Проблема передачи энергии на большие расстояния

 
 

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

Профессионального образования

«Петрозаводский государственный университет»

Кольский  филиал 
 
 
 

                                                                   

                                          Дисциплина “ Проблемы и направления

                                                                    развития энергетики” 
 
 

Реферат

Проблема  передачи энергии на большие расстояния. 

                                                                    Контрольная работа 

                                                                    студента 4 курса

                                                                    ( Группа АВЭЭ-08/5,5) 

                                                                    заочное отделение

                                                                    Физико-энергетический факультет

                                                                    специальности 

                                                                    140201- «Высоковольтные

                                                                    электроэнергетика и электротехника»  

                                                              

                                                       Рославцева Сергея Юрьевича 

                                                      Преподаватель – Ярошевич В.В.

                                                                                               
 
 

                                               

                                                     
 
 
 

Апатиты

2011 

СОДЕРЖАНИЕ 
 

1. Введение………………………………………………………..3

 2. Развитие методов и средств передачи электроэнергии ……4

 3. Безопасность при работе с высоким напряжен…………….12    

 4.  Заключение……………………………………………………13

5. Список литературы……………………………………………15

 

1. Введение 

В последней  трети XIX века во многих крупных промышленных центрах

Европы  и Америки стала очень остро  ощущаться энергетическая проблема.

Жилые дома, транспорт, фабрики и мастерские требовали все больше топли-

ва, подвозить  которое приходилось издалека, вследствие чего цена на него

постоянно росла. В этой связи то здесь, то там  стали обращаться к гидроэнер-

гии рек, гораздо более дешевой и доступной. Вместе с тем повсеместно воз-

растал  интерес к электрической энергии. Уже давно было отмечено, что этот

вид энергии  чрезвычайно удобен: электричество  легко генерируется и так же

легко преобразуется в другие виды энергии, без труда передается на расстоя-

ние, подводится и дробится. 

 

2. Развитие методов и средств передачи электроэнергии. 

     Водяное колесо — символ докапиталистического производства — вызвало к жизни  проблему распределения энергии  от центрального двигателя к отдельным  машинам и станкам. Но тогда могли существовать только механические средства передачи энергии: штанги, тяги, канаты. При необходимости передачи энергии на десятки и сотни метров стали применяться приводные ремни. Возникла трансмиссионная передача, которая надолго пережила энергетику водяного колеса и хорошо послужила человечеству в эпоху пара, а частично сохранила свои позиции и на первых этапах развития электропривода.

     Опыты использования электромагнитного  телеграфа привели к мысли  о возможности передачи по проводам более значительных количеств энергии. Уже в 40—50-х гг. XIX в. в США, Италии и других странах высказываются идеи о создании электрической железной дороги с передачей энергии на расстояние. Однако всеобщую известность получили опыты французского электрика Ипполита Фонтена.

     Здесь уместно отметить, что исключительно  большую роль в пропаганде научно-технических  знаний и, следовательно, в научно-техническом  прогрессе общества сыграли международные  и национальные выставки. Первая промышленно-художественная выставка состоялась в Лондоне в 1756 г. Основное место на ней занимали вестники промышленного переворота — текстильные машины. В России первая выставка отечественной промышленности была открыта в 1829 г. в Петербурге. Первая в мире электротехническая выставка была открыта в марте 1880 г. в Петербурге, а первая международная электротехническая выставка — в 1881 г. в Париже.

     В 1873 г. в Вене состоялась международная  выставка, с которой и начинается история электропередачи. На этой выставке Фонтен демонстрировал обратимость электрических машин. Есть различные версии, объясняющие причину, побудившую Фонтена включить между генератором и двигателем барабан с кабелем длиной несколько больше 1 км. По одной из них он стремился уменьшить мощность двигателя, приводившего в действие насос искусственного декоративного водопада, вода которого выплескивалась за пределы бассейна. Этим опытом была продемонстрирована реальная возможность передачи электроэнергии на расстояние (пусть вначале это был всего один километр). Вместе с тем сам Фонтен не был убежден в экономической целесообразности электропередачи, так как при включении соединительного кабеля он получил значительное снижение мощности двигателя, то есть большие потери энергии в кабеле. Вот что писал Фонтен два года спустя после опытов в Вене: «Тогда, как «и теперь, я не верю в возможность электрической передачи больших мощностей на большие расстояния; электрические железные дороги мне казались и кажутся и теперь решением, применять которое можно посоветовать только в совершенно исключительных случаях». Фонтен вновь, как и с электрическим освещением, оказался плохим пророком!

     Как известно, потери в линии зависят  от напряжения, удельного сопротивления  провода и его сечения. Снижение удельного сопротивления проводов практически неосуществимо, так как медь, ставшая основным материалом для изготовления проводов, имеет предельно малое удельное сопротивление. Лишь в настоящее время ведутся теоретические и экспериментальные работы по снижению сопротивления линий электропередач с использованием явления сверхпроводимости (криогенные линии электропередачи). Следовательно, имелись только два пути для снижения потерь в линии: увеличение сечения проводов или повышение напряжения.

     В 70-х годах был исследован первый путь, так как увеличение сечения проводников представлялось мероприятием, по-видимому, более естественным и технически легче осуществимым по сравнению с повышением напряжения. В 1874 г. русский военный инженер Федор Аполлонович Пироцкпй (1845—1898 гг. пришел к выводу об экономический целесообразности производства электрической энергии в тех местах, где она может быть дешево получена благодаря наличию топлива или гидравлической энергии и передачи ее по линии к более или менее отдаленному месту потребления. В том же году он приступил к опытам передачи энергии на артиллерийском полигоне Волкова поля (около Петербурга), использовав электрическую машину Грамма. Дальность передачи в опытах Пироцкого составляла сначала более 200 м, а затем была увеличена примерно до 1 км.

     Для уменьшения потерь в линии Пироцкий предлагал использовать в качестве проводников железнодорожные рельсы, сечение которых более чем в 600 раз превышало сечение обыкновенного телеграфного провода. Стремясь проверить свои вывозы, он в конце 1875 г. провел опыты передачи электроэнергии по рельсам бездействовавшей ветки Сестроргцкой железной дороги длиной окаю 3,5 км. Оба рельса изолировались от земли, один из них служил прямым, второй — обратным проводом. Электрическая энергия передавалась от небольшого генератора Грамма к электродвигателю, удаленному на расстояние около 1 км.

     Необходимо  отметить, что Пироцкий был не единственным электротехником, ставшим на путь увеличения сечения проводов. Так, например, В. Сименс, посетив в 1876 г. Ниагарский водопад, сумел правильно оценить энергетические возможности его использования, но утверждал, что для передачи энергии водопада на расстояние 50 км потребуется проводник диаметром 75 мм. Иными словами, как заявил Сименс, в изготовление проводов придется загнать целый медный рудник. Подобные выводы являлись наглядным выражением уровня познаний в области электротехники в 70-х годах XIX в.

     Несмотря  на нерациональность практического  направления, избранного Пироцким его  опыты привлекли внимание к вопросам электропередачи вообще и вызвали  ряд новых исследований, приведших к выявлению правильного пути для решения этой проблемы. Предложение же Пироцкого об использовании железнодорожных рельсов для передачи электрической энергии на расстояние нашло свое применение уже при разработке первых проектов городских электрических железных дорог.

     Другой  путь решения проблем передачи электрической  энергии, основанный на повышении напряжения, длительное время осмысливался теоретически. Здесь можно упомянуть исследование классической задачи из теории цепей  о передаче энергии от источника к нагрузке, выполненное в 1877 г. французским академиком Э. Маскаром, но не доведенное до ясных практических выводов. Наиболее обстоятельное исследование этого вопроса выполнили в 1880 г. независимо друг от друга французский инженер (впоследствии академик) Марсель Депре (1843—1918 гг.) и профессор физики Петербургского лесного института Дмитрий Александрович Лачинов (1842—1902).

     В марте 1880 г. в протоколах Парижской  Академии наук был опубликован доклад М. Депре «О коэффициенте полезного действия электрических двигателей и об измерении количества энергии в электрической цепи». Автор доклада — крупный специалист в области электротехники. Он вошел в историю как изобретатель определенных систем амперметра, ваттметра, апериодического гальванометра, принципа смешанного (компаундного) возбуждения электрических машин, электромагнитного молота (двигателя возвратно-поступательного движения) и электрической системы синхронной связи движений.

     В интересующем нас докладе Депре  математически доказывал, что кпд установки, состоявшей из электродвигателя и линии передачи, не зависит от сопротивления самой линии. Такой вывод показался Депре парадоксальным, так как ему вначале не удалось установить, что увеличение сопротивления линии не влияет на эффективность электропередачи только при определенном условии, а именно — при увеличении напряжения передачи.

     Эти условия впервые были указаны  проф. Д. А. Лачиновым в статье «Электромеханическая работа», опубликованной в июне 1880 г. в первом номере журнала «Электричество». На основе математических выкладок Лачинов показал, что в электропередаче «полезное действие не зависит от расстояния» лишь при условий увеличения скорости вращения генератора (то есть при повышении напряжения в линии, так как ЭДС, развиваемая генератором, пропорциональна частоте его вращения). Лачинов также установил количественное соотношение между параметрами линии передачи, доказав, что для сохранения кпд передачи при увеличении сопротивления линии в п раз, необходимо увеличить частоту вращения генератора в V n раз: «Если, например, — писал Лачинов, — увеличим R в 100 раз, то при передаче того же числа лошадиных сил скорость будет десятерная». К подобным же выводам пришел год спустя М. Депре.

     

     В 1882 г. Депре строит первую линию электропередачи Мисбах — Мюнхен протяженностью 57 км. На одном конце опытной линии в Мисбахе была установлена паровая машина, приводившая в действие генератор постоянного тока мощностью 3 л.с, дававший ток напряжением 1,5—2 кВ (рис. 5.12). Энергия передавалась по стальным телеграфным проводам диаметром 4,5 мм на территорию выставки в Мюнхене, где была установлена такая же машина, работавшая в режиме электродвигателя и приводившая в действие насос для искусственного водопада. Хотя этот первый опыт и не дал достаточно благоприятных технических результатов (кпд передачи не превосходил 25 %), его значение нельзя было недооценивать: электропередача Мисбах — Мюнхен явилась отправным пунктом для дальнейших работ по развитию методов и средств передачи электроэнергии на расстояние.