ЕЛЕКТРИЧНА ЕНЕРГІя – ЕНЕРГІЯ високого рівня ПЕРЕТВОРЕННЯ

Основи використання електричної енергії

Навчальний посібник

Львів-2007

ББК 31.29-5

М 192

УДК 621.316.1

Рекомендовано Науково-методичною радою

Національного університету “Львівська політехніка”

як навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів, які навчаються за напрямом 6/050701 “Електротехніка та електротехнології”

(протокол № від 2007 р.)

Рецензенти:

Олійник М.Й., Турковський В.Г.

Основи використання електричної енергії. –Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2007. -127 с.

ISBN 966-553-498-X

У навчальному посібнику викладені відомості стосовно виробництва та використання електричної енергії у промисловості для електроприводу та електротехнологій, комунальному господарстві, у холодильних установках, для освітлення тощо. Розглянуто основні схеми електричних мереж напругою до 1000 В та електричні комутаційні та захисні апарати, що застосовуються у таких електроустановках. Подані відомості стосовно виконання квартирної проводки та приладів обліку електроенергії у побуті.

Поданий матеріал відповідає програмі дисципліни “Основи використання електричної енергії”; посібник буде корисним для студентів напряму 6.050701 “Електротехніка та електротехнології”, а також для широкого кола читачів.

ББК 31.29-5

ISBN 966-553-498-X

ЗМІСТ

ВСТУП.. 5

1. ЕЛЕКТРИЧНА ЕНЕРГІя – ЕНЕРГІЯ високого рівня ПЕРЕТВОРЕННЯ 7

1.1. Виробництво електричної енергії 7

1.2. Використання електричної енергії 14

1.3. Правила користування електроенергією.. 17

2. ПРИЙМАЧІ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ 20

2.1. Класифікація приймачів електричної енергії 20

2.2. Електрична енергія та електрична потужність. 23

2.3. Трифазне електричне коло та трифазні електроприймачі 26

2.4. Трансформатор – елемент системи електропостачання. 28

2.4.1. Класифікація та принцип дії трансформаторів. 28

2.4.2. Розрахунок параметрів електровикористання у електричних колах з трансформаторами. 29

2.4.3. Режими роботи трансформаторів. 32

2.4.4. Втрати потужності у трансформаторі. Коефіцієнт корисної дії трансформатора 34

2.4.5. Розрахунок параметрів трансформатора за його паспортними даними 36

2.5. Характеристики приймачів електричної енергії 37

2.6. Вимоги щодо надійності електропостачання електроспоживачів. 40

2.7. Графіки електричного навантаження. 41

2.8. Фізичні параметри та коефіцієнти, що характеризують графіки навантажень 43

3. ВИКОРИСТАННЯ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ 48

3.1. Використання електроенергії для промислових електротехнологій. 48

3.1.1. Установки резистивного нагрівання. 49

3.1.2. Дугові сталеплавильні печі 49

3.1.3. Індукційні електричні печі 50

3.1.4. Установки електричного зварювання. 51

3.1.5. Електролізні установки. 52

3.2. Використання електроенергії для електроприводу механізмів. 53

3.2.1. Електропривід асинхронним двигуном. 54

3.2.2. Електропривід синхронним двигуном. 59

3.3.3. Електропривід двигуном постійного струму. 59

3.3. Використання електроенергії для освітлення. 60

3.4. Використання електроенергії у побутових електроприймачах. 69

3.4.1. Характеристики електропобутових приладів. 69

3.4.2. Нагрівальні електропобутові прилади. 71

3.4.3. Матеріали для виготовлення нагрівних елементів приладів. 74

3.4.4. Електричне опалення будівель. 76

3.5. Використання електричної енергії в установках охолодження, кондиціонування та у теплових помпах. 78

3.5.1. Основні положення термодинаміки. 78

3.5.1.1. Температура. 79

3.5.1.2. Тиск газів і рідин. 79

3.5.1.3. Робота і потужність. 79

3.6.1.4. Внутрішня енергія тіла. 80

3.5.1.5. Теплоємність. 80

3.5.1.6. Властивості газів і рідин. 80

3.5.1.7. Агрегатний стан речовин. 81

3.5.1.8. Ентальпія. 81

3.5.1.9. Закони термодинаміки. 82

3.5.2. Принцип дії холодильної машини. 82

3.5.3. Тепловий баланс холодильної машини. 84

3.5.4. Теплові помпи. 85

3.5.5. Використання теплових помп для обігріву приміщень. 87

3.6. Елементи автоматики побутових приладів. 88

4. ЕЛЕКТРИЧНІ МЕРЕЖІ напругою нижче 1000 В. 91

4.1. Системи мереж низької напруги. 91

4.2. Комутаційні та захисні апарати НН.. 96

4.2.1. Вимикачі навантаження. 96

4.2.2. Силові запобіжники. 97

4.2.3. Автоматичні вимикачі 99

4.2.4. Пристрої захисного вимкнення. 104

4.2.5. Пристрої захисту від перенапруг. 107

4.2.6. Магнітні пускачі та контактори. 109

4.3. Обмеження струмів короткого замикання в мережах НН.. 111

4.4. Розподільні пристрої мереж низької напруги. 113

5. Розподіл електричної енергії у житловому будинку.. 115

5.1. Види електропроводок та їх виконання. 115

5.2. Розрахунок квартирної електропроводки. 120

5.3. Виконання квартирної електропроводки. 123

5.4. Облік електроенергії 126

Список літератури.. 130

ВСТУП

Електрична енергія є одним з найпоширеніших видів енергії, що використовується людством. Вона з великою швидкістю передається від місця генерування до місця використання, легко перетворюється у інші види енергії (наприклад, на теплову, механічну), її можна легко розподілити і передати до широкого кола споживачів, легко контролювати і регулювати її параметри. Ці властивості, а також відсутність шкідливих викидів у довкілля під час її перетворення, зумовили широке її використання у народногосподарському комплексі країни.

Електрична енергія виникає у процесі цілеспрямованого перетворення первинних природних форм існування енергії: хімічної, механічної, ядерної тощо. Це енергія електричного струму, яка утворюється й існує у електромагнітному полі. Загальна характеристика енергії – це здатність виконувати роботу. Основною ознакою процесів генерування і використання електроенергії є їх одночасність, - електричну енергію практично не вдається накопичувати у чистому вигляді для майбутнього використання.

Людство з давніх давен цікавилося природними електромагнітними явищами (електричними розрядами, магнетизмом тощо). З історичних джерел відомо також про існування за 250 років до нашої ери гальванічного елемента, однак про його застосування можна тільки здогадуватися. Дослідження взаємодії магнітів проводив англійський вчений В.Гільберт, дослідження взаємодії зарядів – французький вчений Ш.Кулон. Потужного імпульсу розвитку електротехніки надало винайдення у 1799 році джерела постійного струму - гальванічного елемента італійським фізиком Алессандро Вольта. Цей винахід розпочав еру використання електроенергії у наукових передбаченнях та на практиці: можливість освітлення розжареним провідником, електроліз, гальванічні технології тощо. Відкриття електричної дуги у 1802 році, яке здійснили російський фізик В.В. Петров та А. Вольта, дало можливість використовувати це явище для освітлення, електричного зварювання, виплавлення металів у дугових печах. У 1819 році датський фізик Ганс Крістіан Ерстед продемонстрував явище взаємодії електричного струму і стрілки постійного магніту. Значний вклад у розвиток електротехніки вніс французький фізик Андре Марі Ампер, який ввів поняття “електричний струм”(1820 р.), встановив закон взаємодії провідників зі струмом, сформулював правило визначення напряму дії магнітного поля струму на магнітну стрілку, розробив перші зразки електричного двигуна. У 1827 році німецький фізик Георг Ом дослідив умови проходження струму у провідних середовищах, запровадив поняття опору і сформулював і обґрунтував закон, що носить його ім'я. Англійський фізик Майкл Фарадей відкрив явище електромагнітної індукції, а російський академік Еміль Ленц сформулював правило для визначення напряму індукційного струму. Два фізики Е.Ленц та Дж. Джоуль майже одночасно відкрили закон теплової дії електричного струму та встановили залежність між значенням струму і кількістю виділеного тепла (закон Джоуля - Ленца).

У практичне застосування електроенергії для освітлення внесли суттєвий вклад електротехнік П.М.Яблочков (сконструював дугову лампу змінного струму - “свічу” Яблочкова) та американському винахіднику Т.А.Едісону і англійцю Дж.В.Свану, які сконстуювали незалежно один від одного лампу розжарення. Значний доробок у цій царині й фізика українського походження Івана Пулюя, який вдосконалив технологію виготовлення ниток розжарення для ламп та продемонстрував на всесвітній виставці у м. Штайєрі (1884 р.) досконалішу лампу від лампи Едісона. Пулюй також досліджував явище холодного світла – неонового.

Неоціненний вклад Т.А.Едісона у розвиток системи електропостачання та використання електроенергії, який у 1879 сформулював напрями діяльності зі створення потужних генераторів змінного струму, розробки раціональних схем розподілу електроенергії, розробки конструкцій ліній електропередавання, систем захисту від струмів короткого замикання, стандартизації параметрів елетричних ламп та інших апаратів. З цієї програми почала розвиватися прикладна наука про електропостачання.

Суттєвого прогрессу у генеруванні та використанні електричного струму досягнуто завдяки винаходу М.О. Доліво-Добровольським трифазної системи змінного струму. Він же сконструював трифазний асинхронний двигун з короткозамкненим ротором та трифазний трансформатор.

На початку ХХ століття розширилось використання електроенергії у промислових електротермічних процессах: появилися електродугові печі напрямої дії Стасано, дугові печі прямої дії Еру, індукційні канальні печі Кєлліна, перші резистивні та руднотермічні печі. Пізніше знайшли застосування установки діелектричного нагрівання (для нагрівання кераміки, пластмасс, харчових продуктів, сушіння деревини, шерсті тощо), які останнім часом впроваджені у побуті як печі надвисокої частоти (мікрохвильові печі).

Сьогодні основна частка генерованої електроенергії використовується для приводу в рух різноманітних механізмів (електропривід), близько 15% електроенергії витрачається на електротермічні процеси у промисловості, зростає використання електроенергії у побуті, особливо з застосуванням електронагрівання для підігрівання води та опалення приміщень, для живлення холодильників, кондиціонерів та інших електроприймачів.

Цей навчальний посібник призначений для студентів напряму “Електротехніка та електротехнології” і має на меті подати основи знань з виробництва та використання електроенергії у різних галузях господарства, фізичних основ функціонування електроприймачів, а також методи розрахунку електричних кіл, необхідні для вибору провідників та апаратів захисту системи електропостачання.

ЕЛЕКТРИЧНА ЕНЕРГІя – ЕНЕРГІЯ високого рівня ПЕРЕТВОРЕННЯ

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: