Что относится к электричеству
Системы электроснабжения. Характеристики и состав. Классификация потребителей.
Системы электроснабжения производственных, жилых и общественных объектов не включают конечные источники потребления, так как ориентированы на получение, преобразование и распределение тока от организации, занятой энергоснабжением. Это обязательный атрибут функционирования любых зданий, так как все торговые, промышленные, бытовые, общественные и остальные потребности непосредственно сопряжены с электротехническим оборудованием. Обязательно требуется проектировать систему энергоснабжения в ряде случаев:
Возможен вариант с подготовкой техзадания для работы на внутренних сетях и электрооборудовании. В таком случае требуется только рабочая документация.
Характеристики систем
Системы электроснабжения – это совокупность источников, а также систем преобразования, распределения и трансляции электричества. Без использования электрической энергии сложно представить обычную жизнь и работу в современном мире. Электроэнергия стала частью каждой сферы деятельности и быта людей. Важнейшей особенностью электроэнергии стало достаточно простое производство, трансляция и трансформация.
Электросеть оборудована специальными линиями передач, посредством которых реализовано соединение подстанций. Несколько таких линий подходит к ним. Внутри подстанций реализовано преобразование напряжения, получаемого на входе, а также перераспределение потоков электроэнергии между подходящими линиями.
Структура сети способна динамически изменяться посредством специальных коммутаторов. Это необходимо для того, чтобы в процессе проведения ремонтных работ или возникновения аварийных ситуаций можно было отключить определенную линию. Отсутствие потребителей у СЭ объясняется тем, что они необходимы для того, чтобы передавать электричество к ним в соответствии с установленными нормами и стандартами.
Основной обязанностью систем является надежность, а среди остальных называют безопасность, качество, экономичность, стандартизацию, удобство и экологичность.
Состав систем
Трехфазная СЭ представляет собой сложный конгломерат, состоящий из множества понятий, ответственности и большого количества установок.
Состав систем электроснабжения:
Для систем электроснабжения выделяется несколько базовых характеристик:
Режимы работы;
У каждой системы электроснабжения обязательно есть собственная защита от любых внештатных ситуаций. Название такой защиты – релейная. Она устроена достаточно сложно.
Принято выделять три базовых режима работы для нее:
Виды систем
Каждая система электроснабжения может классифицироваться на виды:
Если брать в расчет возможности обеспечения питания от энергетической системы, реализуемые функции, величины и режимы потребления электрической энергии, правила пользования, мощности, множество потребителей, то СЭ можно классифицировать на несколько категорий:
К системам электроснабжения предъявляются определенные требования:
Любой используемый в сети приемник электроэнергии необходим для работы в определенных параметрах. Это касается таких показателей, как напряжение, номинальный ток, частота и прочих.
Качество электрической энергии, поставляемой посредством сети, определяется совокупностью ее особенностей, соблюдение которых требуется для сохранения нормальной работы электроприемника и выполнения его назначения.
Достижение экономичного резервирования в системах электроснабжения учитывается перегрузочная способность оборудования, возможность выполнения плановых ремонтных работ. при возникновении аварийных ситуаций предусматривается автоматическая или ручная разгрузка от потребителей, которые считаются неответственными.
Классификация потребителей
Разнообразные и многочисленные потребители электрической энергии принято разделять на четыре крупных вида:
Предприятия сферы промышленности, которые являются потребителями электрической энергии, можно классифицировать по нескольким признакам:
Существует 12 категорий, для определения конкретной требуется знать общую величину годового плана по трудоемкости ремонта оборудования и сетей предприятия. Этот параметр служит для отражения сложности и масштабов хозяйства.
Большинство промышленных предприятий, которым необходима электроэнергия, находятся в городах. В любой стране города стали основными потребителями. С точки зрения поставок электрической энергии подразделяется на зоны:
Здания гражданского назначения формируют базу городской застройки. Среди них выделяют объекты непроизводственной сферы: общежития, жилые дома, торговые площадки, гостиницы, предприятия общепита, образовательные учреждения, коммунальные хозяйства.
При разработке проекта электроснабжения опорными сведениями для выбора системы электроснабжения становятся электроприемники, находящиеся в планах предприятия или города, определяющие характер и величину электрических нагрузок, надежность.
Электричество
 Классическая электродинамика | ||||||||||||
 | ||||||||||||
| Электричество · Магнетизм | ||||||||||||
| ||||||||||||
| См. также: Портал:Физика |
Содержание
История
В 1820 году датский физик Эрстед на опыте обнаружил электромагнитное взаимодействие. Замыкая и размыкая цепь с током, он увидел колебания стрелки компаса, расположенной вблизи проводника. Французский физик Ампер в 1821 году установил, что связь электричества и магнетизма наблюдается только в случае электрического тока и отсутствует в случае статического электричества. Работы Джоуля, Ленца, Ома расширяют понимание электричества. Гаусс формулирует основную теорему теории электростатического поля (1830).
Опираясь на исследования Эрстеда и Ампера, Фарадей открывает явление электромагнитной индукции в 1831 году и создает на его основе первый в мире генератор электроэнергии, вдвигая в катушку намагниченный сердечник и фиксируя возникновение тока в витках катушки. Фарадей открывает электромагнитную индукцию (1831) и законы электролиза (1834), вводит понятие электрического и магнитного полей. Анализ явления электролиза привел Фарадея к мысли, что носителем электрических сил являются не какие-либо электрические жидкости, а атомы — частицы материи. «Атомы материи каким-то образом одарены электрическими силами», — утверждает он. Фарадеевские исследования электролиза сыграли принципиальную роль в становлении электронной теории. Фарадей создал и первый в мире электродвигатель — проволочка с током, вращающаяся вокруг магнита. Венцом исследований электромагнетизма явилась разработка английским физиком Д. К. Максвеллом теории электромагнитных явлений. Он вывел уравнения, связывающие воедино электрические и магнитные характеристики поля в 1873 году.
В 1880 году Пьер Кюри открывает пьезоэлектричество. В том же году Д. А. Лачинов показал условия передачи электроэнергии на большие расстояния. Герц экспериментально регистрирует электромагнитные волны (1888 год).
В 1897 году Джозеф Томсон открывает материальный носитель электричества — электрон, место которого в структуре атома указал впоследствии Эрнест Резерфорд.
В XX веке была создана теория Квантовой электродинамики. В 1967 году был сделан очередной шаг на пути изучения электричества. С. Вайнберг, А. Салам и Ш. Глэшоу создали объединенную теорию электрослабых взаимодействий.
Теория
Наиболее общая фундаментальная наука, имеющая предметом электрические заряды, их взаимодействие и поля, ими порождаемые и действующие на них (то есть практически полностью покрывающая тему электричества, за исключением таких деталей, как электрические свойства конкретных веществ, как то электропроводность итп) — это электродинамика. Квантовые свойства электромагнитных полей, заряженных частиц итп изучаются наиболее глубоко квантовой электродинамикой, хотя часть из них может быть объяснена более простыми квантовыми теориями.
Электричество в природе
Ярким проявлением электричества в природе служат молнии, электрическая природа которых была установлена в XVIII веке. Молнии издавна вызывали лесные пожары. По одной из версий именно молнии привели к первоначальному синтезу аминокислот и появлению жизни на земле (Эксперимент Миллера — Юри и Теория Опарина — Холдейна).
Для процессов в нервной системе человека и животных решающее значение имеет зависимость пропускной способности клеточной мембраны для ионов натрия от потенциала внутриклеточной среды. После повышения напряжения на клеточной мембране натриевый канал открывается на время порядка 0,1 — 1,0 мс., что приводит к скачкообразному росту напряжения, затем разность потенциалов на мембране снова возвращается к своему первоначальному значению. Описанный процесс кратко называется нервным импульсом. В нервной системе животных и человека информацию от одной клетки к другой передают нервные импульсы возбуждения длительностью около 1 мс. Нервное волокно представляет собой цилиндр, наполненный электролитом. Сигнал возбуждения передается без уменьшения амплитуды вследствие эффекта кратковременного увеличения проницаемости мембраны для ионов натрия.
Образ электричества в культуре
В мифологии существуют боги, способные метать разряды молнии: у греков Зевс, Волгенче из марийского пантеона, Агни — бог индусов, одна из форм которого — молния, Перун — бог-громовержец в древнерусском пантеоне, Тор — бог грома и бури в германо-скандинавской мифологии.
Одной из первых попыталась осмыслить образ электричества Мэри Шелли в драме «Франкенштейн, или Современный Прометей», где оно предстает силой, с помощью которой можно оживлять трупы. В диснеевском мультфильме Чёрный Плащ существует повелевающий электричеством антигерой Мегавольт, а в японской анимации — электрический покемон (Пикачу).
Практическое использование
Начиная с XIX века электричество плотно входит в жизнь современной цивилизации. Электричество используют для освещения [9] (электрическая лампа) и передачи информации (телеграф, телефон, радио, телевидение), а также для приведения механизмов в движение (электродвигатель), что активно используется на транспорте [10] (трамвай, метро, троллейбус, электричка) и в бытовой технике (утюг, кухонный комбайн, стиральная машина, посудомоечная машина).
В целях получения электричества созданы оснащенные электрогенераторами электростанции, а для его хранения — аккумуляторы и электрические батареи.
Сегодня также электричество используют для получения материалов (электролиз), для их обработки (сварка, сверление, резка), умерщвления преступников (электрический стул) и создания музыки (электрогитара).
Хронология основных открытий и изобретений
Примечания
Литература
Полезное
Смотреть что такое «Электричество» в других словарях:
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО — (от греч. elektron янтарь, так как янтарь притягивает легкие тела). Особенное свойство некоторых тел, проявляющееся только при известных условиях, напр. при трении, теплоте, или химических реакциях, и обнаруживающееся притягиванием более легких… … Словарь иностранных слов русского языка
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО — ЭЛЕКТРИЧЕСТВО, электричества, мн. нет, ср. (греч. elektron). 1. Субстанция, лежащая в основе строения материи (физ.). || Своеобразные явления, сопровождающие движение и перемещение частиц этой субстанции, форма энергии (электрический ток и т.п.) … Толковый словарь Ушакова
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО — совокупность явлений, обусловленных существованием, движением и взаимодействием заряженных тел или частиц носителей электрических зарядов. Связь электричества и магнетизма взаимодействие неподвижных электрических зарядов осуществляется… … Большой Энциклопедический словарь
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО — (от греч. elektron янтарь) совокупность явлений, в которых обнаруживается существование, движение и взаимодействие (посредством электромагнитного поля) заряженных частиц. Учение об электричестве один из основных разделов физики. Часто под… … Большой Энциклопедический словарь
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО — ЭЛЕКТРИЧЕСТВО, форма энергии, существующая в виде статических или подвижных ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ. Заряды могут быть положительными или отрицательными. Одинаковые заряды отталкиваются, противоположные притягиваются. Силы взаимодействия между… … Научно-технический энциклопедический словарь
электричество — лепиздричество, электроток, лепестричество, лепистричество, ток, электроэнергия, освещение Словарь русских синонимов. электричество сущ., кол во синонимов: 13 • актиноэлектричество … Словарь синонимов
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО — в самом общем смысле представляет одну из форм движения материи. Обычно же под этим словом понимают или электрический заряд как таковой или самое учение об электрических зарядах, их движении и взаимодействии. Слово Э. происходит от греч. электрон … Большая медицинская энциклопедия
электричество — (1) [IEV number 151 11 01] EN electricity (1) set of phenomena associated with electric charges and electric currents NOTE 1 – Examples of usage of this concept: static electricity, biological effects of electricity. NOTE 2 – In… … Справочник технического переводчика
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО — ЭЛЕКТРИЧЕСТВО, а, ср. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
Электричество — – 1. Проявление одной из форм энергии, присущая электрическим зарядам как движущимися, так и находящимися в статическом состоянии. 2. Область науки и техники, связанная с электрическими явлениями. [СТ МЭК 50(151) 78] Рубрика термина:… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО — совокупность явлений, в которых обнаруживаются существование, движение и взаимодействие (посредством электромагнитного поля) электрических зарядов (см. (4)). Учение об электричестве один из основных разделов физики … Большая политехническая энциклопедия
Что такое электричество
В широком смысле электричество это вся совокупность электромагнитных явлений, представляющих собою различные проявления электромагнитного поля и его взаимодействия с веществом, в узком смысле — употребляется в выражении «количество электричества», представляющем синоним «электрического заряда» при количественном определении последнего.
Так или иначе, проявлений электричества в современном мире очень много. Цивилизацию сегодняшнего дня вообще невозможно представить без электричества. Однако что мы знаем о нем? Давайте освежим в памяти эти сведения.
От электростанции — к электроприбору
Когда мы у себя дома вставляем вилку в розетку, включая электрочайник, или нажимаем на выключатель, привычно желая зажечь электрическую лампочку, то в этот момент мы замыкаем электрическую цепь между источником и приемником электричества, чтобы предоставить электрическому заряду путь для движения, например через спираль чайника.
Внутри генератора намагниченный ротор пересекает провода статора, наводя в них электродвижущую силу (ЭДС), порождающую напряжение между выводами генератора. И это всегда именно переменное напряжение с частотой 50 Гц, поскольку ротор генератора имеет 2 магнитных полюса и вращается с частотой 3000 оборотов в минуту, либо имеет 4 полюса и частоту вращения 1500 оборотов в минуту.
Это и есть напряжение в нашей розетке, которым мы пользуемся каждый день, даже не задумываясь о длинном пути, который преодолевает электричество от электростанции до нашей розетки со скоростью света (299792458 метров в секунду — скорость распространения по проводам электрического поля, которое толкает внутри них электроны, создавая ток).
Переменное напряжение 220 вольт в розетке
Генерируемое для розеток напряжение является переменным потому, что: во-первых, его легко можно трансформировать (понизить или повысить), а во-вторых генерируется оно проще и передается с меньшими потерями в проводах, чем постоянное.
Подавая на провода, к которым присоединен трансформатор, переменное напряжение, мы получаем переменный ток, который гармонически изменяя свое направление 50 раз в секунду, способен генерировать в магнитопроводе трансформатора переменное магнитное поле, которое в свою очередь опять же способно возбуждать электрический ток в проводах вторичных обмоток, обвивающих магнитопровод…
Если бы магнитное поле было постоянным в пространстве, охваченном обмоткой, то ток бы в обмотках просто не навелся (см. закон электромагнитной индукции).
Чтобы получить ток, необходимо изменять магнитный поток в пространстве, тогда вокруг получится электрическое поле, оно станет действовать на электрический заряд, который например может находится внутри медного провода (свободные электроны), расположенного вокруг этого пространства с изменяющимся магнитным потоком.
На данном принципе основана работа как генераторов, так и трансформаторов, с той лишь разницей, что в трансформаторе отсутствуют движущиеся рабочие части: источником переменного магнитного потока в трансформаторе выступает переменный ток первичной обмотки, а в генераторе — вращающийся ротор с постоянным магнитным полем.
И там и там изменяющееся магнитное поле по закону электромагнитной индукции порождает вихревое электрическое поле, которое действует на свободные электроны внутри проводников, приводя эти электроны в движение. Если цепь замкнуть на потребитель — получится ток через потребитель.
Накопление электричества и постоянный ток
Накапливать электричество в быту удобнее всего в форме химической энергии, а именно в аккумуляторах. Химическая реакция меду электродами способна создать ток при замкнутой на потребитель внешней цепи, и чем больше площадь электродов аккумулятора — тем больший ток может быть от него получен, а в зависимости от материала электродов и от количества соединенных последовательно внутри аккумулятора ячеек — генерируемое аккумулятором напряжение может быть разным.
Так, для литий-ионного аккумулятора стандартное напряжение одной ячейки составляет 3,7 вольта и может достигать 4,2 вольта. Положительно заряженные ионы лития при разряде движутся в электролите от анода(-) на основе меди и графита — к катоду(+) на основе алюминия, а при заряде — от катода — к аноду, где под действием ЭДС зарядного устройства образуется соединение графита с литием, в результате чего и накапливается энергия в форме химического соединения.
Похожим образом работают электролитические конденсаторы, отличающиеся от аккумуляторов меньшей электроемкостью, но большим количеством жизненных циклов заряда-разряда.
Для литий-ионного аккумулятора продолжительность полноценной жизни ограничивается максимум 1000 циклами заряда-разряда, а удельная энергоемкость достигает 250 Втч/кг. Что касается электролитических конденсаторов, то их ресурс работы на выпрямленном токе исчисляется десятками тысяч часов, но энергоемкость обычно менее 0,25 Втч/кг.
Если шелковую простыню постелить на шерстяное покрывало, хорошенько прижать их друг к другу, а затем попытаться развести в стороны, то возникнет электризация. Это случится потому, что в условиях трения тел с разной диэлектрической проницаемостью произойдет разделение зарядов на их поверхностях: материал с большей диэлектрической проницаемостью зарядится положительно, а с меньшей диэлектрической проницаемостью — отрицательно.
Другое дело — электрофорная машина, в которой статический заряд, получаемый трением, накапливается в конденсаторе. Накопленный в лейденской банке заряд уже опасен для жизни.
Самые важные термины и определения
Что такое электромагнитное поле
Электромагнитное поле — особый вид материи, отличающийся непрерывным распределением в пространстве (электромагнитные волны) и обнаруживающий дискретность структуры (фотоны), характеризующийся способностью распространения в вакууме (при отсутствии сильных гравитационных полей), оказывающий на заряженные частицы силовое воздействие, зависящее от их скорости.
Что такое электрический заряд
Электрический заряд — свойство частиц материи или тел, характеризующее их взаимосвязь с собственным электромагнитным полем и их взаимодействие с внешним электромагнитным полем. Он имеет два вида, известные как положительный заряд (заряд протона, позитрона и др.) и отрицательный заряд (заряд электрона и др.). Как величина количественно определяется по силовому взаимодействию одного заряженного тела с другим заряженным телом.
Что такое заряженная частица
Заряженная частица — частица материи, обладающая электрическим зарядом.
Что такое электрическое поле
Электрическое поле — одна из двух сторон электромагнитного поля, обусловленная электрическими зарядами и изменением магнитного поля, оказывающая силовое воздействие на заряженные частицы и тела и выявляемая по силовому воздействию на неподвижные заряженные тела и частицы.
Что такое магнитное поле
Магнитное поле — одна из двух сторон электромагнитного поля, обусловленная электрическими зарядами движущихся заряженных частиц и тел и изменением электрического поля, оказывающая силовое воздействие на движущиеся заряженные частицы и выявляемая по силовому воздействию, направленному нормально к направлению движения этих частиц и пропорциональному их скорости.
Что такое электрический ток
Электрический ток — явление движения заряженных частиц и явление изменения электрического поля во времени, сопровождаемые магнитным полем.
Что такое энергия электрического поля
Энергия электрического поля — энергия, связанная с электрическим полем и преобразующаяся в другие формы энергии при изменении электрического поля.
Что такое энергия магнитного поля
Энергия магнитного поля — энергия, связанная с магнитным полем и преобразующаяся в другие формы энергии три изменении магнитного поля.
Что такое электромагнитная энергия (электрическая энергия)
Электрическая энергия — энергия электромагнитного поля, слагающаяся из энергии электрического поля и энергии магнитного поля.