Лекция № 2. Электрические цепи и устройства постоянного тока

1.

Лекция № 2.
Электрические цепи и устройства
постоянного тока

2.

2.1 Передача энергии от источника к потребителю.
2.2 Пропускная способность, потери напряжения и
мощности линии электропередачи постоянного
тока.

3.

2.1 Передача энергии от источника к
потребителю.

4.

Постоянный
электрический
ток
–
направленное
упорядоченное движение элементарных (материальных)
частиц, несущих электрические заряды.
Постоянный ток - не изменяется во времени, т. е. постоянен
по направлению и величине.
I = Q / t.

5.

Передача энергии от источника к потребителю

6.

Электроэнергия необходима повсюду.
Размещение крупных ТЭС и АЭС – за пределами жилых
зон.
Теплоэлектростанции выгоднее строить там, где топливо
дешевле,
иначе
стоимость
электроэнергии
будет
неоправданно высокой.
Потребители электроэнергии
электростанций.
–
часто
далеко
от

7.

Передача электроэнергии от мест её производства к
потребителям должна осуществлятся с минимальными
потерями.
Причина присутствия потерь – превращение части
электроэнергии во внутреннюю энергию проводов, их
нагрев.
Согласно закону Джоуля-Ленца, количество теплоты Q,
выделяемое за время t в проводнике сопротивлением R при
прохождении тока I , равно:

8.

Для уменьшения нагрева проводов необходимо
уменьшать силу тока в них и их сопротивление.
Уменьшить сопротивление проводов возможно увеличивая
их диаметр.
Но, очень толстые провода, висящие между опорами линий
электропередач, часто обрываются под действием силы
тяжести, особенно, при снегопаде.
Кроме того, при увеличении толщины проводов растёт их
стоимость, а они сделаны из относительно дорогого
металла, меди.
Эффективнее минимизировать энергопотери при передаче
электроэнергии путем уменьшения силы тока в проводах.

9.

Т.о., чтобы уменьшить нагрев проводов при передаче
электроэнергии на дальние расстояния, необходимо сделать силу
тока в них как можно меньше.
Как известно, мощность тока равна произведению силы тока на
напряжение. Значит, для сохранения мощности, передаваемой на
дальние расстояния, надо во столько же раз увеличить
напряжение, во сколько была уменьшена сила тока в проводах.
Пусть P - мощность, передаваемая потребителю электроэнергии
при напряжении в сети, равном U. Если в законе Джоуля-Ленца
силу тока I заменить на P/U, то он преобразуется в :

10.

Из этого следует, что при постоянных значениях
передаваемой мощности тока и сопротивления проводов потери
на нагрев в проводах обратно пропорциональны квадрату
напряжению в сети. Например, при увеличении напряжения в 10
раз потери электроэнергии при её передаче уменьшатся в 100 раз.
Поэтому для передачи электроэнергии на расстояния в несколько
сотен
километров
используют
высоковольтные
линии
электропередач (ЛЭП), напряжение между проводами которых
составляет десятки, а иногда сотни тысяч вольт.
Высокое напряжение опасно для жизни, и поэтому
напряжение в электрических сетях потребления последовательно
уменьшают на трансформаторных подстанциях: сначала до 440 кВ для магистральной сети, разводящей электроэнергию по
улицам и дорогам, а потом до 120-240 В для распределительной
сети бытовых и коммерческих потребителей.
С помощью ЛЭП соседние электростанции объединяются в
единую сеть, называемую энергосистемой.

11.

Таким образом, электропередачи постоянного тока
осуществляются с помощью высоковольтных ЛЭП и
предназначаются для:
• транспорта больших количеств электроэнергии на дальние
расстояния,
• передачи мощности через большие водные пространства по
кабельным линиям,
• связи между энергосистемами

12.

Преимущества линий электропередач постоянного тока
состоят в следующем:
1. Высоковольтные ЛЭП постоянного тока могут оказаться
более экономичными при передаче больших объёмов
электроэнергии на большие расстояния
2. Предел передаваемой мощности по линии не зависит от ее
длины и значительно больше, чем у линий электропередач
переменного тока;
3.Снимается понятие предела по статической устойчивости
(способности восстанавливать исходное состояние (режим)
после малых его возмущений), характерное для воздушных
линий электропередачи переменного тока;
4.
Энергосистемы,
связанные
воздушные
линии
электропередачи
постоянного
тока
могут
работать
несинхронно или с различными частотами;
5. Требуется лишь два провода вместо трех или даже один,
если использовать в качестве второго землю.

13.

Основным недостатком высоковольтной ЛЭП постоянного
тока является необходимость преобразования типа тока из
переменного в постоянный и обратно.
Вырабатывается
переменный ток
Передаётся
постоянный ток
Используется
выпрямитель
Потребляется
переменный ток
Используется
инвертор
Выпрямитель
—
устройство,
предназначенное
для
преобразования энергии источника переменного тока в
постоянный ток
Инвертор — устройство, задача которого обратная
выпрямителю, то есть преобразование энергии источника
постоянного тока в энергию переменного тока

14.

Используемые
для
преобразования
устройства
(выпрямители, инверторы) требуют дорогостоящего ЗИП
(запасные инструменты и принадлежности), так как,
фактически, являются уникальными для каждой линии.
Преобразователи тока дороги и имеют ограниченную
перегрузочную способность. На малых расстояниях потери в
преобразователях могут быть больше чем в аналогичной по
мощности ЛЭП переменного тока.

15.

2.2 Пропускная способность, потери
напряжения и мощности линии
электропередачи постоянного тока.

16.

Пропускная способность линии электропередачи —
максимальная передаваемая по линии мощность, которая может
быть передана без ограничения длительности режима передачи
электроэнергии и при соблюдении всех требований
эксплуатации (ограничения плотности тока в проводах,
ограничения
колебаний
напряжения
и
обеспечения
устойчивости режима).
Пропускная способность мощности линии постоянного тока
определяется значением и разностью напряжений по концам
линии, ограничивается активными сопротивлениями линиями и
концевых устройств, а также мощностью преобразовательных
подстанций.
Однако
пропускная
способность
мощности
линии
постоянного тока значительно больше, чем у линии переменного
тока.

17.

Нагрев током проводов при передаче электрической энергии и
нагрев обмоток электрических машин при их работе –
отрицательное явление, т.к. создает бесполезные затраты - потери
электрической энергии, а при чрезмерной загрузке проводов
возможен преждевременный выход из строя электроизоляции
проводов и пожар.
Размер потерь электроэнергии определяется в соответствии с
законом Джоуля-Ленца.
Потери электроэнергии
(Вт·ч) и электрической мощности
(Вт) при передаче энергии постоянным током определяют по
следующим формулам:
где l- сила тока, протекающего по проводам , А;
R – сопротивление одного провода, Ом;
t - время протекания тока, ч.