Материал для самостоятельного изучения для обучающихся объединения «Начальное техническое моделирование»

Понятие электрической энергии

Согласно современным научным представлениям, энергия – это общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи, которая не возникает из ничего и не исчезает, а только может переходить из одной формы в другую в соответствии с законом сохранения энергии. Различают энергию механическую, тепловую, электрическую, электромагнитную, ядерную, химическую, гравитационную и др.

Для жизнедеятельности человека наиболее важное значение имеет потребление электрической и тепловой энергии, которые возможно извлекать из природных источников – энергоресурсов.

Энергоресурсы – это первичные источники энергии находящиеся в окружающей природе.

Среди различных видов энергии, используемых человеком, особое место занимает наиболее универсальный из ее видов – электрическая энергия.

Широкое распространение электрическая энергия получила благодаря следующим ее свойствам:

возможность получения практически из любых энергоресурсов при умеренных затратах; 

простоте трансформации в другие формы энергии (механическую, тепловую, звуковую, световую, химическую);

способность сравнительно легко передаваться в значительных количествах на большие расстояния с огромной скоростью и относительно небольшими потерями;

возможность использования в устройствах, различающихся по мощности, напряжению, частоте.

Основными величинами и параметрами, с помощью которых можно охарактеризовать электрическую энергию, описать ее качество, есть общеизвестные:

электрическое напряжение – U, В;

электрический ток – I, А;

полная, активная и реактивная мощности – S, P, Q в киловольт-амперах (кВА), киловаттах (кВт) и киловольт-амперах реактивных (квар) соответственно;

коэффициент мощности cosфи;

частота – f, Гц.

Широкое использование электроэнергии является основой технического прогресса.

Применение электричества в быту

На самом деле электричество очень популярный источник энергии. Посудите сами: его легко транспортировать, оно легко переводится в другие виды энергии – тепловую, механическую. По этой причине электричество так популярно, ученые придумывают все новые способы применения электричества (например, электромобиль), а также применение новым качествам электричества (например, сверхпроводимость).

Во-первых, освещенность наших квартир напрямую зависит от электричества. Лампы накаливания, дневного света, галогенные лампы, без них нам приходилось бы пользоваться хозяйственными свечами или лучинами. Когда отключается во всем доме электричество, растерянные жильцы, как правило, не говорят: «Отключили электричество», говорят – «Отключили свет». Задумайтесь, почему?

Во-вторых, на электричестве работает большинство бытовых приборов, которыми мы пользуемся каждый день, начиная с дверного звонка и заканчивая холодильными установками. Когда отключают электричество, пусть даже и на короткий промежуток времени, то после того, как все успеют зажечь хозяйственные свечи, начинают возмущаться по поводу того, что размораживается холодильник. В такой ситуации уж совсем нелепо вспоминать про пылесос или утюг.

В-третьих, отсутствие электричества явно скажется на нашем культурном уровне: телевизор, видеомагнитофон, магнитофон, видеокамера, радио, компьютер, наконец – все это средства общения с окружающим миром и при отсутствии электрического тока они становятся просто корпусами со множеством никуда не годных микросхем.

Использование электричества в сельском хозяйстве

Электрификация в сельском хозяйстве крайне важна. Это интересная сфера, касающаяся не только лампочек на фермах или освещения для охраняемых полей. Сейчас существует огромное количество инновационных концепций, постепенно внедряемых в большое количество сфер этой важной для каждой страны индустрии. Но необходимо понимать целесообразность внедрения этих инноваций на каждом этапе или в определенном направлении. Новейшие изобретения просто поражают воображение, но эксперты «ПрофЭлектро» подобрали лишь наиболее полезные из них, способные приносить реальную пользу. Мы можем говорить о большом количестве электрических и магнетических явлений, получающих распространение в различных изделиях, приборах, агрегатах.

Применение электричества в сельском хозяйстве

Рассмотрим наиболее интересные инновационные методы, позволяющие добиться качественных результатов:

Выжигание вредителей и сорняков электрическими разрядами. Это так называемая стерилизация почвы.В почву вводится электролит в виде раствора удобрений, а затем почва пробивается короткими и мощными электрическими разрядами. Все вредители, включая яйца и куколки бабочек, жуков, разнообразные гусеницы и мелкие грызуны быстро погибают. Это воздействие также оказывает подавление ростков сорных трав, что делает проведение данной обработки целесообразным только ранней весной. После этого на поле заселяют доминирующую культуру дождевых червей, образующих аэрацию почвы.

Системы рециркуляции электричества. Фермерские хозяйства продуцируют большое количество органики, способной выделять при прении большое количество тепла и практически чистого метана. Этот взрывоопасный газ используется для генерации электричества на мини-теплоэлектростанциях, а также он позволяет сделать отвод тепловых калорий в сторону ферм для их круглогодичного отопления. На выходе из генератора все органические остатки просто истлевают, а потом образуется питательный компот. Хозяйства получают двойную пользу.

Электромагнитная стимуляция роста растений. Данная концепция только набирает обороты, но считается, что именно она позволит получать рекордные урожаи. В советское время огороды и дачи часто раздавали под неиспользуемыми площадями высоковольтных линий электропередач. Многие огородники отмечали, что растения чувствуют себя под постоянным воздействием магнитных полей намного увереннее, а плоды вызревают быстрее. Это имеет определенный смысл, но для достижения искусственной подобной среды необходимо сплошное покрытие оранжерей. Это позволит получить большие урожаи без внесения удобрений. Затраты электричества на генераторы магнитных полей невелики.

Использование автоматизированных или роботизированных агрегатов. В скором будущем, как полагают ученые, участие человека будет сведено к минимуму. Поэтому большое количество различных приспособлений сейчас раскупается крупными корпорациями с целью снизить количество выплачиваемых зарплат.

Активные громоотводы для садовых культур. Особенно это актуально в условиях возделывания садов в горной местности. Это очень сильно бьёт по карману фермеров, ведь за один сезон можно потерять до 2-3% садового фонда плодоносящих деревьев. Такая защита позволит получить стабильный урожай. А ведь у некоторых культур количество плодов напрямую зависит от возраста.

Электричество на производстве.

Под словом производство, я подразумеваю обычные заводы, фабрики, небольшие цеха и так далее. Все технологические процессы какого либо предприятия естественно связаны с потреблением электроэнергии.

На общую их работу тратится довольно большая часть энергетических ресурсов. И поэтому очень важную роль играет на промышленном предприятии, электрическая энергия. Это, пожалуй, наиболее универсальный вид энергии, который в свою очередь является основным источником получения механического движения, не говоря уже об освещении, обогреве, связи, и прочем.

 В основном на предприятиях используется трёхфазное электроснабжение, по той причине, что большинство нагрузок, это асинхронные трёхфазные двигатели. Именно на них расходуется большая части электроэнергии. Наряду с трёхфазным питанием в некоторых сферах промышленности также применяют постоянный электроток, который делается путём выпрямления переменного. Потребление постоянного электрического тока, преобладает на предприятиях с использованием электролиза  (цветная металлургия и химическая промышленность).

 А по большому счёту, в наше технологически-бурное время, не одна отрасль не обходится без электричества. Всевозможные станки, конвейеры, прессы, упаковщики, печи, дополнительные системы и многое другое не может работать без этого. И так, электрификация предприятия прежде всего начинается с подстанции, что располагается, как правило, на этой же территории.

Она может быть как открытой, то есть находится на открытом воздухе, так же и располагаться  в самом помещении или отдельно стоящем сооружении. К данной электроподстанции осуществляется непосредственная трехфазная подача вводного напряжения от ближайшей главной понижающей подстанции, находящейся неподалёку. Как правило она составляет 6-10 кВ, в зависимости от расстояния между предприятием и ГПП. В большинстве случаев на предприятиях ставятся комплектные трансформаторные подстанции (КТП).

 Её основная задача, это понизить входное высокое напряжение на то, которое используется на производстве - линейное 380 В и фазное 220 В, и распределить его по определённым ШР (распределительный шкаф). Ну, а далее от каждого такого распределительного щитка запитывается свой определённый участок на предприятии. В зависимости от нужных условий надёжности бесперебойного электрического снабжения промышленности, трансформаторные подстанции предприятий подключаются к питающей электросети разными вариантами.

Пожалуй наиболее распространенными схемами электроснабжения, являются радиальная, магистральная либо кольцевая.

Радиальные схемы — в них от электрического щита подстанции выходят линии, запитывающие крупные электронагрузки: электродвигатели, групповые распределительные объекты, к которым подсоединены более мелкие электронагрузки. Радиальные схемы в основном используются в насосных станциях, компрессорных, взрыво-опасных цехах.  Они обеспечивают довольно высокую степень надёжности электроснабжения, а также позволяют использовать автоматическую аппаратуру для управления и защиты.

Магистральные схемы используются при равномерном распределении нагрузки по всей площади,участка когда не необходимости делать отдельный распределительный щит на электроподстанции. Основным недостатком данной схемы является довольно низкая надёжность снабжения. При аварии на магистрали, отключаются все электронагрузки соединённые к ней.

Кольцевая схема — это когда линия электропитания распологается по кругу, то есть делается некое кольцо проводки, к которому подключается основное питание. Это даёт возможность при обрыве в одном месте этого кольца не прерывать питание электрических нагрузок, так как электроэнергия к устройству будет поступать с другой стороны этого кольца питающей проводки.

 От основной заводской электроподстанций электричество низкого напряжения промышленной частоты распределяется непосредственно по всем цехам при помощи электрических кабелей, проводов, шино-проводов от распределительного устройства до электроприводов конкретных устройств.

 Внутренняя электропроводка, это электрическая проводка, лежащая внутри самого здания; наружная электропроводка, находится вне этого здания, по наружным стенам, под различными навесами, на столбах и опорах. В зависимости от метода самой прокладки, внутренняя электрическая проводка может быть, как открытой, если она проложена по поверхности стен, потолков и т.д., так и скрытой, если она находится в конструктивных местах производственного зданий. Это, пожалуй, пока и всё, что касается общих понятий по теме, электричество на предприятии и производстве.

 P.S. Производственные предприятия являются очень мощными потребителями электроэнергии по сравнению с нагрузкой энергопотребления обычных жилых домов.

Источник https://electrohobby.ru/elektr-na-predpr-i-proizvod.html