История распределения и передачи электроэнергии на постоянном и переменном токе

Особенности выработки, распределения и потребления электроэнергии на постоянном и переменном токе. Способы ее передачи от электростанции к потребителям. История открытия и использования электричества, деятельность и роль знаменитых ученых в этой сфере.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Реферат

на тему:

История передачи и распределения электроэнергии на переменном и постоянном токе

1. Передача, распределение и потребление электроэнергии

электроэнергия история распределение

Потребители электроэнергии имеются повсюду. Производится же она в сравнительно немногих местах, близких к источникам топливо- и гидроресурсов. Электроэнергию не удается консервировать в больших масштабах. Она должна быть потреблена сразу же после получения. Поэтому возникает необходимость в передаче электроэнергии на большие расстояния. Места создания электроэнергии являются электрические станции. К основным видам станций относят: ТЭС, ТЭЦ, ГЭС, ГРЭС, АЭС. Эти электростанции используют традиционные источники энергии, существуют также станции, использующие нетрадиционные источники электроэнергии, например геотермальные станции использующий тепло земли и преобразовывающие это тепло в электричество, ветровые станции (ВЭУ) использующие энергию перемещающихся воздушных масс, микро-ГЭС, СЭС использующие солнечную энергии, так же на данный момент начала развитие космическая энергетика, многие страны запада вкладывают в этот проект огромные средства.

1.1 Передача

Передача электроэнергии от электростанции к потребителям -- одна из важнейших задач энергетики. Электроэнергия передаётся преимущественно по воздушным линиям электропередачи (ЛЭП) переменного тока, хотя наблюдается тенденция ко всё более широкому применению кабельных линий и линий постоянного тока. Необходимость п. э. на расстояние обусловлена тем, что электроэнергия вырабатывается крупными электростанциями с мощными агрегатами, а потребляется сравнительно маломощными электроприёмниками, распределёнными на значительной территории. Тенденция к концентрации мощностей объясняется тем, что с их ростом снижаются относительные затраты на сооружение электростанций и уменьшается стоимость вырабатываемой электроэнергии. Размещение мощных электростанций производится с учётом целого ряда факторов, таких, например, как наличие энергоресурсов, их вид, запасы и возможности транспортировки, природные условия, возможность работы в составе единой энергосистемы и т.п. Часто такие электростанции оказываются существенно удалёнными от основных центров потребления электроэнергии. От эффективности П. э. на расстояние зависит работа единых электроэнергетических систем, охватывающих обширные территории.

Одной из основных характеристик электропередачи является её пропускная способность, то есть та наибольшая мощность, которую можно передать по ЛЭП с учётом ограничивающих факторов: предельной мощности по условиям устойчивости, потерь на корону, нагрева проводников и т.д. Мощность, передаваемая по ЛЭП переменного тока, связана с её протяжённостью и напряжениями зависимостью

Размещено на

Размещено на

где U1 и U2 -- напряжения в начале и в конце ЛЭП,

Zc -- волновое сопротивление ЛЭП,

б -- коэффициент изменения фазы, характеризующий поворот вектора напряжения вдоль линии на единицу её длины (обусловленный волновым характером распространения электромагнитного поля),

l -- протяжённость ЛЭП,

д -- угол между векторами напряжения в начале и в конце линии, характеризующий режим электропередачи и её устойчивость.

Предельная передаваемая мощность достигается при д = 90°, когда sinд = 1. Для воздушных ЛЭП переменного тока можно приближённо считать, что максимальная передаваемая мощность примерно пропорциональна квадрату напряжения, а стоимость сооружения ЛЭП пропорциональна напряжению. Поэтому в развитии электропередач наблюдается тенденция к увеличению напряжения как к главному средству повышения пропускной способности ЛЭП. Предельные значения напряжении ЛЭП, связанные с возможными перенапряжениями, ограничиваются изоляцией ЛЭП и электрической прочностью воздуха. Повышение пропускной способности ЛЭП переменного тока возможно и путём совершенствования конструкции линии, а также посредством включения различных компенсирующих устройств. Так, например, на ЛЭП напряжением 330 кв и выше используется «расщепление» проводов в каждой фазе на несколько электрически связанных между собой проводников; при этом индуктивное сопротивление линии уменьшается, а ёмкостная проводимость увеличивается, что ведёт к снижению Zc и уменьшению а. Одним из способов повышения пропускной способности ЛЭП является сооружение «разомкнутых» линий, у которых на опорах подвешиваются провода двух цепей таким образом, что провода разных фаз оказываются сближенными между собой.

В электропередачах постоянного тока отсутствуют многие факторы, свойственные электропередачам переменного тока и ограничивающие их пропускную способность. Предельная мощность, передаваемая по ЛЭП постоянного тока, имеет большие значения, чем у аналогичных ЛЭП переменного тока:

Размещено на

Размещено на

где Ев -- напряжение на выходе выпрямителя,

R? -- суммарное активное сопротивление электропередачи, в которое, кроме сопротивления проводов ЛЭП, входят сопротивления выпрямителя и инвертора.

Ограниченность применения электропередач постоянного тока связана главным образом с техническими трудностями создания эффективных недорогих устройств для преобразования переменного тока в постоянный (в начале линии) и постоянного тока в переменный (в конце линии). Электропередачи постоянного тока перспективны для объединения крупных удалённых друг от друга энергосистем. В этом случае отпадает необходимость в обеспечении устойчивости работы этих систем.

Качество электроэнергии определяется надёжной и устойчивой работой электропередачи, что обеспечивается, в частности, применением компенсирующих устройств и систем автоматического регулирования и управления.

Первая в мире электропередача, рассчитанная на длительную эксплуатацию, была построена в Петербурге в 1876 П.Н. Яблочковым для электрического освещения улиц. Д.А. Лачинов и М. Депре в 1880 теоретически обосновали возможность повышения напряжения для увеличения мощности и дальности передачи. Однако широкое использование электрической энергии в промышленности, теснейшим образом связанное с П. э. на расстояние, началось лишь после изобретения М.О. Доливо-Добровольским экономичного и относительно простого способа передачи электрической энергии трёхфазным переменным током. Со времени создания первых электропередач трёхфазного тока их напряжение возрастало в 1,5--2 раза примерно каждые 10--15 лет. Повышение напряжения давало возможность увеличивать расстояния и передаваемые мощности. В 20-х гг. 20 в. электроэнергия передавалась максимально на расстояния порядка 100 км, к 30-м гг. протяжённость ЛЭП увеличилась до 400 км, а к 70-м гг. длина ЛЭП достигла 1000--1200 км. Наряду с развитием электропередач переменного тока совершенствовалась техника П. э. постоянным током. В 1950 в СССР впервые в мире была введена в действие опытная кабельная линия постоянного тока Каширская ГРЭС -- Москва напряжением 200 кв с пропускной способностью 30 Мвт. Накопленный опыт позволил в 1962--65 ввести в эксплуатацию межсистемную электропередачу постоянного тока (с воздушной ЛЭП напряжением 800 кв) Волгоград -- Донбасс пропускной способностью 750 Мвт. К 1974 в разных странах работало уже более 20 электропередач постоянного тока. В СССР в 1975--85 намечается строительство ЛЭП постоянного тока напряжением ±750 кв протяжённостью 2500--3000 км и в дальнейшем -- электропередачи ± 1200 кв.

С 60-х гг. большое внимание уделяется разработке качественно новых электропередач. Таковы, например, «закрытые» электропередачи, выполняемые в виде замкнутых конструкций, заполненных электроизолирующим газом внутри которых располагаются провода высокого напряжения. Перспективны также криогенные (в дальнейшем, возможно, сверхпроводящие) ЛЭП. «Закрытые» и криогенные электропередачи особенно удобны для энергоснабжения потребителей в густонаселённых районах, например на территориях крупных городов. Кроме того, изучается возможность передачи энергии электромагнитными волнами высокой частоты по волноводам.

Передача энергии на большие расстояния является довольно сложная проблема. Примерно, 20% выработанной энергии теряется при передачах. Сколько бы новых электростанций не надо было строить, если бы передача осуществлялась без потерь. Использование тока высокого напряжения помогает как - то решить эту проблему, но потери остаются.

1.2 Распределение

Для передачи и распределения электрической энергии от центров питания электростанций к потребителям служат электрические сети, которые состоят из распределительных устройств (РУ) и воздушных или кабельных линий различных напряжений.

Центром питания (ЦП) называется распределительное устройство генераторного напряжения электростанций или РУ вторичного напряжения понизительной подстанции энергосистемы, к которому присоединены распределительные сети данного района.

Электрические сети могут быть постоянного и переменного тока. К сетям постоянного тока в основном относятся сети электрифицированных железных дорог, метрополитена, трамвая, троллейбуса, а также некоторые электрические сети химических, металлургических и других промышленных предприятий. Электроснабжение всех остальных объектов промышленности, сельского хозяйства, коммунального и бытового назначения ведется трехфазным переменным током частотой 50 Гц.

Электрическая энергия, вырабатываемая...