курсовая. Литература 2 введение роль электротехники в развитии народного хозяйства
 Скачать 431.9 Kb.
|
|
1 СОДЕРЖАНИЕ Введение. Роль электротехники в развитии народного хозяйства. Основная часть Назначение стабилизированного источника питания, его применение Схема стабилизированного источника питания Устройство стабилизированного источника питания Изготовление печатных плат. Принцип действия. Технология монтажа. Инструменты и материалы Техника безопасности, пожарная безопасность. Материалы. Литература 2 ВВЕДЕНИЕ Роль электротехники в развитии народного хозяйства С давних времен человек использовал силы природы: силу падающей воды, затем энергию, открытую в каменном угле. Использовать эту энергию удавалось только в непосредственной близости от места установки водяного колеса мельницы или паровой машины, удаляясь от двигателя не более, чем на длину трансмиссионного вала или ременной передачи. И только благодаря многолетним работам ученых в области электричества удалось разрешить проблему передачи энергии на расстояния. Прежде всего, свойства электрического тока в начале девятнадцатого века были использованы для передачи сигналов телеграфии. Сложнее было с передачей по проводам значительных мощностей. Однако быстрый рост промышленности во второй половине девятнадцатого века в основных странах Европы и Америки стимулировал развитие электрических станций постоянного тока, обслуживающих общественные здания, фабрики, заводы, улицы и т.п. Район их действия ограничивался только потребителями, находящимися в непосредственной близости от станции. На смену старым источникам света пришли источники электрического освещения. Большую роль, при этом, сыграли работы Павла Николаевича Яблочкова над созданием электрического источника света. Внимание Яблочкова привлекла открытая русским физиком В.В. Петровым электрическая дуга. Проф. В.В. Петров, открывший электрическую дугу в 1802 году в Петербурге, и Гемфри Деви, демонострировавший ее девять лет спустя в Лондоне, прежде всего обратили внимание на яркость светового явления, и оба крупнейших физика своего времени указали на возможность применения ее для освещения. Однако прошло несколько десятков лет прежде, чем электрическая дуга получила практическое применение в качестве источника света… 3 Первыми электрическими источниками света, использующими дугу, были т.н. “регуляторы”. Ввиду сложности и дороговизны “регуляторы” не получили практического применения. Вопрос о практическом электрическом источнике света впервые решил Яблочков в 1876 г. изобретением своей “электрической свечи”. В свече Яблочкова нет никаких механизмов. Она состоит из двух угольных стержней, разделенных прослойкой какого либо огнеупорного изолирующего материала, например каолина, гипса и т.п., испаряющегося под действием электрической дуги. Узкая прослойка изолирующего вещества держит угли на неизменном расстоянии лучше, чем сложный регулятор, достигающий этого лишь приблизительно. Свеча Яблочкова получила в свое время широкое применение. Яблочков работал также над занимавшей в то время многих электриков проблемой дробления света питания нескольких светильников от одного источника тока. Для решения этой проблемы Яблочков пошел по пути применения переменного тока, создав впервые трансформатор. На это изобретение Яблочков получил привилегию в 1876 г. На основе трансформатора Яблочков разработал принцип распределения переменного тока. Принцип распределения переменного тока, предложенный Яблочковым лежит в основе развития современных электрических сетей. В это же время, другой русский электрик Александр Николаевич Лодыгин создал лампу накаливания, вытеснившую впоследствии “свечу Яблочкова”. Появление таких практических источников света как лампа накаливания в большой степени способствовало развитию электрических сетей. В тот же, примерно, период, когда работали Яблочков и Лодыгин, русский военный инженер Ф.А. Пироцкий впервые в 1874 г. показал возможность передачи электрической энергии, осуществив передачу 6 л.с. на расстояние около одного километра. В 1877 г. Пироцкий напечатал в “Инженерном журнале” статью, в которой пришел к выводу о возможности передачи электрической энергии на большие расстояния. К сожалению, 4 опыты Пироцкого не привлекли особого внимания и были забыты В 1882 г. возможность передачи электрической энергии продемонстрировал также французский инженер Марсель Депре, передавший энергию водяной турбины на расстояние 57 км на Мюнхенскую выставку, где приводился в действие насос мощностью 1/2 л. с. (КПД передачи всего 22%). Современники, получившие известие об опытах Депре, придавали большое значение передаче электроэнергии на дальние расстояния. Однако потребовалась разработка ряда теоретических вопросов и производство многих исследований, прежде чем осуществилось то, чего ждали от электропередачи. Первую теорию передачи электроэнергии дал русский ученый Д.А. Лачинов. Этот труд, названный “электромеханическая работа” был напечатан в 1880 году в журнале “Электричество” (№ 1). Кстати, ряд довольно интересных статей из журнала "Электричество" рубежа XIX- XX вв. в наше время было опубликовано журналом "Новости электротехники" в 2001м году. Большим толчком в развитии передачи электроэнергии явилось создание русским инженером М.О. Доливо Добровольским систем трехфазного тока и асинхронного двигателя. Им же были сконструированы трехфазный синхронный генератор и трехфазный трансформатор. Таким образом Доливо Добровольским были изобретены и разработаны все элементы для трехфазной передачи энергии и для распределения энергии. Это позволило ему впервые в 1891 году осуществить достаточно мощную трехфазную передачу. Энергия передавалась от гидроэлектростанции мощностью 300 л.с. на расстояние 178 км при напряжении 30000 В с КПД 77%. Технические и экономические преимущества трехфазного тока высокого напряжения привели к широкому строительству электропередач и сетей. В 1908 -1910 гг. появились первые передачи напряжением 110 кВ. Затем появились линии с напряжением 150 кВ, а в 1923 г. были построены 5 линии с напряжением 220 кВ. В конце тридцатых годов осуществлена электропередача длиною 155 км при напряжении 287 кВ от гидроэлектростанции Boulder Dam в Лос Ажелос. Затем наивысшим напряжением для электропередач явилось напряжение 500 кВ, которое было впервые применено для передачи электроэнергии от Волжской ГЭС им. В.И. Ленина в Москву. Следующим напряжением электропередач переменного тока стало 750 кВ (Конаковская ГРЭС – Москва, Москва – Ленинград, Донбасс – Западная Украина, в Канаде и США электропередачи 735 765 кВ), а постоянного тока 800 кВ (Волгоград Донбасс), а затем 1150 кВ переменного тока и 1500 кВ постоянного тока. Особенно интенсивно энергетика развивалась в начале 50х годов после восстановительных работ по ликвидации разрушений, причиненных войной. В 1956 – 1960 гг. были введены в эксплуатацию ЛЭП 500 кВ от Волжских гидроэлектростанций на Москву и на Урал. Затем появились первые в мире электропередачи 750 кВ (60 – 70е годы) и несколько позже ЛЭП переменного тока 1150 кВ. Электропередачи 750 кВ переменного тока имеются также в США, Канаде и Бразилии. Сооружаются также электропередачи высокого напряжения постоянного тока. Применение этих электропередачи рассматривается в следующих направлениях: а) транзитная передача больших мощностей от удаленных источников энергии к центрам нагрузки; б) межсистемная связь; в) кабельные глубокие вводы в города; г) вставки постоянного тока. Первая опытно промышленная передача Кашира – Москва с кабельной линией 100 км, мощностью 30 МВт и напряжением 200 кВ была введена в 1950 г. В 1954 г. была введена в эксплуатацию кабельная однополюсная ЛЭП постоянного тока длиной 98 км, напряжением 100 кВ, мощностью 20 МВт, соединяющая остров Готланд с энергосистемой Швеции; линия проложена по дну Балтийского моря. В 1962 г. была построена ЛЭП постоянного тока Волгоград – Донбасс мощностью 720 МВт, напряжением ±400 кВ и длиной 6 475 км. В дальнейшем сооружались и строятся ЛЭП постоянного тока в различных странах. Кроме функции транспорта энергии электропередачи решают задачу – образование электрических систем. Независимо от развития путей выработки электроэнергии и техники передачи электрической энергии системообразующая функция электропередач будет оставаться весьма важной и существенной. В один из осенних дней 1838 г. Жители Петербурга, проходящие по набережной Невы, невольно остановилисьи с интересом смотрели на реку. По ней против течения плыла большая лодка необычного вида. На На лодке не было не гребцов, ни весел. Не походила она и на пароход. У судна были гребные колеса, но не было трубы, не было слышно звука парового двигателя. Какая – то сила вращала гребные колеса и судно быстро двигалось по реке преодолевая сильное встречное течение. Это испытывалось первое в мире судно, приводимое в движение электрическим мотором; ток для него давала мощьная батарея гальванических элементов. Одним из первых такой двигатель создал в 1834 г. Русский ученый и изобретатель Б. С. Якоби. Его двигатель состоял из вращающегося диска, по окружности которого были закреплены электромагниты. Такие же электромагниты были закреплены по окружности неподвижной рамки. Когда включался электрический ток подвижные и неподвижные магниты притягивались друг к другу, и диск начинал вращаться. Почти четыре года совершенствовал Якоби свое изобретение, прежде чем решил его продемонстрировать, наконец все сомнения отпали, и осенью 1838 г. Новый электрический двигатель был успешно испытан на Неве. Так был создан практически пригодный электрический двигатель работающий на постоянном токе. Вскоре появились и другие, более совершенные двигатели и генераторы электрического тока. Современная жизнь не мыслима без электрических двигателей Они 7 работают повсюду: в шахте и на железной дороге, в квартире и на фабрике, на подводной лодке и теплоходе. Они во многом облегчают нашу жизнь. Электричество помогло осветить города, благодоря электричеству появились новые технические процессы – электротермическая обработка, электрохимия, электросварка. Электричество открыло широкие пути автоматике. Электрическая энергия дала миру также современную связь – быструю и надежную. Благодакря работам американца С. Морзе, русского ученого П. Л. Шиллинга и других был создан телеграф. В 1876 г. Американец А. Белл создал телефон. Таким образом, развитие электротехники сильнейшим образом повлияло на все отрасли народного хозяйства, электрические двигатели пришли на смену паровым, появление новых отраслей производства связанных с электричеством позволило значительно расширить возможности производства. Благодоря электроэнергии выросли объемы и скорость производства, облегчился ручной труд, что повлекло за собой глобальное расширение объемов производства и научно – технического прогресса. Электричество поставило производство и народное хозяйство не новый уровень, предоставив человечеству новые возможности и поставив перед ним новые вопросы и задачи. А сегодня электоэнергетика является составляющей частью энергетического комплекса Украины. Она влияет не только на развитие народного хозяйства, но и на территориальную организацию производственных сил. Строительство мощных линий электропередач дает возможность осваивать топливные ресурсы независимо от отдаленности районов потребления. Достаточное количество электроэнергии притягивает к себе предприятия и производства, в которых доля топливно-энергетических затрат в себестоимости готовой продукции значительно больше по сравнению с традиционными отраслями промышленности. Электроэнергетика имеет большое значение для специализации 8 районов. В ряде районов Украины (Донбасс, Приднепровье) она определяет их производственную специализацию, является основой формирования территориально-производственных комплексов. Электроэнергетика – капиталоемкая составляющая топливно-энергетического комплекса какой- либо страны, его базовая отрасль. Ей отводится ведущая роль в развитии научно-технического прогресса. В развитии и размещении электроэнергетики в Украине определяющими являются такие принципы: концентрация производства электроэнергии вследствие строительства больших районных электростанций, которые используют дешевое топливо и гидроэнергоресурсы; комбинирование производства электроэнергии и тепла с целью теплоснабжения городов и индустриальных центров; широкое освоение гидроэнергоресурсов с учетом комплексного решения задач электроэнергетики, транспорта, водоснабжения, ирригации и рыбной промышленности; опережающее развитие атомной энергетики, особенно в районах с напряженным топливно-энергетическим балансом. Размещение электроэнергетики зависит в основном от двух факторов: наличия топливно-энергетических ресурсов и потребителей электроэнергии. Сейчас почти треть электроэнергии производится в районах потребления и больше 2/3 потребляется в районах ее производства. Пока что место строительства ДРЕС выбирают на основании сравнения экономических показателей транспортировки топлива и электроэнергии с учетом экологической обстановки. Технический прогресс может резко изменить географию электростанций. Если ученые создадут высокоэффективные методы транспортировки электроэнергии на большие расстояния, то строительство ДРЕС будет происходить в большинстве случаев в восточных районах Украины. Электроэнергия производится по большей части за счет не возобновляемых источников – угля, нефти, природного газа. Возобновляемым источником энергии является гидроэнергетика. 9 Все электростанции Украины разделяют на четыре вида. В основу разделения входит используемый ресурс: - тепловые электростанции, которые работают на твердом, жидком и газообразном топливе. Их разделяют на конденсатные и теплоэлектроцентрали; - гидравлические, которые используют соответствующие гидроресурсы и разделяются на гидроэлектростанции, гидростимулирующие и приливные; - атомные, которые используют обогащенный уран или другие радиоактивные элементы; - электростанции, которые используют нетрадиционные источники энергии. Среди них самыми перспективными являются ветровые, солнечные. Самыми распространенными в Украине являются тепловые электростанции, которые по характеру обслуживания потребителей являются районными (ДРЭС). Они производят почти 2/3 всей электрической энергии. За последние 30 лет мощность тепловых станций выросла в 5 раз. Доля угля в структуре топлива, которое используется ТЭС, - велика. Преимуществом ТЕС является относительно произвольное размещение, стоимость капиталовложений вдвое меньше по сравнению с ГЭС. Самыми большими ДРЭС в Украине являются Углегорская, Старобешевская, Кураховская, Словянская (Донецкая обл.), Кривоозерская-2, Приднепровская (Днепропетровская обл.), Бурштынская (Ивано-Франковская обл.), Запорожская, Ладыжынская (Винницкая обл.), Трипольская (Киевская обл.) и др. Далее по значимости идут теплоэлектроцентрали. Их строят возле потребителя, поскольку радиус транспортировки тепла небольшой (10-12 км), зато коэффициент полезного использования тепла составляет почти 70%, тогда как на ТЭС – только 30-35%. Теплоэлектроцентрали обогревают свыше 25 городов Украины. Самая большая из них – Киевская ТЭЦ-5 (700 тис квт.), Дарницкая (Киев) , Киевская ТЭЦ-6, Харьковская ТЕЦ-5, Одесская, Калужская, Краматорская и др. Атомная энергетика стала отдельной отраслью энергетики после второй мировой войны. Сегодня она играет важную роль в электроэнергетике. Атомные электростанции используют 10 транспортабельное топливо – уран. Их располагают независимо от топливно- энергетического фактора и ориентируются на потребителей в районах с напряженным топливно-энергетическим балансом. Поскольку атомные электростанции очень водоемкие, их сооружают возле водных источников. К наибольшим экспортерам урановых концентратов принадлежат Канада, Австралия, ЮАР, Бразилия, США. Атомные электростанции по характеру используемого топлива не связаны с месторождениями его добычи, что обеспечивает широкий маневр их размещения. АЭС ориентированны на потребителей, особенно на районы с ограниченными ресурсами топлива и гидроэнергии. В Украине работают несколько мощных атомных электростанций – Запорожская, Южноукраинская, Ровненская, Хмельницкая, Чернобыльская. Под натиском общественности было остановлено строительство Крымской, Чигиринской, Харьковской АЭС и Одесской атомной ТЭЦ. Гидроэлектростанции являются одним из самых эффективных источников электроэнергии. Преимущества ГЭС состоят в том, что они производят электроэнергию, которая в 5-6 раз дешевле, чем на ДРЭС, а персонала, их обслуживающего в 15-20 раз меньше, чем на АЭС. Коэффициент полезного действия ГЭС составляет свыше 80%. Однако, их размещение полностью зависит от природных условий, а производство электроэнергии носит сезонный характер. Строительство ГЭС на равнинных реках Украины приносит значительные материальные убытки, поскольку требует затопления больших территорий, которые используются под водохранилища. Пока что гидроэнергетика занимает незначительное место в энергетике Украины – почти 9% мощностей и 4% производства электроэнергии. Основные электростанции расположены на Днепре. Это – Днепрогес, Кременчугская, Каховская, Днепродзержинская, Каневская, Киевская. На Днестре построена Днестровская ГЭС – ГАЭС, в Закарпатской области – Требле- Рицкая ГЭС. Кроме них, на маленьких речках действуют около 11 сотни электростанций небольшой мощности, большинство из них принадлежат к государственной энергосистеме. Специфическую роль играют гидроаккумуляторные электростанции (ГАЭС): Киевская, Днестровская и Запорожская (Днепрогес-2). С их помощью можно успешно разрешать проблему обеспечения потребителей электроэнергией в пиковые часы. Действуя по принципу перемещения одного объема воды между двумя бассейнами, расположенными на разных уровнях высоты, ГАЭС работают как помпы. Самая важная тенденция в развитии электроэнергетики - объединение электростанций в энергосистемы, которые осуществляют производство, транспортировку и распределение электроэнергии между потребителями. Создание энергосистем определяется необходимостью обеспечения ритмичного обеспечения потребителей электроэнергией, производство и потребление которой имеет не только сезонные, но и суточные колебания. Энергосистемы дают возможность маневрировать производством электроэнергии как во времени, так и в пространстве. Несовпадение пиковых нагрузок в отдельных частях энергосистем позволяет при необходимости перебрасывать электроэнергию во встречных направлениях с запада на восток и с юга на север. При транспортировке электроэнергии на значительное расстояние ее потери неминуемы, и они увеличиваются при увеличении расстояния, зато могут уменьшаться при увеличении напряжения передачи. Так, строительство высоковольтных линий – вопрос очень актуальный. В Украине существует объединённая энергосистема, к которой принадлежат все большие электростанции: Донбасская, Днепровская, Харьковская, Киевская, Крымская, Львовская, Винницкая и Одесская. Объединённая энергосистема связана с энергосистемой «Мир», а также с энергосистемами соседними с Украиной государств. В 1995 г. производство электроэнергии в Украине составило 194,0 млрд. кВт.час. Важной народнохозяйственной проблемой в топливно- энергитическом комплексе является преодоление нехватки так называемых регуляционных мощностей, 12 которая приводит к отключению в час «пик» ряда предприятий, а также, к значительным потерям, что стало характерным для осенне-зимнего периода 1994-1995 гг. Чтобы предотвратить это, необходимо наращивать мощности базовых тепловых электростанций. Например, стоимость топлива, использованного для производства электроэнергии в 1992 г. в Украине, составляла, млн. дол. США: угля – 734, мазута – 693. Урана – 140, газа – 2424. Стоимость топлива на производство 1 кВт.час электроэнергии составила, дол. США: угля – 0,012, мазута – 0,018, нефти – 0,026, урана – 0,18, газа – 0,32. Нерентабельность производства электроэнергии в Украине (т.е. отношение себестоимости электроэнергии, изготовленной с этого энергоисточника в Украине, к её мировой себестоимости) составляет, %: угля – 58, газа – 155, мазута – 95 – 125, урана –89, воды – 24. Что касается электростанций, которые работают на угле, то они очень рентабельные – себестоимость их 1 кВт.час элекроэнергии составляет 58% мировой себестоимости. Причиной этого является невыполнение ТЭС экологических требований и загрязнение окружающей среды. Производство электроэнергии с газа является крайне невыгодным и нерентабельным, поэтому целесообразно перевести электростанции, работающие с угля, на производство электроэнергии с угля. Вместе с тем, если газ использовать в парогазовых установках (ПГУ), которые в настоящее время имеют КПД на уровне 50 – 52%, то себестоимость 1 кВт.час электроэнергии, произведённой на газовом топливе, значительно снизится. Если учесть экологические аспекты ПГУ, то рентабельность газовых ТЭС очень приблизится к угольным. В этом случае не следует предоставлять полный приоритет развитию угольных и угольно-газовых электростанций с ПГУ. На первых этапах следует ориентироваться на газовой ТЭС с ПГУ. При условии конверсии машиностроение Украины сможет обеспечить в кратчайшие сроки производство и внедрение в электроэнергетику современных ПГУ, способных успешно конкурировать на мировом рынке. В стратегии развития энергетики необходимо также определить место энергоустановок с 13 неизотермическими процессами выпаривания и конденсации, которые исследуются и производятся в Украине. Эти энергоустановки реализуют принципиально новую технологию превращения тепла в работу, которая не имеет аналогов в мировой науке и практике. КПД энергоустановок с неизотермическими процессами выпаривания и конденсации составляет 59 – 60%. Благодаря этому себестоимость газовых электростанций сравнивается с угольными, даже по стоимости горючего. Если принять во внимание другие преимущества данных энергоустановок, то газовые ТЭС даже превышают угольные по своей рентабельности. Удовлетворение нужд электроэнергии предвидится осуществить благодаря всестороннему энергосбережению, реконструкции и техническому перевооружению действующих мощностей, сооружение новых электростанций в том числе и введению в действие по одному блоку на Хмельницкой, Ровненской и Южно-Украинской АЭС. Перспективы развития и размещения ТЭК связаны со многими факторами. Это увеличение масштабов геологических и географических изысканий на территории Украины традиционных видов горючего – нефти, газа в Донецко- Приднепровской впадине, в Причерноморской равнине, в Прикарпатье и Закарпатье. В старопромышленных районах увеличение добычи можно достичь за счёт применения современных технологий, откачки нефти из недр. В Донецком бассейне имеют смысл стабилизировать добычу угля. Поскольку в Донбассе шахтное оборудование значительно устарело, необходимо технически переоснастить и перестроить его предприятия. Следует проводить реконструкцию атомной электроэнергетике на новой технологической основе, создавать энергоблоки, которые использовали бы уран низкого обогащения, вырабатываемые на наших обогатительных фабриках Приднепровья и Прикарпатья. Разумно строить новые блоки средних по мощности АЭС под землёй с многократным уровнем техники безопасности, как это делается за рубежом. Их захоронение после окончания эксплуатации не потребует много времени и средств. По мере наращивания 14 мощностей атомной энергетики, появилась бы возможность применение решительных шагов по закрытию нерентабельных шахт Донбасса с одновременным открытием новых на перспективных площадях. Необходимо увеличить производство электроэнергии с нетрадиционных источников: с отходов сельского хозяйства изготовляют биотопливо, которое в больших масштабах практикуется странами Латинской Америки и Африки. По подсчетам специалистов, Украина биотопливом может обеспечить больше чем на половину нужд своего автомобильного транспорта. А также целесообразно использовать энергию маленьких речек, силу ветра, энергию солнца, морских волн, сероводорода вод Чёрного моря, метана шахт Донбасса. Ветровые электростанции могут дать мощность, которая равняется 22 Днепрогрессам, волновой электростанции Чёрного и Азовского морей, по подсчетам учёных, могут произвести до 17 млрд. кВт.час в год. Структурная перестройка народного хозяйства, экономное использование видов топлива и энергии, и внедрение экономических стимулов будет благоприятствовать уменьшению энергоемкости национального продукта. Сегодня в Украине нет механизма стимулирования уменьшения потребления энергоносителей, который должен включать государственную систему энергосбережения на долгосрочную перспективу, систему стандартов и нормативов затрат топливно-энергетических ресурсов, отчетность об энергопотреблении. Таким образом, электричество сыграло важнейшую роль в развитии человечества и его истории, электротехника продолжает изменять жизнь общества, внося в нее все более значительные коррективы. Исходя из вышеизложенного материала смело можно предположить, что в будущем значение электричества для людей будет все больше возрастать. 15 |