергетика,

Нетрадиционные возобновляемые источники энергии в нашей стране занимают в электроснабжении незначительную часть.

Схема электрических соединений.

Электрической схемой или схемой электрических соединений называют чертеж, на котором нанесены элементы электрической установки, а также показаны соединения между ними в той последовательности, в которой они выполняются в действительности. Существует два основных вида схем:

-электрические схемы основных цепей;

- электрические схемы вторичных цепей.

На первых изображают главные цепи электрической установ­ки, по которым электроэнергия проходит от генераторов станции к потребителям. На этих схемах показывают все основные маши­ны и аппараты установки. Электрические схемы вторичных цепей изображают соедине­ния и включения приборов и аппаратов вспомогательных цепей.

По способу изображения электрические схемы разделяют на три группы:

- трехлинейные электрические схемы;

- монтажные электрические схемы;

- однолинейные электрические схемы.

Трехлинейные электрические схемы имеют ограниченное рас­пространение, их применяют для изображения отдельных частей установки.

Монтажные схемы выполняют для отдельных элементов установки. Эти схемы необходимы при эксплуатации установки.

Однолинейные электрические схемы составляют обычно для всей установки.

Таблица 1.

Обозначение элементов электрической схемы

№ п/п	Наименование элементов	Буквенный код
		старое	новое
1.	Постоянный ток
2.	Переменный ток
3.	Отрицательная полярность
4.	Положительная полярность
5.	Выключатель	АВ	SF
6.	Воздушная линия электропередачи	ВЛ	W
7.	Генератор	Г	G
8.	Измерительный прибор амперметр	А	РА
9.	Измерительный прибор вольтметр	В	PV
10.	Лампа осветительная	Л	EL
11.	Силовой трансформатор	-	Т
12.	Электродвигатель	Д	М
13.	Гнездо (розетка)	-	ХS