Курсовая работа: Електротехніка і спецтехнологія електромонтерів
У таких галузях як медицина , біологія , астрономія , геологія , математика втілюють спеціалізовані електричні прилади , апарати , установки , які забезпечують їх подальший розвиток .
Величезне значення для розвитку науки і техніки мають комп’ютери , які є поширеним і високоефективним засобом наукових досліджень , економічних розрахунків , у плануванні , керуванні виробничими процесами , діагностиці захворювань . Без них не було б розвитку кібернетики , обчислювальної і космічної техніки .
Єдиним недоліком електричної енергії є неможливість запасати її і зберігати ці запаси тривалий час. Запаси електроенергії в акумуляторах , гальванічних елементах і конденсаторах достатні лише для роботи малопотужних установок , причому термін зберігання цих запасів обмежені . Тому електроенергія повинна бути вироблена в такій кількості , яка потрібна споживачам .
Повсюдне використання електроенергії при концентрації природних енергетичних ресурсів в окремих географічних районах зумовило необхідність передачі її на великі відстані , розподіл між електроприймачами у великому діапазоні потужностей .
Електрична енергія легко розподіляється по приймачах довільної потужності. В автоматичній та вимірювальній техніці використовуються пристрої малої потужності (одиниці та частки вата). Водночас є електричні пристрої (двигуни , нагрівальні установи) потужністю в тисячі та десятки тисяч кіловат .
Для передачі та розподілу електричної енергії використовують повітряні лінії електропередачі , кабельні лінії , у цехах промислових підприємств – шинопроводи та електропроводки , які виконують металевими проводами з алюмінію , сталі та міді . У проводах установлюються електромагнітне поле , яке несе енергію .
За наявністю проводів поле досягає великої концентрації , тому передача здійснюється з високим коефіцієнтом корисної дії .
При дуже високій напрузі між проводами починається коронний розряд , що призводить до втрати енергії . Допустима напруга повинна бути такою , щоб при заданому поперечному перерізу провода втрати енергії внаслідок коронного розряду були незначними.
Електричні станції областей нашої країни об’єднані високовольтними лініями передач і утворюють загальну електричну мережу , до якої приєднані споживачі . Таке об’єднання називається енергосистемою , яка дає змогу згладити "пікові" навантаження у ранкові та вечірні години і безперебійно подавати енергію споживачам незалежно від місця їх розташування та оперативно перекидати енергію в ту зону , де споживання енергії в даний момент максимальне .
Безперечно , що без електричної енергії неможливе нормальне життя сучасної цивілізації . Тому надзвичайно важливим є забезпечення високої надійності постачання електроенергії , раціональне її використання , тобто максимальне скорочення втрат в процесі її виробництва , передачі та розподілу .
Для уникнення людством "енергетичного голоду" та усунення шкідливого впливу на навколишнє середовище вчені шукають нові шляхи одержання електричної енергії , збільшенням її потужності та підвищенням коефіцієнта корисної дії установок для перетворення теплової , хімічної , сонячної енергії в електричну . Рівень розвитку продуктивних сил суспільства , здатність виробляти матеріальні блага і створювати кращі матеріальні умови для життя визначається рівнем виробництва і споживання електричної енергії .
Електрична енергія має дві чудові властивості : вона може передаватись на великі відстані з порівняно малими втратами і може легко перетворюватись в інші види енергії .
Зростання масштабів споживання електричної енергії , загострюється проблема охорони навколишнього середовища значно активізували пошуки більш екологічно чистіших способів одержання електричної енергії . У всьому світі проводяться дослідження способів освоєння термоядерної енергії , прямо без машинного перетворення внутрішньої і хімічної енергії в електричну : магнітогідродинамічні , термоелектричні й термоелектронні генератори , паливні елементи тощо .
Трансформатор для невеликої потужностей (десятки ват), які застосовують переважно в лабораторіях і для побутових цілей , мають дуже невеликі розміри . А потужні трансформатори , що перетворюють сотні й тисячі кіловат , є величезними спорудами . Звичайно потужні трансформатори вміщують в сталевий бак , заповнений спеціальним мінеральним маслом . Це поліпшує умови охолодження трансформатора , і, крім того , масло відіграє важливу роль як ізолюючий матеріал . Кінці обмоток трансформатора виводять через прохідні ізолятори, укріплені на верхній кришці бака.
Трансформатор винайшов у 1876 році П. Яблочков , який застосував його для живлення своїх "свічок" , що потребували різної напруги . Трохи пізніше самостійно дійшов думки про створення трансформатора І. Усагін , який демонстрував свій прилад і його застосування в 1882 р.
У 70 – х роках ХХ століття були в основному розроблені конструкції генераторів електричного струму . Це дало змогу перетворити теплову енергію парових машин або падаючої води на електричну .
Проте необхідність в добуванні великих кількостей електричної енергії відразу ж поставила перед технікою інше дуже важливе і принципово цілком нове завдання , а саме транспортування енергії , передавання її з одного місця в інше . До винайдення електричних генераторів це завдання здавалось зовсім нерозв’язним . Справді , якщо ми маємо водяний чи вітровий двигун або парову машину , то ми можемо передати їх механічну енергію тільки верстатові , що розміщений в безпосередній близькості до двигуна . Ця передача з допомогою валів , зубчастих коліс , пасових трансмісій тощо порівняно легко здійснюється на відстань до кількох десятків або , в крайньому разі , сотень метрів , але не можна уявити собі , щоб з допомогою таких пристроїв можна було передавати енергію на відстані кількох кілометрів або десятків кілометрів .
Енергію електричного струму можна передавати по проводах на відстані кількох тисяч кілометрів . Тому , як тільки були створені перші задовільні моделі електричних генераторів , постала проблема централізованого виробництва енергії та її передачі по проводах на значну відстань . Така постановка завдання – виробництва енергії в одному місці і споживання її в іншому – є однією з принципових важливих особливостей енергетики , яка ґрунтується на використанні електричної енергії .
Переважна частина електричної енергії , що добувається в Україні та яка є енергетичною базою всієї промисловості , виробляється на великих електропідстанціях . Потужність цих станцій вимірюється сотнями тисяч і мільйонами кіловат . Розміщуються вони там , де є великі запаси водної енергії (на Дніпрі, та інших повноводних річках), або там , де є великі запаси дешевого палива . Енергія цих станцій розподіляється по дротяних мережах на величезні відстані та споживається часто в місцях , віддалених від станцій на сотні й тисячі кілометрів .При цьому значна кількість потужних станцій об’єднуються в одну енергетичну систему (наприклад Укренерго),яка постачає енергію споживачам величезного району . Надзвичайно важливим кроком у розв’язанні цього фундаментального електротехнічного завдання стало з’ясування як значно зменшити втрати , підвищуючи напругу , під якою передається струм . Цього висновку вперше дійшов російський електротехнік Д. Лачинов , який опублікував своє дослідження в 1880 р. Приблизно через рік до таких самих висновків дійшов французький дослідник Депре , який здійснив першу передачу електроенергії значної потужності телеграфними проводами на відстань 57 км (у 1882р.).
Збільшити напругу в 10 раз ,ми зменшимо некорисні втрати в 100 раз. У сьому полягає причина того , що в сучасній електротехніці енергію , яка добувається на електростанціях , намагаються передавати у віддалені місця під якнайвищою напругою .
Звичайно , знизити некорисні втрати можна було б , зменшивши R , тобто опір проводів . Але для цього довелося б їх робити дуже товстими , бо довжина проводів задається відстанню до місця споживання . Зрозуміло , що значне збільшення перерізу проводів пов’язане з їх подорожчанням і , отже, воно нераціональне . Навпаки , застосування високих напруг дає змогу користуватися тонкими проводами , тобто проводами з великим опором , але зате набагато дешевшими .
Проте будувати генератори напругою в сотні тисяч вольт дуже важко хоча б тому , що ізоляція машин не витримує таких напруг . Крім того , не можна такі високі напруги подавати безпосередньо споживачеві .
Єдиний можливий вихід полягає в тому , щоб на електричній станції підвищувати напругу , яку дає генератор , передавати енергію під цією високою напругою в місце споживання і тут знову знижувати напругу до потрібних меж . Здійснити таке перетворення напруг для постійного струму надзвичайно важко . Навпаки , для змінного струму таке перетворення можна провести з допомогою трансформатора легко і з дуже малими втратами енергії.
Потужні електричні станції виробляють величезні кількості електричної енергії при змінній напрузі в 6 – 20 тисяч вольт і частоті 50Гц. Ця енергія подається в підвищувальні трансформатори і потрапляє в лінії передачі під напругою в 110 – 220 тисяч вольт . По лініях передачі енергії подається до місця споживання .Тут струм приймається насамперед на головну знижувальну підстанцію , де з допомогою трансформатора напруга його підвищується звичайно до 35 тисяч вольт .Під цією напругою струм потрапляє в проводи районної розподільної мережі , яка сполучає головну знижувальну підстанцію з порівняно близькими місцями споживання . У кожному такому місці встановлюють вторинні знижувальні підстанції, тобто трансформатори , які знижують напругу до 3 , 6 або до 10 тисячі вольт .Звідси по проводах місцевої розподільної мережі струм потрапляє в численні трансформаторні пункти , які є на окремих заводах або обслуговують невелику групу будинків , а іноді й один великий будинок . Тут напруга знижується до 127 , 220 або 380В і під цією низькою напругою енергія подається в окремі квартири , до верстатів тощо , по так званій внутрішній мережі .
Звичайно електрична енергія передається майже виключно у вигляді змінного струму високої напруги . Але розрахунок показує , що передавати її у вигляді постійного струму високої напруги набагато вигідніше , бо це потребувало б проводів з перерізом , а отже , й вагою в 1,5 рази меншими , а при далеких відстанях передачі (на тисячі кілометрів) це дуже істотний момент . Використання постійного струму замість змінного гальмується тим , що досі не знайдено способу добування потужних постійних струмів високої. напруги і не існує способів трансформації напруги постійного струму Це одне з дуже важливих завдань , які стоять перед електротехнікою.
У наш час електричні вимірювання й електричні прилади посідають одне з чільних місць у житті цивілізованого людства . За частотою застосувань електричні вимірювання поступаються хіба що лише вимірюванням довжини , маси та температури . Електричні вимірювання застосовуються не лише для вимірювань власне електричних величин (напруги, струму, потужності, енергії, опору, частоти, зсуву фаз, ємності та ряду магнітних величин), а й при використанні перетворювачів для вимірювання багатьох неелектричних величин (тиску, температури, швидкості, параметрів вібрації, рівня рідин та сипучих матеріалів, витрати рідин та газоподібних речовин, величин потужних деформацій , відстаней тощо).
Найбільшого розмаїття електровимірювальних приладів досягнуло в енергетиці . Без застосування електровимірювальних приладів була б неможливою робота сучасних електричних станцій , де нормальна дія кожного енергоблоку може підтримуватись персоналом лише на основі аналізу інформації , що находять від багатьох десятків (а іноді й сотень)приладів , які контролюють безліч параметрів енергоблоку. При цьому чи не найбільша частина цих електричних приладів контролює неелектричні величини .
В енергетиці електровимірювальні прилади використовують не тільки для поточного контролю роботи енергообладнання, а й для пошуку його пошкоджень. Причому саме за допомогою електричних вимірювань візуально недосяжні пошкодження обладнання знаходять найвище й найточніше. Потенціальні можливості промисловості , що виробляє електровимірювальні прилади , в Україні надзвичайно великі й значною мірою перевищують потреби країни у цих приладах .
Важко уявити нашу працю і побут без електрики . Її широко використовують у промисловості , на транспорті , у зв’язку , в медицині й мистецтві . Електрика дозволила створити нові технології виробництва і матеріали , яких немає в природі.