SOUBOR PREZENTAC FYZIKA PRO III RONK GYMNZIA F

SOUBOR PREZENTACÍ FYZIKA PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA F 23 – STŘÍDAVÝ PROUD V ENERGETICE Mgr. Alexandra Bouchalová Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p. o Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ. 1. 07/1. 1. 24/01. 0114 s názvem „PODPORA CHEMICKÉHO A FYZIKÁLNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ NA GYMNÁZIU KOMENSKÉHO V HAVÍŘOVĚ“ Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

Obsah � Generátor střídavého proudu � Trojfázová soustava střídavého napětí � Transformátor � Přenos elektrické energie Střídavý proud v energetice 2

Primární zdroje elektrické energie uhlí 1 zemní plyn 2 ropa 3 voda 4 slunce, vítr 5 jaderné palivo 6 Střídavý proud v energetice 3

Přeměna primárních zdrojů Probíhá v elektrárnách pomocí generátorů střídavého napětí = alternátorů. V energetice využíváme střídavé napětí o frekvenci 50 Hz. Střídavé napětí se rozvádí do míst spotřeby pomocí elektrické rozvodné sítě. Střídavý proud v energetice 4

Trojfázový generátor střídavého proudu stator alternátoru U 1 120° U 2 • je tvořen třemi cívkami • osy cívek svírají úhel 120° V 2 W 1 rotor s póly W 2 V 1 Střídavý proud v energetice • je otáčivý magnet • otáčením rotoru se v cívkách indukuje střídavé napětí 5

Trojfázový generátor střídavého proudu U 1 U 2 V 2 W 1 W 2 V 1 u 0 Střídavý proud v energetice 1/3 T 2/3 T T t 6

Trojfázový generátor střídavého proudu U 1 U 2 V 2 W 1 W 2 u Generují se tak tři samostatná navzájem fázově posunutá střídavá napětí u 1, u 2, u 3. Mají stejnou amplitudu Um a mají stejnou frekvenci f. V 1 u 1 0 Střídavý proud v energetice u 2 1/3 T u 3 2/3 T T t 7

Trojfázová soustava střídavého napětí Součet okamžitých hodnot střídavých napětí indukovaných v cívkách alternátoru je stále nulový. u 1 + u 2 + u 3 = 0 u -U 1 U 3 u 1 u 2 u 3 U 1 U 2 Střídavý proud v energetice 0 1/3 T 2/3 T T t 8

Trojfázová soustava střídavého napětí Tyto tři cívky tvoří vinutí alternátoru = fáze alternátoru. V každé fázi je indukované napětí = fázové napětí. Vnější (vnitřní) vývody cívek značíme U 1, V 1, W 1 (U 2, V 2, W 2). U 1 U 2 V 2 W 1 W 2 V 1 Střídavý proud v energetice 9

Sdružení fází Sdružením (elektrickým spojením) cívek lze omezit počet vodičů potřebných k přenosu elektrické energie z šesti na čtyři (L 1, L 2, L 3, N), popř. tři (L 1, L 2, L 3) sdružené vodiče. Vzniká tak sdružená trojfázová soustava. Sdružená trojfázová napěťová soustava je tvořena třemi sinusovými napětími fázově posunutými o 120°. Střídavý proud v energetice 10

Zapojení do hvězdy Spojením konců fází U 2, V 2, W 2 alternátoru do jednoho uzlu vzniká zapojení do hvězdy. U 1 U 2 W 1 W 2 U 2 V 2 W 1 Střídavý proud v energetice W 2 V 1 11

Zapojení do hvězdy Spojením konců fází U 2, V 2, W 2 alternátoru do jednoho uzlu vzniká zapojení do hvězdy. N – střední vodič U 1 Li – fázové vodiče L 1 U 12 , U 23 , U 31 U Nulový bod hvězdy 1 N sdružená napětí U 13 (síťová) – US N U 2 N U 3 N U 1 N , U 2 N , U 3 N fázová napětí – UF Střídavý proud v energetice W 1 V 1 L 2 U 23 L 3 12

Zapojení do hvězdy Efektivní hodnota sdruženého (síťového) napětí Uij je krát větší než efektivní hodnota fázového napětí Ui. N. Při symetrickém zatíženi trojfázové (čtyřvodičové) soustavy neprotéká nulovým vodičem žádný proud. U 1 L 1 I 1 U 12 IF U 1 N U 31 Ii = IF IF IN = 0 IF U 2 N U 3 N W 1 I 3 V 1 U 23 N L 2 I 2 L 3 Síťové proudy Ii jsou stejně velké, jako proudy fázové IF. Střídavý proud v energetice 13

Zapojení do trojúhelníku Spojíme-li fázová vinutí sériově, dostaneme zapojení do trojúhelníku. I 1 V 2 U 1 L 1 U 2 UF V 2 W 1 U 12 UF IF IF U 31 UF W 2 V 1 I 2 U 2 W 1 IF W 2 V 1 L 2 U 23 I 3 L 3 Síťový proud je krát větší než proud fázový: . Fázová napětí jsou stejná jako síťová napětí: U F = US = Uij. Střídavý proud v energetice 14

Zapojení do trojúhelníku Toto zapojení se u trojfázových alternátorů téměř nevyskytuje. Využívá se spíše u trojfázových spotřebičů. I 1 W 2 U 1 L 1 U 2 UF V 2 W 1 U 12 UF IF IF U 31 UF W 2 V 1 I 2 U 2 W 1 IF W 2 V 1 L 2 U 23 I 3 L 3 Střídavý proud v energetice 15

Zapojení do trojúhelníku Toto zapojení se u trojfázových alternátorů téměř nevyskytuje. Využívá se spíše u trojfázových spotřebičů. I 1 W 2 U 1 L 1 U 12 UF IF IF U 2 UF U 31 UF W 1 IF I 2 W 2 V 1 L 2 U 23 I 3 L 3 třífázový bojler 7 Střídavý proud v energetice 16

Sdružení fází – shrnutí Ve 4 -vodičové trojfázové soustavě 400 V je efektivní hodnota síťového napětí 400 V a fázová napětí jsou 230 V. Toto umožňuje současný provoz trojfázových spotřebičů na jmenovité napětí 400 V (např. motorů, elektrických sporáků, bojlerů atd. ). . . jakož i jednofázových spotřebičů na střídavé napětí 230 V (např. žárovek, žehliček, televizorů atd. ) v jedné rozvodné síti. Střídavý proud v energetice 17

Spotřebitelská síť V elektrickém rozvodu spotřebitelské sítě je fázové napětí 230 V a sdružené napětí 400 V. Značíme např. 3 x 400/230 V. Dříve se ve spotřebitelské síti používalo trojfázové napětí 3 x 380/220 V. Střídavý proud v energetice 18

Sdružení fází – shrnutí výrobce I 1 I 2 vedení U 1 N I 3 U 3 N L 1 I 1 L 2 I 2 L 3 I 3 odběratel N U 2 N I 1 U 1 N I 2 I 3 U 12 V U 23 V Napětí ve 4 -vodičové trojfázové soustavě Střídavý proud v energetice U 31 V I 31 U 12 I 12 U 31 U 23 U 3 N U 2 N I 23 napětí po 230 V napětí po 400 V 19

Elektromotor na trojfázový proud Na štítku trojfázových motorů je udáváno vždy jmenovité napětí a vyžadované zapojení. Střídavý proud v energetice 20

Transformátor Součástí přenosu elektrické energie je potřeba zvyšování, popř. snižování (transformování) elektrického napětí v rozvodných sítích. Transformátor je elektrický netočivý stroj, který mění střídavé napětí jedné hodnoty na hodnotu jinou při stejném kmitočtu. Princip transformátoru je založen na elektromagnetické indukci. Transformátory dělíme na jednofázové a trojfázové. Střídavý proud v energetice 21

Jednofázový transformátor Uspořádání dvou cívek (vinutí) na společném jádře budeme primární vinutí = vstupní cívka sekundární vinutí = výstupní cívka 1. cívka 2. cívka nazývat jednofázový transformátor. I 1 N 2 N 1 I 2 Φ V V U 1 U 2 N 1 = N 2 U 1 = U 2 Střídavý proud v energetice zanedbáme-li odpor primární cívky 22

Jednofázový transformátor primární vinutí = vstupní cívka I 1 I 2 Φ N 1 sekundární vinutí = výstupní cívka N 2 V V U 1 U 2 transformační poměr transformátoru N 2 > N 1 U 2 > U 1 Střídavý proud v energetice 23

Jednofázový transformátor 1. cívkou prochází střídavý proud, který v jádře transformátoru vytváří nestacionární magnetické pole. Nestacionární magnetické pole indukovaného napětí ve 2. cívce. je příčinou vzniku Železné jádro zesiluje magnetickou indukci v cívkách. Indukované napětí je tím větší, čím rychleji se v cívce mění magnetický indukční tok a čím větší je počet závitů 2. cívky. Střídavý proud v energetice 24

Transformační poměr Poměrem efektivních hodnot indukovaných napětí získáme rovnici transformátoru k > 1 transformace nahoru Střídavý proud v energetice k < 1 transformace dolů 25

Transformátor naprázdno = bez zatížení = v sekundárním vinutí neteče proud. Při odběru proudu ze sekundárního vinutí roste proud v primárním vinutí. Z rovnosti činných výkonů obou částí transformátoru vyplývá vztah pro transformaci proudu Proudy se transformují v obráceném poměru počtu závitů. Střídavý proud v energetice 26

Trojfázový transformátor L 1 Střídavý proud v energetice L 2 L 3 27

Trojfázový transformátor L 1 L 2 L 3 Třífázový transformátor má tři jednofázová primární a tři jednofázová sekundární vinutí. Ta mohou být zapojena do hvězdy (Y), do trojúhelníku (D) nebo do lomené hvězdy (Z). Střídavý proud v energetice 28

Trojfázový transformátor Bývají stavěny: a) se vzájemným propojením vinutí tří jednofázových transformátorů, b) s využitím společného magnetického obvodu se třemi sloupky. Střídavý proud v energetice L 1 L 2 L 3 29

Přenos elektrické energie K výrobě elektrické energie slouží elektrárny. Tepelná elektrárna 15 Střídavý proud v energetice Vodní elektrárna 16 Jaderná elektrárna 17 Větrná elektrárna 18 Solární elektrárna 19 Geotermální elektrárna 20 30

Přenos elektrické energie Dálkový přenos energie zajišťuje přenosová síť vedení velmi vysokého napětí. 6, 3 k. V 400 k. V Schéma přenosu elektrické energie 21 Střídavý proud v energetice 31

Spotřebitelská síť V běžné síťové zásuvce je fázové napětí. Jedna zdířka je tedy spojena se středním vodičem (nulovacím) a druhá s fázovým vodičem. Střídavý proud v energetice 32

Spotřebitelská síť fázový vodič Střídavý proud v energetice ochranný vodič nulový vodič 33

Použitá literatura LEPIL, O. Elektřina a magnetismus, fyzika pro gymnázia. Praha: Prometheus, 2002. ISBN 80 -7196202 -3 TKOTZ, K. Příručka pro elektrotechnika. Praha: Europa-Sobotáles, 2002. ISBN 80 -86706 -00 -1 HALLIDAY, D. Fyzika. Elektřina a magnetismus. Brno: VUTIUM, 2000. ISBN 80 -214 -1868 -0 Obrázky [1] Oko. Vznik ropy [online]. [cit. 2013 -04 -12]. Dostupné z: http: //oko. yin. cz/32/vznik-ropy/ [2] Asociace Alerta. LUKÁŠ BORL. Kolektivní hlas kreativiry a vzdoru: Uhelná energetika a (ne)zaměstnanost [online]. [cit. 2013 -04 -12]. Dostupné z: http: //alerta. cz/? p=419 [3] Cena plynu v roce 2013 vzroste průměrně o 3 %. Jak ušetřit? . In: Nazeleno. cz [online]. [cit. 2013 -04 -12]. Dostupné z: http: //www. nazeleno. cz/energie/ceny-energii/cena-plynu-v-roce-2013 -vzroste-prumerne-o-3 jak-usetrit. aspx [4] Seeking Alpha [online]. [cit. 2013 -04 -12]. Dostupné z: http: //static. seekingalpha. com/uploads/2008/12/18/saupload_uranium 330. jpg [5] Domácí práce u počítače. In: [online]. [cit. 2013 -04 -12]. Dostupné z: http: //files. domaci-prace-upocitace. cz/200000049 -cc 8 d 5 ce 80 f/slunce%20 v%20 dlan%C 3%ADch_1. jpg [6] Aktuálně. cz. In: [online]. [cit. 2013 -04 -12]. Dostupné z: http: //img. aktualne. centrum. cz/563/42/5634291 dlane-voda. jpg [7] Bojlery_Kotle_Radiátory. [online]. [cit. 2013 -05 -18]. Dostupné z: http: //www. kotle-boilery. cz/elektrickybojler-ariston-sageo-250 p-3 -kw-250 -l-p-3549. html Střídavý proud v energetice

Použitá literatura [8] Oko. Vznik ropy [online]. [cit. 2013 -05 -28]. Dostupné z: http: //oko. yin. cz/32/vznik-ropy/ [9] Asociace Alerta. LUKÁŠ BORL. Kolektivní hlas kreativiry a vzdoru: Uhelná energetika a (ne)zaměstnanost [online]. [cit. 2013 -05 -28]. Dostupné z: http: //alerta. cz/? p=419 [10] Cena plynu v roce 2013 vzroste průměrně o 3 %. Jak ušetřit? . In: Nazeleno. cz [online]. [cit. 2013 -05 -28]. Dostupné z: http: //www. nazeleno. cz/energie/ceny-energii/cena-plynu-v-roce-2013 -vzroste-prumerne-o-3 -jakusetrit. aspx [11] Seeking Alpha [online]. [cit. 2013 -05 -28]. Dostupné z: http: //static. seekingalpha. com/uploads/2008/12/18/saupload_uranium 330. jpg [12] Domácí práce u počítače. In: [online]. [cit. 2013 -05 -28]. Dostupné z: http: //files. domaci-prace-upocitace. cz/200000049 -cc 8 d 5 ce 80 f/slunce%20 v%20 dlan%C 3%ADch_1. jpg [13] Aktuálně. cz. In: [online]. [cit. 2013 -05 -28]. Dostupné z: http: //img. aktualne. centrum. cz/563/42/5634291 -dlanevoda. jpg [14] Bojlery_Kotle_Radiátory. [online]. [cit. 2013 -05 -28]. Dostupné z: http: //www. kotle-boilery. cz/elektricky-bojler-ariston -sageo-250 p-3 -kw-250 -l-p-3549. html [15] Tepelná elektrárna. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2012, 29. 5. 2013 [cit. 2013 -05 -29]. Dostupné z: http: //cs. wikipedia. org/wiki/Tepeln%C 3%A 1_elektr%C 3%A 1 rna [16] Vodní elektrárna. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2012, 25. 4. 2013 [cit. 2013 -06 -16]. Dostupné z: https: //cs. wikipedia. org/wiki/Vodn%C 3%AD_elektr%C 3%A 1 rna [17] Jaderná elektrárna. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2012, 25. 5. 2013 [cit. 2013 -06 -16]. Dostupné z: http: //cs. wikipedia. org/wiki/Jadern%C 3%A 1_elektr%C 3%A 1 rna [18] Větrná elektrárna. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2012, 5. 4. 2013 v 14: 00 [cit. 2013 -06 -16]. Dostupné z: http: //cs. wikipedia. org/wiki/V%C 4%9 Btrn%C 3%A 1_energie Střídavý proud v energetice

Použitá literatura [19] Solární elektrárna. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2012, 19. 5. 2013 [cit. 2013 -06 -16]. Dostupné z: http: //cs. wikipedia. org/wiki/Slune%C 4%8 Dn%C 3%AD_elektr%C 3%A 1 rna [20] Geotermální elektrárna. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2012, 9. 3. 2013 [cit. 2013 -06 -16]. Dostupné z: http: //cs. wikipedia. org/wiki/Geoterm%C 3%A 1 ln%C 3%AD_energie [21] Z elektrárny do zásuvky. In: Www. cez. cz [online]. [cit. 2013 -05 -29]. Dostupné z: http: //www. cez. cz/edee/content/microsites/elektrina/4 -4. htm Střídavý proud v energetice

SOUBOR PREZENTACÍ FYZIKA PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ. 1. 07/1. 1. 24/01. 0114 s názvem „PODPORA CHEMICKÉHO A FYZIKÁLNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ NA GYMNÁZIU KOMENSKÉHO V HAVÍŘOVĚ“ Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.