Cum se transmite electricitatea pe distanțe lungi. Transportul energiei electrice - Hypermarket de cunoștințe. Tehnologia fără fir

Energia electrică produsă nu poate fi stocată, trebuie transferată imediat consumatorilor. Când a fost inventată metoda optimă de transport, a început dezvoltarea rapidă a industriei energiei electrice.

Poveste

Primele generatoare au fost construite lângă consumatorii de energie. Erau de mică putere și erau destinate numai pentru alimentarea cu energie a unei clădiri separate sau a unui bloc de oraș. Dar apoi au ajuns la concluzia că este mult mai profitabil să construiești stații mari în zonele de concentrare a resurselor. Acestea sunt centrale hidroelectrice puternice - pe râuri, centrale termice mari - lângă bazinele carbonifere. Acest lucru necesită transmiterea energiei electrice la distanță.

Încercările inițiale de a construi linii de transmisie s-au confruntat cu faptul că atunci când generatorul a fost conectat la receptoarele de putere cu un cablu lung, puterea de la capătul liniei de transmisie a fost mult redusă din cauza pierderilor uriașe de încălzire. A fost necesar să se folosească cabluri cu o secțiune transversală mai mare, ceea ce le facea mult mai scumpe, sau să se mărească tensiunea pentru a reduce curentul.

După experimente cu transmiterea curentului alternativ continuu și monofazat folosind linii de supratensiune, pierderile au rămas prea mari - la nivelul de 75%. Și numai atunci când Dolivo-Dobrovolsky a dezvoltat un sistem de curent trifazat, s-a făcut o descoperire în transportul de energie electrică: pierderile au fost reduse la 20%.

Important! Acum marea majoritate a liniilor de transmisie utilizează curent alternativ trifazat, deși sunt dezvoltate și linii de transmisie cu curent continuu.

Schema de transmisie a energiei

Există mai multe verigi în lanțul de la producția de energie până la primirea acesteia de către consumatori:

• un generator la o centrală care generează energie electrică cu o tensiune de 6,3-24 kV (există unități separate cu o tensiune nominală mai mare);
• substații de creștere (PS);
• linii de transport ultralungi și principale cu o tensiune de 220-1150 kV;
• stații nodale mari care scad tensiunea până la 110 kV;
• Linii de transport a energiei electrice 35-110 kV pentru transportul energiei electrice către centrele de alimentare;
• substații suplimentare descendente - centre de alimentare, unde primesc o tensiune de 6-10 kV;
• linii electrice de distribuție 6-10 kV;
• puncte de transformare (TP), TsRP, situate în apropierea consumatorilor, pentru a scădea tensiunea la 0,4 kV;
• linii de joasă tensiune pentru a aduce în case și alte obiecte.

Scheme de distribuție

Liniile de transmisie a energiei electrice sunt aer, cablu și cablu-aer. Pentru a crește fiabilitatea, energia electrică este în majoritatea cazurilor transmisă în mai multe moduri. Adică două sau mai multe linii sunt conectate la magistralele stației.

Există două scheme de distribuție a energiei de 6-10 kV:

1. Principal, când linia de 6-10 kV este comună pentru alimentarea mai multor posturi de transformare, care pot fi amplasate pe toată lungimea sa. Dacă, în același timp, linia principală de transmisie a energiei primește energie de la două alimentatoare diferite de ambele părți, o astfel de schemă se numește inel. În același timp, în funcționare normală, este alimentat de la un alimentator și deconectat de la altul prin dispozitive de comutare (întrerupătoare, deconectatoare);

1. Radial. În această schemă, toată puterea este concentrată la capătul liniei de transmisie, care este concepută pentru a furniza energie unui singur consumator.

Pentru liniile cu o tensiune de 35 kV și mai sus, se utilizează scheme:

1. Radial. Puterea ajunge la substație printr-o linie de alimentare cu un singur circuit sau cu dublu circuit de la o substație noală. Cea mai rentabilă schemă este cu o singură linie, dar este foarte nesigură. Datorită liniilor electrice cu dublu circuit, se creează putere de rezervă;
2. Inel. Autobuzele stațiilor sunt alimentate de cel puțin două linii electrice din surse independente. Totodată, pot exista ramificații (linii de robinet) pe liniile de alimentare care merg spre alte substații. Numărul total de substații de ieșire nu trebuie să fie mai mare de trei pentru o linie electrică.

Important! Rețeaua inelară este alimentată de cel puțin două substații nodale, situate, de regulă, la o distanță considerabilă una de cealaltă.

Substații de transformare

Stațiile de transformare, împreună cu liniile electrice, sunt componenta principală a sistemului de alimentare. Ele sunt împărțite în:

1. Crescând. Sunt situate în apropierea centralelor electrice. Echipamentul principal sunt transformatoarele de putere care cresc tensiunea;
2. Coborarea. Acestea sunt situate în alte părți ale rețelei electrice care sunt mai aproape de consumatori. Conține transformatoare descendente.

Există și stații de transformare, dar nu aparțin celor de transformare. Ele sunt utilizate pentru a converti curentul alternativ în curent continuu, precum și pentru a obține curent cu o frecvență diferită.

Echipamentele principale ale stațiilor de transformare:

1. Aparatură de înaltă și joasă tensiune. Poate fi de tip deschis (ORU), de tip închis (ZRU) și complet (KRU);
2. Transformatoare de putere;
3. Panou de control, camera de relee, unde sunt concentrate echipamentele de protectie si controlul automat al dispozitivelor de comutare, alarmelor, instrumentelor de masura si contoarelor de energie electrica. Ultimele două tipuri de echipamente, precum și unele tipuri de protecție, pot fi prezente și în tabloul de distribuție;

1. Echipament auxiliar al substației, care include transformatoare auxiliare (TSN), care scad tensiunea de la 6-10 la 0,4 kV, bare SN 0,4 kV cu dispozitive de comutare, o baterie, dispozitive de reîncărcare. Protecția, iluminatul posturilor, încălzirea, motoarele pentru suflarea transformatoarelor (răcire) etc. se alimentează de la SN.La stațiile de cale ferată de tracțiune transformatoarele auxiliare pot avea o tensiune primară de 27,5 sau 35 kV;
2. Aparatele de distribuție conțin dispozitive de comutare ale transformatoarelor, liniilor de alimentare și de ieșire și alimentatoare de 6-10 kV: întreruptoare, întreruptoare (vid, SF6, ulei, aer). Transformatoarele de tensiune (VT) și transformatoarele de curent (CT) sunt utilizate pentru alimentarea circuitelor de protecție și măsurare;
3. Echipamente de protecție la supratensiune: descărcători, descărcători (descărcători);
4. Reactoarele de limitare a curentului și arc, bănci de condensatoare și compensatoare sincrone.

Ultima legătură a substațiilor descendente sunt punctele de transformare (TP, KTP-complete, MTP-stât). Acestea sunt dispozitive mici care conțin 1, 2, mai rar 3 transformatoare, uneori scăzând tensiunea de la 35, mai des de la 6-10 kV la 0,4 kV. Pe partea de joasă tensiune sunt instalate mașini automate. Liniile pleacă de la ele, distribuind direct energie electrică către consumatorii reali.

Capacitatea liniilor de transport

La transmiterea energiei electrice, indicatorul principal este capacitatea de transmisie a liniei de transport. Se caracterizează prin valoarea puterii active transmise pe linie în condiții normale de funcționare. Debitul depinde de tensiunea liniei de transport, lungimea acesteia, dimensiunile secțiunii transversale, tipul de linie (CL sau VL). În același timp, puterea naturală, care nu depinde de lungimea liniei de transmisie, este puterea activă care este transmisă de-a lungul liniei cu compensarea completă a componentei reactive. În practică, astfel de condiții sunt imposibil de realizat.

Important! Puterea maximă transmisă pentru liniile electrice cu o tensiune de 110 kV și mai mică este limitată doar prin încălzirea firelor. Pe liniile de tensiune mai mare se ține cont și de stabilitatea statică a sistemului de alimentare.

Unele valori ale debitului liniilor aeriene la eficiență = 0,9:

• 110 kV: putere naturală - 30 mW, maxim - 50 mW;
• 220 kV: putere naturala - 120-135 mW, maxim - 350 mW pentru stabilitate si 280 mW pentru incalzire;
• 500 kV: putere naturală - 900 mW, maxim - 1350 mW pentru stabilitate și 1740 mW pentru încălzire.

Pierderea energiei electrice

Nu toată energia electrică generată la centrală ajunge la consumator. Pierderile de energie pot fi:

1. Tehnic. Cauzat de pierderi în fire, transformatoare și alte echipamente de încălzire și din cauza altor procese fizice;
2. Imperfecțiunea sistemului de contabilitate la întreprinderile energetice;
3. Comercial. Apar din cauza prizei de putere, pe lângă dispozitivele de măsurare, diferența dintre puterea efectivă consumată și cea contabilizată de contor etc.

Tehnologiile de transmisie a puterii nu stau pe loc. Se dezvoltă utilizarea cablurilor supraconductoare, ceea ce face posibilă reducerea pierderilor la aproape zero. Transmisia wireless a energiei electrice nu mai este o fantezie pentru reincarcarea dispozitivelor mobile. Și în Coreea de Sud, lucrează la crearea unui sistem de transmisie wireless a energiei pentru vehiculele electrificate.

Video

Ministerul Învățământului General și Profesional

GOU NPO regiunea Sverdlovsk

Liceul profesional Nizhny Tagil „Metallurg”

ESEU

Transportul energiei electrice pe distanțe

Artist: Bakhter Nikolai și Borisov Yaroslav

Supraveghetor: profesor de fizică Reddikh Lyudmila Vladimirovna

Nijni Tagil 2008

Introducere

Capitolul 1

Capitolul 2. Producerea energiei electrice

1 Alternator

2 generator MHD

3 Generator de plasmă - lanternă cu plasmă

Capitolul 3. Transmisia puterii

1 linii electrice

2 transformator

capitolul 4

1 Producția de oțel în cuptoare electrice

2 Receptoare tipice de energie electrică

Concluzie

Bibliografie

Introducere

Complexul de rețea electrică din regiunea Sverdlovsk, inclusiv centrul energetic Nizhny Tagil, este în pragul unor transformări majore. Pentru a evita o criză energetică în Uralul Mijlociu, guvernul regiunii Sverdlovsk a dezvoltat și a adoptat direcțiile principale pentru dezvoltarea industriei energiei electrice în următorii zece ani. În primul rând, vorbim despre construcția unei noi generații, adică centrale electrice care generează energie electrică și dezvoltarea ulterioară a complexului rețelei electrice - construcția și reconstrucția stațiilor, punctelor de transformare și liniilor de transport de energie electrică de diferite tensiuni. . Încă de anul trecut, am întocmit și am aprobat un program de investiții pe termen lung până în 2012, indicând instalațiile specifice de energie electrică de reconstruit și cele de construit.

Până în 2001, în regiunea Tagil, capacitatea energetică nu a lipsit. Dar apoi, după mulți ani de criză, întreprinderile noastre industriale au urcat, după cum se spune, întreprinderile mijlocii și mici au început să se dezvolte activ, iar consumul de energie electrică a crescut semnificativ. Astăzi, deficitul de capacități energetice în Nizhny Tagil este de peste 51 de megawați. Acestea sunt... aproape două Clapboards. Dar comparația cu Clapboard este condiționată. De fapt, problema deficitului de capacitate energetică este în prezent cea mai relevantă pentru partea centrală a orașului Nijni Tagil. Construită în urmă cu patruzeci de ani, stația Krasny Kamen, de care depinde, de fapt, alimentarea cu energie a centrului orașului, este depășită din punct de vedere moral și fizic și funcționează la limita capacităților sale. Noii consumatori li se refuză, din păcate, conectarea la rețea.

Nizhny Tagil are nevoie de o nouă substație - Substația „Prirechnaya” cu o tensiune de 110/35/6 kV. Potrivit estimărilor preliminare, valoarea investițiilor de capital în construcția Prirechnaya va fi de aproximativ 300 de milioane de ruble. Programul de investiții al Sverdlovenergo din Nizhny Tagil include și reconstrucția substației Soyuznaya, construcția substației Altaiskaya de pe Vagonka și punctul de comutare Demidovskiy din zona Galyanka, ceea ce va îmbunătăți radical sistemul de alimentare cu energie al orașului în ansamblu. Principalul eveniment al acestui an este substația Staratel, în reconstrucția căreia Sverdlovenergo a investit 60 de milioane de ruble. Un alt eveniment, de asemenea semnificativ, din 2007 a fost punerea în funcțiune a unui nou, al doilea transformator la substația Galyanka.

Începutul construcției unei linii de transport electric Cernoistochinsk - Belogorye cu o tensiune de 110 kV și o lungime totală de aproape 18 kilometri. Acest obiect este inclus și în programul de investiții al Sverdlovenergo. Punerea în funcțiune a unei noi linii electrice de înaltă tensiune va face posibilă asigurarea unei surse de energie mai fiabile nu numai a complexului de schi din Muntele Belaya, ci și a întregului teritoriu adiacent - satele Uralets, Visim, Visimo-Utkinsk și alte localități. . Voi spune mai multe: proiectul Belogorye prevede, de asemenea, construirea unei noi substații Belogorye în satul Uralets și reconstrucția întregului complex de rețea Uralets, care este de cel puțin 20 de kilometri de rețele cu o tensiune de 0,4-6 kV. .

Scopul eseului nostru, am decis să punem problema transmiterii energiei electrice nu numai la distanță, ci și a utilizării acesteia ca componentă necesară în fabricarea oțelului, deoarece profesia noastră este inseparabil legată de acest proces electric de fabricare a oțelului.

Pentru atingerea acestui scop, am decis să ne propunem câteva sarcini importante: 1) să studiem literatură suplimentară legată de transportul energiei electrice și electrometalurgie; 2) se familiarizează cu noile tipuri de generatoare și transformatoare; 3) ia în considerare curentul electric de la primirea acestuia până la livrarea către consumator; 4) luați în considerare procesele fizice și mecanice ale producției de oțel în cuptoare electrice.

Inițial, oamenii nu știau să oțelească și pentru fabricarea diverselor unelte foloseau materiale de origine autohtonă (cupru, aur și fier meteoric). Cu toate acestea, aceste metode nu au fost suficiente pentru nevoile umane. Adesea oamenii căutau o oportunitate de a obține metal din minereu găsit pe suprafața pământului.

Și la cumpăna dintre milenii doi și I î.Hr., s-a născut prima etapă a metalurgiei. Omenirea a trecut la producția directă de fier din minereu prin reducerea acestuia în cuptoarele primitive. Deoarece în acest proces a fost folosită suflare „brută” (nu aer încălzit), metoda a fost numită suflare brută.

A doua etapă a producției de oțel (secolele XIV-XVIII) a fost caracterizată prin îmbunătățirea cuptoarelor, creșterea volumului cuptoarelor de suflat brânzeturi. Apariția roții cu apă și utilizarea acesteia pentru a antrena burduf a făcut posibilă intensificarea suflului, creșterea temperaturii în vatra cuptorului și accelerarea cursului reacțiilor chimice.

A treia etapă a fost fabricarea unei metode mai avansate și mai productive pentru obținerea fierului cu emisii scăzute de carbon în stare aluoasă - așa-numitul proces de bălțire - procesul de transformare a fontei în fier pe vatra unui cuptor reflectorizant (pudling) de foc. .

A patra etapă (sfârșitul secolului al XIX-lea și mijlocul secolului al XX-lea) se caracterizează prin introducerea în producție a patru metode de obținere a oțelului - Bessemer, Thomas, vatră deschisă, convertor și fabricarea oțelului electric, care, apropo, am dori să vorbim despre asta în rezumatul nostru, ca exemplu de utilizare a energiei electrice de către slujitorii unui producător de oțel.

Capitolul 1

Conectăm firele unui bec electric cu o baterie electrică. Firele, un filament de bec au format un circuit închis - un circuit electric. În acest circuit, curge un curent electric, care încălzește filamentul lămpii până când acesta luminează. Ce este curentul electric? Aceasta este mișcarea direcționată a particulelor încărcate.

În baterie au loc reacții chimice, în urma cărora electronii se acumulează la terminalul marcat cu pictograma „-” (minus) - particule de materie care au cea mai mică sarcină. Metalul din care sunt realizate firele și filamentul becului este format din atomi care formează o rețea cristalină. Electronii pot trece liber prin această rețea. Fluxul de electroni prin conductori (așa-numitele substanțe care trec curentul electric) de la un terminal al bateriei la altul - acesta este curentul electric. Cu cât trec mai mulți electroni prin conductor, cu atât este mai mare curentul electric. Măsurați curentul în amperi (A). Dacă un curent de 1 A trece prin conductor, atunci 6,24 * 1018 electroni zboară prin secțiunea transversală a conductorului în fiecare secundă. Acest număr de electroni poartă o sarcină de 1 C (coulomb).

Curentul electric dintr-un circuit format din fire, un filament de lampă și o baterie poate fi comparat cu fluxul de lichid care se deplasează prin conductele de apă. Firele de conectare sunt secțiuni ale unei țevi cu o secțiune transversală mare, un filament de bec este un tub subțire, iar o baterie este o pompă care creează presiune. Cu cât presiunea este mai mare, cu atât debitul fluidului este mai mare. O baterie dintr-un circuit electric creează o tensiune (presiune). Cu cât tensiunea este mai mare, cu atât este mai mare curent în circuit. Tensiunea se măsoară în volți (V). pentru a trece un curent printr-un bec de lanternă de buzunar care să-i facă firul să strălucească, este nevoie de o tensiune de 3-4 V. Energia electrică este furnizată în apartamentele caselor la o tensiune de 127 sau 220 V, iar curentul este transmis prin linii electrice (linii electrice) sub o tensiune de sute de kilovolți ( kV). Energia electrică care este eliberată în 1 s (putere) este egală cu produsul dintre puterea curentului și tensiunea. Puterea la un curent de 1 A și o tensiune de 1 V este egală cu 1 watt (W).

Nu toate substanțele trec liber curentul electric, de exemplu, sticla, porțelanul, cauciucul aproape că nu trec curentul electric. Astfel de substanțe se numesc izolatori sau dielectrici. Conductoarele sunt izolate cu cauciuc, izolatoarele pentru liniile electrice de înaltă tensiune sunt din sticlă și porțelan. Cu toate acestea, chiar și metalele rezistă curentului electric. Când se mișcă, electronii „împing” atomii care alcătuiesc metalul, îi fac să se miște mai repede - încălzesc conductorul. Încălzirea conductorilor prin curent electric a fost studiată pentru prima dată de omul de știință rus E. H. Lenz și de fizicianul englez D. Joule. Proprietatea curentului electric de a încălzi conductorii este utilizată pe scară largă în inginerie. Curentul electric luminează filamentele lămpilor electrice și încălzitoarelor electrice, topește oțelul în cuptoarele electrice.

În 1820, fizicianul danez G.-H. Oersted a descoperit că un ac magnetic deviază în apropierea unui conductor care transportă curent. Astfel, a fost descoperită proprietatea remarcabilă a curentului electric de a crea un câmp magnetic. Acest fenomen a fost studiat în detaliu de omul de știință francez A. Ampère. El a descoperit că două fire paralele care transportă curent în aceeași direcție se atrag reciproc, iar dacă direcțiile curenților sunt opuse, firele se resping. Ampère a explicat acest fenomen prin interacțiunea câmpurilor magnetice, care sunt create de curenți. Efectul interacțiunii firelor cu curentul și câmpurile magnetice este utilizat în motoarele electrice, în relee electrice și în multe instrumente electrice de măsură.

O altă proprietate a curentului electric poate fi detectată prin trecerea curentului printr-un electrolit - o soluție de sare, acid sau alcali. În electroliți, moleculele unei substanțe sunt împărțite în ioni - particule de molecule cu sarcini pozitive sau negative. Curentul din electrolit este mișcarea ionilor. Pentru a trece curentul prin electrolit, două plăci metalice conectate la o sursă de curent sunt coborâte în el. Ionii pozitivi se deplasează spre electrodul conectat la borna negativă. Ionii sunt creați la electrozi. Acest proces se numește electroliză. Cu ajutorul electrolizei, este posibilă izolarea metalelor pure de săruri, cromarea și nichelarea diferitelor obiecte, efectuarea celei mai complexe procesări a produselor care nu se poate face pe mașini simple de tăiat metal și separarea apei în părțile sale constitutive - hidrogen. si oxigen.

În băile de electroliză, într-un bec conectat la o baterie de lanternă, curentul curge tot timpul într-o singură direcție și puterea curentului nu se modifică. Acest curent se numește curent continuu. Cu toate acestea, în tehnologie, curentul alternativ este utilizat mai des, a cărui direcție și putere se schimbă periodic. Timpul unui ciclu complet de schimbare a direcției curentului se numește perioadă, iar numărul de perioade în 1 s se numește frecvența curentului alternativ. Curentul industrial, care antrenează mașinile, luminează străzile și apartamentele, se modifică cu o frecvență de 50 de perioade în 1 s. Curentul alternativ poate fi ușor transformat - creșteți și micșorați tensiunea folosind transformatoare.

Odată cu invenția telegrafului și a telefonului, curentul electric este folosit pentru a transmite informații. La început, de-a lungul firelor au fost transmise impulsuri lungi și scurte de curent continuu, corespunzătoare punctelor și liniuțelor codului Morse. Astfel de impulsuri de curent, sau curent pulsatoriu, dar cu un sistem de codare a informațiilor mai complex, sunt folosite în calculatoarele electronice moderne (calculatoare) pentru a transfera numere, comenzi și cuvinte de la un dispozitiv la altul.

Curentul alternativ poate fi folosit și pentru a transmite informații. Informația poate fi transmisă prin curent alternativ prin modificarea amplitudinii oscilațiilor curentului într-un anumit mod. Această codificare a informațiilor se numește modulație de amplitudine (AM). De asemenea, este posibilă modificarea frecvenței oscilațiilor curentului alternativ, astfel încât anumite informații să corespundă unei anumite modificări a frecvenței. Această codificare se numește modulație de frecvență (FM). Receptoarele radio au canale AM ​​și FM care „decodifică” – se transformă în sunet – oscilații modulate în amplitudine sau frecvență ale undelor radio recepționate de antenă.

În vremea noastră, curentul electric și-a găsit aplicație în toate sferele activității umane. Acționarea mașinilor-unelte și a mașinilor, a sistemelor automate de control și management, a numeroase dispozitive ale laboratoarelor de cercetare și a aparatelor de uz casnic sunt de neconceput fără utilizarea curentului electric. Telefonul și telegraful modern, radioul și televiziunea, calculatoarele electronice de la calculatoare de buzunar la mașinile care controlează zborurile navelor spațiale - toate acestea sunt dispozitive bazate pe cele mai complexe circuite de curent electric.

Capitolul 2. Producerea energiei electrice

.1 Alternator

Energia electrică are avantaje incontestabile față de toate celelalte forme de energie. Poate fi transmis prin fire pe distanțe lungi cu pierderi relativ mici și distribuit convenabil între consumatori. Principalul lucru este că această energie poate fi ușor convertită în orice alte forme cu ajutorul unor dispozitive destul de simple: mecanice, interne (încălzirea corpurilor), energie luminoasă etc.

Curentul alternativ are avantajul față de curentul continuu că tensiunea și puterea curentului pot fi convertite (transformate) pe o gamă foarte largă, fără pierderi de energie aproape. Astfel de transformări sunt necesare în multe dispozitive de inginerie electrică și radio. Dar o nevoie deosebit de mare de transformare a tensiunii și a curentului apare atunci când se transmite electricitate pe distanțe lungi.

Curentul electric este generat în generatoare - dispozitive care convertesc energia de o formă sau alta în energie electrică. Generatoarele includ celule galvanice, mașini electrostatice, termobaterii, panouri solare etc. Sunt explorate posibilitățile de a crea noi tipuri fundamentale de generatoare. De exemplu, se dezvoltă așa-numitele energii combustibile, în care energia eliberată ca urmare a reacției hidrogenului cu oxigenul este transformată direct în energie electrică. Se lucrează cu succes pentru a crea generatoare magnetohidrodinamice (generatoare MHD). În generatoarele MHD, energia mecanică a unui jet de gaz ionizat fierbinte (plasmă) care se mișcă într-un câmp magnetic este direct convertită în energie electrică.

Domeniul de aplicare al fiecăruia dintre tipurile enumerate de generatoare de energie electrică este determinat de caracteristicile acestora. Deci, mașinile electrostatice creează o diferență mare de potențial, dar nu sunt capabile să creeze un curent semnificativ în circuit. Celulele galvanice pot da un curent mare, dar durata acțiunii lor nu este mare.

Rolul predominant în timpul nostru îl joacă alternatoarele electromecanice cu inducție. Aceste generatoare transformă energia mecanică în energie electrică. Acțiunea lor se bazează pe fenomenul de inducție electromagnetică. Astfel de generatoare au un dispozitiv relativ simplu și fac posibilă obținerea de curenți mari la o tensiune suficient de mare.

Pe viitor, vorbind de generatoare, ne vom referi tocmai la generatoare electromecanice cu inducție.

Există multe tipuri diferite de generatoare de inducție disponibile astăzi. Dar toate constau din aceleași părți de bază. Acesta este, în primul rând, un electromagnet sau un magnet permanent care creează un câmp magnetic și, în al doilea rând, o înfășurare în care este indus un EMF variabil (în modelul generator considerat, acesta este un cadru rotativ). Deoarece EMF indus în spire conectate în serie se adună, amplitudinea EMF de inducție în cadru este proporțională cu numărul de spire din acesta. De asemenea, este proporțională cu amplitudinea fluxului magnetic alternativ Фm = BS prin fiecare tură.

Pentru a obține un flux magnetic mare în generatoare, se folosește un sistem magnetic special, format din două miezuri din oțel electric. Înfășurările care creează un câmp magnetic sunt plasate în canelurile unuia dintre miezuri, iar înfășurările în care este indus EMF sunt plasate în canelurile celuilalt. Unul dintre miezuri (de obicei intern), împreună cu înfășurarea sa, se rotește în jurul unei axe orizontale sau verticale. Prin urmare, se numește rotor (sau armătură). Un miez fix cu înfășurarea sa se numește stator (sau inductor). Distanța dintre miezurile statorului și rotorului este făcută cât mai mică posibil. Aceasta oferă cea mai mare valoare a fluxului de inducție magnetică.

În modelul de generator prezentat în Figura 19, se rotește un cadru de sârmă, care este un rotor (deși fără miez de fier). Câmpul magnetic este creat de un magnet permanent staționar. Desigur, ar fi posibil să faceți opusul - să rotiți magnetul și să lăsați cadrul nemișcat.

La generatoarele industriale mari, electromagnetul este cel care se rotește, care este rotorul, în timp ce înfășurările în care este indus EMF sunt așezate în fantele statorului și rămân nemișcate. Faptul este că este necesar să se furnizeze curent rotorului sau să-l devieze de la înfășurarea rotorului către un circuit extern folosind contacte glisante. Pentru a face acest lucru, rotorul este echipat cu inele colectoare atașate la capetele înfășurării sale. Plăcile fixe - perii - sunt presate pe inele și conectează înfășurarea rotorului cu circuitul extern. Puterea curentului în înfășurările unui electromagnet care creează un câmp magnetic este mult mai mică decât puterea curentului dat de generator circuitului extern. Prin urmare, este mai convenabil să eliminați curentul generat din înfășurările fixe și să furnizați un curent relativ slab prin contactele glisante la electromagnetul rotativ. Acest curent este generat de un generator DC separat (excitator) situat pe același arbore.

În generatoarele de putere redusă, câmpul magnetic este creat de un magnet permanent rotativ. În acest caz, inelele și periile nu sunt deloc necesare.

Apariția EMF în înfășurările fixe ale statorului se explică prin apariția unui câmp electric vortex în acestea, generat de o modificare a fluxului magnetic în timpul rotației rotorului.

Dacă un cadru plat se rotește într-un câmp magnetic uniform, atunci perioada EMF generată este egală cu perioada de rotație a cadrului. Acest lucru nu este întotdeauna convenabil. De exemplu, pentru a obține un curent alternativ cu o frecvență de 50 Hz, cadrul trebuie să facă 50 de rotații/s într-un câmp magnetic uniform, adică. 3000 rpm Aceeași viteză de rotație va fi necesară și în cazul rotației unui magnet permanent cu doi poli sau a unui electromagnet cu doi poli. Într-adevăr, perioada de modificare a fluxului magnetic care pătrunde în spirele înfășurării statorului ar trebui să fie egală cu 1/50 s. Pentru a face acest lucru, fiecare dintre polii rotorului trebuie să treacă de ture de 50 de ori pe secundă. Viteza de rotatie poate fi redusa daca se foloseste ca rotor un electromagnet cu 2, 3, 4 ... perechi de poli. Atunci perioada curentului generat va corespunde cu timpul necesar pentru a roti rotorul cu 1/2, 1/3, 1/4 ... din cerc, respectiv. Prin urmare, rotorul poate fi rotit de 2, 3, 4... ori mai încet. Acest lucru este important atunci când generatorul este antrenat de motoare cu viteză mică, cum ar fi turbinele hidraulice. Deci, rotoarele generatoarelor Uglich HPP de pe Volga fac 62,5 rpm și au 48 de perechi de poli.

Generator 2.2 MHD

Centralele termice (TPP) formează baza energiei moderne. Funcționarea unei centrale termice se bazează pe conversia energiei termice degajate în timpul arderii combustibililor fosili, mai întâi în energia mecanică de rotație a arborelui unei turbine cu abur sau cu gaz, iar apoi cu ajutorul unui generator electric în energie electrica. Ca urmare a unei astfel de conversii duble, se irosește multă energie - este eliberată sub formă de căldură în aer, este cheltuită pe echipamente de încălzire etc.

Este posibil să se reducă aceste cheltuieli involuntare de energie, să se scurteze procesul de conversie a energiei, să se excludă etapele intermediare de conversie a energiei? Se dovedește că poți. Una dintre centralele electrice care convertesc energia unui lichid sau gaz conductiv electric în mișcare direct în energie electrică este un generator magnetohidrodinamic sau, pe scurt, generatorul MHD.

Ca și în generatoarele electrice convenționale, generatorul MHD se bazează pe fenomenul de inducție electromagnetică: un curent electric ia naștere într-un conductor care traversează liniile câmpului magnetic. Într-un generator MHD, un astfel de conductor este așa-numitul fluid de lucru - un metal lichid, gazos sau lichid cu conductivitate electrică ridicată. De obicei, generatoarele MHD folosesc un gaz ionizat incandescent sau plasmă. Când plasma se mișcă în câmpul magnetic, în ea apar fluxuri direcționate opus de purtători de sarcină - electroni liberi și ioni pozitivi.

Generatorul MHD constă dintr-un canal prin care se mișcă plasma, un electromagnet pentru a crea un câmp magnetic și electrozi care stoarce purtătorii de sarcină. Ca rezultat, apare o diferență de potențial între electrozii amplasați opus, ceea ce provoacă un curent electric în circuitul extern conectat la aceștia. Astfel, în generatorul MHD, energia plasmei în mișcare este convertită direct în energie electrică, fără transformări intermediare.

Principalul avantaj al unui generator MHD în comparație cu generatoarele electromagnetice convenționale este absența componentelor mecanice în mișcare și a pieselor din acesta, cum ar fi, de exemplu, într-un turbo sau hidrogenerator. Această împrejurare face posibilă creșterea semnificativă a temperaturii inițiale a fluidului de lucru și, în consecință, a eficienței generatorului.

Primul generator experimental MHD cu o putere de numai 11,5 kW a fost construit în 1959 în SUA. În 1965, primul generator sovietic MHD a fost investigat în URSS, iar în 1971 a fost lansată o centrală pilot - un fel de centrală electrică cu un generator MHD cu o capacitate de 25 MW. Astfel de centrale electrice pot fi folosite, de exemplu, ca surse de rezervă sau de urgență de energie electrică, precum și surse de alimentare pentru astfel de dispozitive care necesită un consum semnificativ de energie electrică într-o perioadă scurtă de timp.

2.3 Generator de plasmă - lanternă cu plasmă

Dacă un solid este încălzit puternic, se va transforma într-un lichid. Dacă ridici temperatura și mai mult, lichidul se va evapora și se va transforma într-un gaz.

Dar ce se întâmplă dacă continuați să creșteți temperatura? Atomii materiei vor începe să-și piardă electronii, transformându-se în ioni pozitivi. În loc de gaz, se formează un amestec gazos, format din electroni, ioni și atomi neutri care se mișcă liber. Se numește plasmă.

În zilele noastre, plasma este utilizată pe scară largă în diverse domenii ale științei și tehnologiei: pentru tratarea termică a metalelor, aplicarea diferitelor acoperiri pe acestea, topire și alte operațiuni metalurgice. În ultimii ani, plasma a fost utilizată pe scară largă de chimiști. Ei au descoperit că viteza și eficiența multor reacții chimice crește foarte mult într-un jet de plasmă. De exemplu, prin introducerea metanului într-un jet de plasmă cu hidrogen, acesta poate fi transformat în acetilenă foarte valoroasă. Sau aranjați vaporii de ulei într-un număr de compuși organici - etilenă, propilenă și alții, care ulterior servesc ca materie primă importantă pentru producerea diferitelor materiale polimerice.

Schema unui generator de plasmă - lanternă cu plasmă

jet de plasmă;

descărcarea arcului;

Canale de „spin” de gaz;

Catod metalic refractar;

gaz plasmatic;

Suport electrod;

camera de refulare;

Solenoid;

Anod de cupru.

Cum se creează plasmă? În acest scop, servește o lanternă cu plasmă sau un generator de plasmă.

Dacă plasați electrozi metalici într-un vas cu gaz și le aplicați o tensiune înaltă, se va produce o descărcare electrică. Există întotdeauna electroni liberi într-un gaz. Sub acțiunea unui curent electric, ei accelerează și, ciocnind cu atomii de gaz neutri, scot electroni din ei și formează particule încărcate electric - ioni, adică. ionizează atomii. Electronii eliberați sunt, de asemenea, accelerați de câmpul electric și ionizează noi atomi, crescând și mai mult numărul de electroni și ioni liberi. Procesul se dezvoltă ca o avalanșă, atomii substanței se ionizează foarte repede și substanța se transformă în plasmă.

Acest proces are loc într-o lanternă cu plasmă cu arc. Între catod și anod se creează o tensiune înaltă, care poate fi, de exemplu, un metal care trebuie prelucrat cu plasmă. În spațiul camerei de descărcare, o substanță care formează plasmă este cel mai adesea alimentată cu gaz - aer, azot, argon, hidrogen, metan, oxigen etc. Sub acțiunea tensiunii înalte, are loc o descărcare în gaz și se formează un arc de plasmă între catod și anod. Pentru a evita supraîncălzirea pereților camerei de refulare, aceștia sunt răciți cu apă. Dispozitivele de acest tip se numesc torțe cu plasmă cu arc de plasmă extern. Sunt folosite pentru tăierea, sudarea, topirea metalelor etc.

Lanterna cu plasmă pentru crearea unui jet de plasmă este dispusă oarecum diferit. Gazul care formează plasmă este suflat printr-un sistem de canale spiralate cu viteză mare și „aprins” în spațiul dintre catod și pereții camerei de descărcare, care sunt anodul. Plasma, care se învârte într-un jet dens datorită canalelor spiralate, este ejectată din duză, iar viteza acesteia poate ajunge de la 1 la 10.000 m/s. Câmpul magnetic, care este creat de inductor, ajută la „strângerea” plasmei de pe pereții camerei și la creșterea densității jetului. Temperatura jetului de plasmă la ieșirea duzei este de la 3000 la 25000 K.

Privește din nou acest desen. Îți amintește de ceva bine cunoscut?

Desigur, este un motor cu reacție. Forța de împingere într-un motor cu reacție este creată de un jet de gaze fierbinți ejectat cu viteză mare dintr-o duză. Cu cât viteza este mai mare, cu atât este mai mare forța de tracțiune. Ce e în neregulă cu plasma? Viteza avionului este destul de potrivită - până la 10 km/s. Și cu ajutorul câmpurilor electrice speciale, plasma poate fi accelerată și mai mult - până la 100 km/s. Aceasta este de aproximativ 100 de ori viteza gazelor la motoarele cu reacție existente. Aceasta înseamnă că forța motoarelor cu reacție cu plasmă sau electrice poate fi mai mare, iar consumul de combustibil poate fi redus semnificativ. Primele mostre de motoare cu plasmă au fost deja testate în spațiu.

Capitolul 3. Transmisia puterii

.1 Linii electrice

Energia electrică se compară favorabil cu toate tipurile de energie, deoarece fluxurile sale puternice pot fi transmise aproape instantaneu pe mii de kilometri. „Canalele” râurilor energetice sunt liniile de transmisie a energiei electrice (TL) – principalele verigi ale sistemelor energetice.

În prezent, se construiesc două tipuri de linii electrice: aeriene, care transportă curent prin fire deasupra solului, și subterane, care transmit curent prin cabluri de alimentare, așezate, de regulă, în șanțuri subterane.

Liniile de transmisie a puterii constau din suporturi - beton sau metal, pe umerii cărora sunt atașate ghirlande de izolatori de porțelan sau sticlă. Fire de cupru, aluminiu sau oțel-aluminiu sunt întinse între suporturi, care sunt suspendate de izolatori. Turnurile de transmisie a energiei merg prin deșerturi și taiga, urcă sus în munți, traversează râuri și chei montane.

Aerul servește ca izolator între fire. Prin urmare, cu cât tensiunea este mai mare, cu atât distanța dintre fire ar trebui să fie mai mare. Prin câmpuri trec și linii electrice, pe lângă așezări. Prin urmare, firele trebuie suspendate la o înălțime sigură pentru oameni. Proprietățile aerului ca izolator depind de condițiile climatice și meteorologice. Constructorii de linii electrice trebuie să ia în considerare puterea vântului dominant, diferențele de temperatură de vară și iarnă și multe altele. De aceea, construcția fiecărei noi linii de transport necesită munca serioasă a prospectorilor pentru cel mai bun traseu, cercetare științifică, modelare, cele mai complexe calcule inginerești și chiar înaltă pricepere a constructorilor.

Crearea concomitentă de centrale puternice și rețele electrice a fost prevăzută în planul GOERLO. Când electricitatea este transmisă prin fire la distanță, pierderile de energie sunt inevitabile, deoarece, trecând prin fire, curentul electric le încălzește. Prin urmare, este nerentabil să transmitem curent de joasă tensiune, 127 - 220 V, pe măsură ce intră în apartamentele noastre, pe o distanță mai mare de 2 km. Pentru a reduce pierderile în fire, tensiunea curentului electric, înainte de a fi alimentat la linie, este crescută la substațiile electrice. Odată cu creșterea puterii centralelor, extinderea teritoriilor acoperite de electrificare, tensiunea de curent alternativ pe liniile de transport crește succesiv la 220, 380, 500 și 750 kV. O linie de transport a energiei electrice cu o tensiune de 1150 kV a fost construită pentru a conecta sistemele de energie din Siberia, Kazahstanul de Nord și Urali. Nu există astfel de linii în nicio țară din lume: înălțimea suporturilor este de până la 45 m (înălțimea unei clădiri cu 15 etaje), distanța dintre firele fiecăreia dintre cele trei faze este de 23 m.

Cu toate acestea, firele sub tensiune înaltă pun viața în pericol și este imposibil să le conduci către case, fabrici și fabrici. De aceea, înainte de a transmite energie electrică către consumator, curentul de înaltă tensiune este redus la substațiile descendente.

Schema de transmisie AC este următoarea. Curentul de joasă tensiune generat de generator este alimentat la transformatorul substației, convertit în acesta într-un curent de înaltă tensiune, apoi de-a lungul liniei de alimentare merge la locul consumului de energie, aici este transformat de transformator într-un curent de joasă tensiune și apoi ajunge la consumatori.

Țara noastră este strămoșul unui alt tip de linii electrice - liniile de curent continuu. Este mai profitabil să transmiteți curent continuu prin liniile electrice decât curentul alternativ, deoarece dacă lungimea liniei depășește 1,5-2 mii km, atunci pierderea de energie electrică în timpul transmisiei cu curent continuu va fi mai mică. Înainte de a introduce curent în casele consumatorilor, acesta este din nou transformat în alternativ.

Pentru a introduce curent de înaltă tensiune în orașe și a-l distribui la substații electrice descendente, liniile electrice prin cablu sunt așezate în subteran. Experții cred că în viitor liniile electrice aeriene vor ceda în general locul celor de cablu. Liniile aeriene au un dezavantaj: un câmp electric este creat în jurul firelor de înaltă tensiune care depășește câmpul magnetic al Pământului. Și acest lucru afectează negativ corpul uman. Acest lucru poate reprezenta un pericol și mai mare în viitor, când tensiunea și curentul transmis prin liniile electrice vor crește și mai mult. Deja acum, pentru a evita consecințele nedorite, este necesar să se creeze „drept de trecere” în jurul liniilor electrice, unde este interzisă construirea de ceva.

A fost testată o linie de cablu care simulează viitoarele linii electrice supraconductoare. În interiorul unei țevi metalice, acoperită cu mai multe straturi de cea mai perfectă izolație termică, este așezat un miez de cupru, format din mulți conductori, fiecare fiind acoperit cu o peliculă de niobiu. Frigul cosmic real este menținut în interiorul țevii - o temperatură de 4,2 K. La această temperatură, nu există pierderi de electricitate din cauza rezistenței.

Pentru a transmite energie electrică, oamenii de știință au dezvoltat linii umplute cu gaz (GIL). GIL este o țeavă metalică umplută cu gaz - hexafluorură de sulf. Acest gaz este un izolator excelent. Calculele arată că, la creșterea presiunii gazului, curentul electric cu o tensiune de până la 500 kV poate fi transmis prin firele așezate în interiorul conductei.

Liniile electrice de cablu așezate în subteran vor salva sute de mii de hectare de teren prețios, în special în orașele mari.

După cum am spus deja, o astfel de transmitere a energiei electrice este asociată cu pierderi vizibile. Faptul este că curentul electric încălzește firele liniilor electrice. În conformitate cu legea Joule-Lenz, energia cheltuită pentru încălzirea firelor liniei este determinată de formula

Q=I 2Rt

unde R este rezistența liniei. Cu linii foarte lungi, transmisia de energie poate deveni neeconomică. Este practic foarte dificil să reduceți semnificativ rezistența liniei. Prin urmare, este necesar să se reducă puterea curentului.

Deoarece puterea curentă este proporțională cu produsul dintre puterea curentului și tensiunea, pentru a menține puterea transmisă, este necesară creșterea tensiunii în linia de transmisie. Mai mult, cu cât linia de transport este mai lungă, cu atât este mai profitabilă utilizarea unei tensiuni mai mari. Deci, în linia de transport de înaltă tensiune Volzhskaya HPP - Moscova, se utilizează o tensiune de 500 kV. Între timp, generatoarele de curent alternativ sunt construite pentru tensiuni care nu depășesc 16-20 kV. O tensiune mai mare ar necesita măsuri speciale complicate pentru a izola înfășurările și alte părți ale generatoarelor.

Prin urmare, transformatoarele superioare sunt instalate la centralele mari. Transformatorul crește tensiunea în linie la fel de mult pe cât reduce curentul.

Pentru utilizarea directă a energiei electrice în motoarele motorului electric al mașinilor-unelte, în rețeaua de iluminat și în alte scopuri, tensiunea la capetele liniei trebuie redusă. Acest lucru se realizează folosind transformatoare descendente.

De obicei, o scădere a tensiunii și, în consecință, o creștere a puterii curentului are loc în mai multe etape. La fiecare etapă, tensiunea devine mai mică, iar aria acoperită de rețeaua electrică devine din ce în ce mai largă (Fig. 4).

La o tensiune foarte mare între fire, începe o descărcare corona, ceea ce duce la pierderi de energie. Amplitudinea admisibilă a tensiunii alternative trebuie să fie astfel încât, pentru o anumită zonă a secțiunii transversale a firului, pierderea de energie datorată unei descărcări corona să fie neglijabilă.

Centralele electrice dintr-o serie de regiuni ale țării sunt conectate prin linii de transport de înaltă tensiune, formând o rețea electrică comună la care sunt conectați consumatorii. O astfel de combinație, numită sistem de alimentare, face posibilă netezirea sarcinilor „de vârf” ale consumului de energie în orele de dimineață și seara. Sistemul de alimentare asigură alimentarea neîntreruptă consumatorilor, indiferent de locația acestora. Acum aproape întreg teritoriul țării este asigurat cu energie electrică prin sistemele energetice integrate.

Pierderea a 1% din energie electrică pe zi pentru țara noastră aduce o pierdere de aproximativ jumătate de milion de ruble.

3.2 Transformator

Curentul alternativ se compară favorabil cu curentul continuu, deoarece este relativ ușor să-și schimbe puterea. Dispozitivele care convertesc curentul alternativ al unei tensiuni în curent alternativ al altei tensiuni se numesc transformatoare electrice (din cuvântul latin „transformo” - „voi transforma”). Transformatorul a fost inventat de inginerul electric rus P. N. Yablochkin în 1876.

Transformatorul este format din mai multe bobine (înfășurări) înfășurate pe un cadru cu sârmă izolată, care sunt așezate pe un miez format din plăci subțiri din oțel special.

Un curent electric alternativ care curge printr-una dintre înfășurări, numită primară, creează un câmp magnetic alternativ în jurul acesteia și în miez, traversând spirele celeilalte înfășurări - secundare - a transformatorului, excitând o forță electromotoare alternativă în el. Este suficient să conectați o lampă incandescentă la bornele înfășurării secundare, deoarece un curent alternativ va curge în circuitul închis rezultat. Astfel, energia electrică este transferată de la o înfășurare a transformatorului la alta fără conectarea lor directă, doar datorită înfășurării de conectare a câmpului magnetic alternativ.

Dacă ambele înfășurări au un număr diferit de spire, atunci aceeași tensiune va fi indusă în înfășurarea secundară precum cea adusă la primar. De exemplu, dacă pe înfășurarea primară a transformatorului este aplicat un curent alternativ de 220 V, atunci în înfășurarea secundară va apărea un curent de 220 V. Dacă înfășurările sunt diferite, atunci tensiunea în înfășurarea secundară nu va fi egală. la tensiunea furnizată înfăşurării primare. Într-un transformator step-up, de ex. într-un transformator care crește tensiunea unui curent electric, înfășurarea secundară conține mai multe spire decât primarul, prin urmare tensiunea pe acesta este mai mare decât pe primar. Într-un transformator coborâtor, dimpotrivă, înfășurarea secundară conține mai puține spire decât primarul și, prin urmare, tensiunea pe el este mai mică.

Transformatoarele sunt utilizate pe scară largă în industrie și viața de zi cu zi. Transformatoarele electrice de putere fac posibilă transmiterea curentului alternativ prin liniile electrice pe o distanță lungă cu pierderi reduse de energie. Pentru a face acest lucru, tensiunea curentului alternativ generat de generatoarele centralei electrice este crescută cu ajutorul transformatoarelor la o tensiune de câteva sute de mii de volți și trimisă prin linii electrice în diferite direcții. La locul consumului de energie, la o distanță de mulți kilometri de centrală, această tensiune este coborâtă de transformatoare.

Transformatoarele de putere devin foarte fierbinți în timpul funcționării. Pentru a reduce încălzirea miezului și înfășurărilor, transformatoarele sunt plasate în rezervoare speciale cu ulei mineral. Un transformator electric echipat cu un astfel de sistem de răcire are dimensiuni foarte impresionante: înălțimea lui atinge câțiva metri, iar greutatea sa este de sute de tone. Pe lângă astfel de transformatoare, există și transformatoare pitici care funcționează în radiouri, televizoare, casetofone și telefoane. Cu ajutorul unor astfel de transformatoare se obțin mai multe tensiuni care alimentează diferite circuite ale dispozitivului, semnalele releului sunt transmise de la un circuit electric la altul, din cascadă în cascadă, iar circuitele electrice sunt separate.

După cum am spus deja, transformatorul constă dintr-un miez închis de oțel, pe care sunt puse două (uneori mai multe) bobine cu înfășurări de sârmă (Fig. 5). Una dintre înfășurări, numită primară, este conectată la o sursă de tensiune AC. A doua înfășurare, la care este conectată „sarcina”, adică. dispozitivele și dispozitivele care consumă energie electrică se numește secundar. Schema dispozitivului unui transformator cu două înfășurări este prezentată în Figura 6.

Acțiunea transformatorului se bazează pe fenomenul de inducție electromagnetică. Când un curent alternativ trece prin înfășurarea primară, în miez apare un flux magnetic alternativ, care excită EMF de inducție în fiecare înfășurare. Miezul din oțel de transformare concentrează câmpul magnetic, astfel încât fluxul magnetic există practic doar în interiorul miezului și este același în toate secțiunile acestuia.

Valoarea instantanee a emf e de inducție în orice tură a înfășurării primare sau secundare este aceeași. Conform legii lui Faraday, este determinat de formula

e \u003d - F,

unde Ф este derivata fluxului de inducție magnetică în raport cu timpul. În cazul în care un

F=F m cos wt, atunci

Prin urmare,

e = wФ m greul păcatului,

e = E m greul păcatului,

unde E m = wФ m - Amplitudine EMF într-o tură.

Dacă un circuit care consumă energie electrică este conectat la capetele înfășurării secundare sau, după cum se spune, este încărcat un transformator, atunci curentul din înfășurarea secundară nu va mai fi zero. Curentul rezultat conform regulii lui Lenz ar trebui să reducă modificările câmpului magnetic din miez.

Dar o scădere a amplitudinii oscilațiilor fluxului magnetic rezultat ar trebui, la rândul său, să reducă EMF de inducție în înfășurarea primară. Cu toate acestea, acest lucru este imposibil, deoarece conform u 1~e 1. prin urmare, atunci când circuitul înfășurării secundare este închis, curentul din înfășurarea primară crește automat. Amplitudinea acestuia crește în așa fel încât să restabilească valoarea anterioară a amplitudinii de oscilație a fluxului magnetic rezultat.

Creșterea puterii curentului în circuitul înfășurării primare are loc în conformitate cu legea conservării energiei: întoarcerea energiei electrice la circuitul conectat la înfășurarea secundară a transformatorului este însoțită de consumul aceleiași energie din rețea de către înfăşurarea primară. Puterea în circuitul primar la o sarcină a transformatorului apropiată de cea nominală este aproximativ egală cu puterea în circuitul secundar: U 1eu 1~ U 2eu 2.

Aceasta înseamnă că prin creșterea tensiunii de mai multe ori cu ajutorul unui transformator, reducem curentul cu aceeași cantitate (și invers).

La transformatoarele moderne de mare putere, pierderile totale de energie nu depășesc 2-3%.

Pentru ca transportul energiei electrice să fie rentabil din punct de vedere economic, este necesar ca pierderile de încălzire ale firelor să fie cât mai mici. Acest lucru se realizează prin faptul că transportul energiei electrice pe distanțe lungi se realizează la tensiune înaltă. Faptul este că, odată cu creșterea tensiunii, aceeași energie poate fi transmisă la o putere de curent mai mică, ceea ce duce la o scădere a încălzirii firelor și, în consecință, la o scădere a pierderilor de energie. În practică, la transmiterea energiei se folosesc tensiuni de 110, 220, 380, 500, 750 și 1150 kV. Cu cât linia de transmisie este mai lungă, cu atât este mai mare tensiunea folosită în ea.

Alternatoarele dau o tensiune de câțiva kilovolți. Restructurarea generatoarelor pentru tensiuni mai mari este dificilă - în aceste cazuri, ar fi necesară o calitate deosebit de ridicată a izolației tuturor părților generatorului sub curent. Prin urmare, atunci când se transmite energie pe distanțe lungi, este necesară creșterea tensiunii folosind transformatoare instalate la substațiile step-up.

Schema de funcționare a stațiilor electrice: step-up, convertor (tracțiune), step-down.

Tensiunea înaltă transformată este transmisă prin liniile electrice la locul de consum. Dar consumatorul nu are nevoie de tensiune înaltă. Trebuie coborât. Acest lucru se realizează la substațiile descendente.

Substațiile descendente sunt împărțite în substații districtuale, principale descendente și locale. Departamentele raionale primesc energie electrică direct de la liniile electrice de înaltă tensiune, scad tensiunea și o transferă la principalele substații descendente, unde tensiunea scade la 6,10 sau 35 kV. Din statiile principale, electricitatea este furnizata la cele locale, unde tensiunea scade la 500, 380, 220V si este distribuita intreprinderilor industriale si cladirilor rezidentiale.

Uneori există și o substație de conversie în spatele stației de creștere, unde curentul electric alternativ este transformat în curent continuu. Aici are loc rectificarea. Curentul continuu este transmis pe liniile electrice pe distanțe lungi. La capătul liniei la aceeași substație, acesta este din nou convertit (inversat) în curent alternativ, care este alimentat la principalele substații descendente. Pentru alimentarea vehiculelor electrificate și a instalațiilor industriale cu curent continuu, lângă substațiile principale descendente și locale sunt construite substații de convertizor (în transport se numesc tracțiune).

generator de transformator de curent electric

capitolul 4

.1 Producția de oțel în cuptoare electrice

Un cuptor electric este o unitate în care căldura obținută prin transformarea energiei electrice în energie termică este transferată materialului topit. Conform metodei de conversie a energiei electrice în energie termică, cuptoarele electrice sunt împărțite în următoarele grupuri:

) arc, în care electricitatea este transformată în căldură în arc;

) cuptoare cu rezistență, în care se generează căldură în elemente speciale sau materii prime ca urmare a trecerii unui curent electric prin acestea;

) combinate, funcționând simultan ca cuptoare cu arc și ca cuptoare cu rezistență (cuptoare minerale-termice);

) inducție, în care metalul este încălzit prin fluxuri vortex excitate în el prin inducție electromagnetică;

) fascicul de electroni, în care cu ajutorul unui curent electric în vid se creează un flux strict dirijat de electroni, bombardând și topind materiile prime;

) plasmă, în care încălzirea și topirea metalului se realizează prin plasmă la temperatură joasă.

Într-un cuptor electric, este posibil să se obțină oțel aliat cu un conținut scăzut de sulf și fosfor, incluziuni nemetalice, în timp ce pierderea elementelor de aliere este mult mai mică. În procesul de topire electrică, este posibil să se controleze cu precizie temperatura metalului și compoziția acestuia, pentru a topi aliaje de aproape orice compoziție.

Cuptoarele electrice au avantaje semnificative față de alte unități de topire a oțelului, prin urmare, aliajele de scule din aliaje înalte, rulmenți cu bile din inox, rezistente la căldură și rezistente la căldură, precum și multe oțeluri structurale, sunt topite numai în aceste cuptoare. Cuptoarele electrice puternice sunt utilizate cu succes pentru a produce oțeluri cu focar deschis, cu conținut scăzut de aliaje și cu conținut ridicat de carbon. În plus, în cuptoarele electrice se obțin diverse feroaliaje, care sunt aliaje de fier cu elemente care trebuie îndepărtate în oțel pentru aliere și dezoxidare.

Dispozitivul cuptoarelor cu arc electric.

Primul cuptor cu arc electric din Rusia a fost instalat în 1910 la uzina Obukhov. În anii planurilor cincinale, au fost construite sute de cuptoare diferite. Capacitatea celui mai mare cuptor din URSS este de 200 de tone Cuptorul este format dintr-o carcasă cilindrică de fier cu fund sferic. In interiorul carcasei are o captuseala refractara. Spațiul de topire al cuptorului este închis cu o boltă detașabilă.

Cuptorul are o fereastră de lucru și o ieșire cu jgheab de scurgere. Cuptorul este alimentat de curent alternativ trifazat. Încălzirea și topirea metalului se realizează prin arcuri electrice puternice care arde între capetele celor trei electrozi și metalul din cuptor. Cuptorul se sprijină pe două sectoare de sprijin care se rostogolesc peste cadru. Înclinarea cuptorului spre ieșire și fereastra de lucru se realizează folosind un mecanism cu cremalieră și pinion. Înainte de încărcarea cuptorului, arcul, suspendat pe lanțuri, este ridicat la portal, apoi portalul cu arc și electrozi este întors spre jgheabul de scurgere și cuptorul este încărcat cu o găleată.

Echipamente mecanice ale cuptorului cu arc.

Carcasa cuptorului trebuie să reziste la sarcina din masa refractarelor și a metalului. Se realizeaza sudat din tabla cu grosimea de 16-50 mm, in functie de marimea cuptorului. Forma carcasei determină profilul spațiului de lucru al cuptorului cu arc electric. Cea mai comună în prezent este carcasa conică. Partea inferioară a carcasei are formă de cilindru, partea superioară este în formă de con cu o expansiune în sus. Această formă a carcasei facilitează umplerea cuptorului cu material refractar, pereții înclinați cresc durabilitatea zidăriei, deoarece este mai departe de arcurile electrice. Se folosesc și carcase cilindrice cu panouri răcite cu apă. Pentru a menține forma cilindrică corectă, carcasa este întărită cu rigidizări și inele. Fundul carcasei este de obicei realizat sferic, ceea ce asigură cea mai mare rezistență a carcasei și masa minimă a zidăriei. Fundul este realizat din oțel nemagnetic pentru instalarea sub cuptorul unui dispozitiv de amestecare electromagnetică.

De sus cuptorul este închis de o boltă. Bolta este realizată din cărămizi refractare într-un inel metalic de boltă răcit cu apă, care rezistă la forțele de spargere ale bolții sferice arcuite. Trei găuri pentru electrozi sunt lăsate în zidăria bolții. Diametrul găurilor este mai mare decât diametrul electrodului, prin urmare, în timpul topirii, gazele fierbinți se precipită în spațiu, care distrug electrodul și transportă căldura din cuptor. Pentru a preveni acest lucru, pe boltă sunt instalate frigidere sau economizoare, care servesc la etanșarea orificiilor electrozilor și la răcirea zidăriei bolții. Economizoarele dinamice de gaz asigură etanșarea cu o perdea de aer în jurul electrodului. Acoperișul are și o deschidere pentru aspirarea gazelor praf și o deschidere pentru o lance de oxigen.

Există o fereastră de încărcare, încadrată de un cadru turnat, pentru încărcarea încărcăturii într-un cuptor de capacitate mică și încărcarea aliajelor și fluxurilor în cuptoare mari pentru descărcarea zgurii, inspecția, umplerea și repararea cuptorului. Ghidajele sunt atașate cadrului de-a lungul căruia glisează amortizorul. Amortizorul este căptușit cu cărămizi refractare. Pentru ridicarea amortizorului se folosește un actuator pneumatic, hidraulic sau electromecanic.

Pe partea opusă a carcasei are o fereastră pentru eliberarea oțelului din cuptor. Un jgheab de scurgere este sudat pe fereastră. Orificiul pentru eliberarea oțelului poate fi rotund cu diametrul de 120-150 mm sau pătrat de 150 pe 250 mm. Jgheabul de scurgere are o secțiune în formă de jgheab și este sudat pe carcasă la un unghi de 10-12° față de orizontală. Din interior, jgheabul este căptușit cu cărămizi de argilă, lungimea sa este de 1-2 m.

Suporturile de electrozi sunt folosite pentru a furniza curent electrozilor și pentru a fixa electrozii. Capetele suporturilor de electrozi sunt realizate din bronz sau oțel și răcite cu apă, deoarece sunt puternic încălzite atât prin căldura din cuptor, cât și prin curenții de contact. Suportul electrodului trebuie să prindă strâns electrodul și să aibă o rezistență de contact mică. Cel mai comun în prezent este suportul de electrod cu arc-pneumatic. Prinderea electrodului se realizează folosind un inel fix și o placă de prindere, care este presată împotriva electrodului de un arc. Comprimarea plăcii de la electrod și comprimarea arcului se produc cu ajutorul aerului comprimat. Suportul de electrod este montat pe un manșon metalic - o consolă, care este fixată cu un suport mobil în formă de L într-o structură rigidă. Raftul se poate deplasa în sus sau în jos în interiorul raftului cu casei fixe. Trei rafturi fixe sunt conectate rigid într-o singură structură comună, care se sprijină pe platforma suportului cuptorului.

Deplasarea rafturilor telescopice mobile are loc fie cu ajutorul unui sistem de cabluri si contragreutati actionate de motoare electrice, fie cu ajutorul unor dispozitive hidraulice. Mecanismele de deplasare a electrozilor trebuie să asigure ridicarea rapidă a electrozilor în cazul prăbușirii încărcăturii în timpul procesului de topire, precum și coborârea lină a electrozilor pentru a preveni scufundarea acestora în metal sau lovirea pieselor netopite ale electrozilor. încărca. Viteza de ridicare a electrodului este de 2,5-6,0 m/min, viteza de coborâre este de 1,0-2,0 m/min.

Mecanismul de înclinare al cuptorului trebuie să încline ușor cuptorul spre ieșire la un unghi de 40-45° pentru eliberarea oțelului și la un unghi de 10-15 grade către fereastra de lucru pentru coborârea zgurii. Patul cuptorului, sau leagănul, pe care este instalat corpul, se sprijină pe două până la patru sectoare de sprijin, care se rulează de-a lungul ghidajelor orizontale. Sunt orificii in sectoare, iar dintii in ghidaje, cu ajutorul carora se impiedica alunecarea sectoarelor cand cuptorul este inclinat. Înclinarea cuptorului se realizează folosind un mecanism cu cremalieră și angrenaj sau acţionat hidraulic. Pe suporturile fixe ale fundației sunt fixați doi cilindri, iar tijele sunt conectate pivotant la sectoarele de susținere ale suportului cuptorului.

Există două tipuri de sisteme de încărcare a cuptorului: prin fereastra de umplere cu o mașină de umplere fiert și prin partea superioară folosind o găleată. Încărcarea prin fereastră se folosește numai la cuptoarele mici. Când încărcați cuptorul de sus în una sau două etape în 5 minute, căptușeala este răcită mai puțin, timpul de topire este redus; se reduce consumul de energie electrică; utilizarea mai eficientă a volumului cuptorului. Pentru a încărca cuptorul, acoperișul este ridicat cu 150-200 mm deasupra carcasei cuptorului și rotit în lateral împreună cu electrozii, deschizând complet spațiul de lucru al cuptorului pentru introducerea unei găleți cu încărcare. Arcul cuptorului este suspendat de cadru. Este conectat la rafturile fixe ale suporturilor de electrozi într-o structură rigidă care se sprijină pe o consolă rotativă, care este montată pe un lagăr suport. Cuptoarele mari au un turn rotativ, în care sunt concentrate toate mecanismele bolții. Turnul se rotește în jurul balamalei de pe role de-a lungul unei șine arcuite.

Găleata este un cilindru de oțel, al cărui diametru este mai mic decât diametrul spațiului de lucru al cuptorului. Din partea inferioară a cilindrului există sectoare flexibile mobile, ale căror capete sunt trase împreună prin inele printr-un cablu. Cântărirea și încărcarea încărcăturii se efectuează la curtea de încărcare a atelierului de topire a oțelului electric. Găleata de pe un cărucior este introdusă în atelier, ridicată cu o macara și coborâtă în cuptor.

Cu ajutorul unei ridicări auxiliare a macaralei, cablul este scos din ochii sectoarelor, iar la ridicarea găleților sectorului, acestea se deschid, iar sarcina cade în cuptor în ordinea în care a fost plasată. în găleată. Când se utilizează peleți metalizați ca încărcare, încărcarea poate fi efectuată continuu printr-o conductă care trece într-o deschidere din acoperișul cuptorului. În timpul topirii, electrozii taie trei godeuri în încărcătură, în fundul cărora se acumulează metal lichid. Pentru a accelera topirea, cuptoarele sunt echipate cu un dispozitiv rotativ care rotește corpul într-o direcție și în cealaltă cu un unghi de 80 °. În același timp, nouă puțuri sunt deja tăiate prin electrozii din încărcătură. Pentru a roti carcasa, arcul este ridicat, electrozii sunt ridicați deasupra nivelului de încărcare, iar carcasa este rotită folosind o roată dințată atașată la carcasă și roți dințate. Corpul cuptorului se sprijină pe role.

Purificarea gazelor de evacuare.

Cuptoarele cu arc mari moderne de topire a oțelului în timpul funcționării emit o cantitate mare de gaze praf în atmosferă. Utilizarea oxigenului și a materialelor sub formă de pulbere contribuie și mai mult la aceasta.

Conținutul de praf din gazele cuptoarelor cu arc electric ajunge la 10 g/m^3 și depășește semnificativ norma. Pentru a prinde praful, gazele sunt aspirate din spațiul de lucru al cuptoarelor cu un ventilator puternic. Pentru a face acest lucru, se face o a patra gaură în acoperișul cuptorului cu o țeavă pentru evacuarea gazului. Conducta de ramificare printr-un gol care vă permite să înclinați sau să rotiți cuptorul se apropie de conducta staționară. Pe parcurs, gazele sunt diluate cu aerul necesar pentru arderea ulterioară a CO. Gazele sunt apoi racite cu jeturi de apa intr-un schimbator de caldura si trimise catre un sistem de conducte venturi unde praful este retinut ca urmare a umidificarii. De asemenea, se folosesc filtre textile, dezintegratoare și precipitatoare electrostatice. Se folosesc sisteme de curățare cu gaze, inclusiv întregul atelier electric de fabricare a oțelului, cu instalarea de hote de evacuare a fumului sub acoperișul magazinului deasupra cuptoarelor electrice.

Căptușeala cuptorului.

Majoritatea cuptoarelor cu arc au o căptușeală principală din materiale pe bază de MgO. Căptușeala cuptorului creează o baie pentru metal și joacă rolul unui strat termoizolant care reduce pierderile de căldură. Părțile principale ale căptușelii sunt vatra cuptorului, pereții, arcul. Temperatura în zona arcurilor electrice atinge câteva mii de grade. Deși căptușeala cuptorului electric este separată de arcuri, acesta trebuie să poată rezista la temperaturi de până la 1700°C. In acest sens, materialele folosite pentru captuseala trebuie sa aiba o mare refractaritate, rezistenta mecanica, rezistenta termica si chimica. Vatra cuptorului de topire a otelului se recruteaza in urmatoarea ordine. Placa de azbest este așezată pe carcasa de oțel, pe stratul de azbest din pulbere de argilă refractă, două straturi de cărămizi de argilă refractă și stratul principal de cărămizi de magnezit. Pe o vatră de cărămidă de magnezit, un strat de lucru de pulbere de magnezit este umplut cu rășină și smoală - un produs de rafinare a petrolului. Grosimea stratului imprimat este de 200 mm. Grosimea totală a vetrei este aproximativ egală cu adâncimea băii și poate ajunge la 1 m pentru cuptoarele mari. Pereții cuptorului sunt așezați după așezarea corespunzătoare a cărămizilor de azbest și argilă refractă din cărămizi de magnezit-cromit nearse de dimensiuni mari, cu lungimea de până la 430 mm. Zidăria de perete poate fi realizată din cărămizi în casete de fier, care asigură sudarea cărămizilor într-un singur bloc monolit. Rezistența pereților ajunge la 100-150 de topituri. Durabilitatea vetrei este de unul până la doi ani. Căptușeala acoperișului cuptorului funcționează în condiții dificile. Rezistă la sarcini termice mari de la arcurile de ardere și la căldura reflectată de zgură. Boltile cuptoarelor mari sunt realizate din caramizi magnezit-cromit. La tastarea bolții se folosesc cărămizi normale și cu formă. În secțiune transversală, bolta are forma unui arc, ceea ce asigură o aderență strânsă a cărămizilor între ele. Fermetatea bolții este de 50 - 100 de călduri. Depinde de modul electric de topire, de durata de ședere în cuptorul metalului lichid, de compoziția oțelului și a zgurii în curs de topire. În prezent, bolțile și panourile de perete răcite cu apă sunt utilizate pe scară largă. Aceste elemente facilitează serviciul de căptușeală.

Curentul este furnizat spațiului de topire al cuptorului prin electrozi asamblați din secțiuni, fiecare dintre acestea fiind o țăgle rotundă cu un diametru de 100 până la 610 mm și o lungime de până la 1500 mm. La cuptoarele electrice mici se folosesc electrozi de carbon, la cele mari, cei grafitizati. Electrozii de grafit sunt fabricați din materiale cu conținut scăzut de carbon: cocs de petrol, gudron, smoală. Masa electrodului este amestecată și presată, după care piesa brută este arsă în cuptoare cu gaz la 1300 de grade și supusă arderii suplimentare de grafitizare la o temperatură de 2600 - 2800 de grade în cuptoare cu rezistență electrică. În timpul funcționării, ca urmare a oxidării de către gazele cuptorului și a pulverizării în timpul arcului, electrozii ard.

Pe măsură ce electrodul este scurtat, acesta este coborât în ​​cuptor. În acest caz, suportul electrodului se apropie de arc. Vine un moment în care electrodul devine atât de scurt încât nu poate susține arcul și trebuie extins. Pentru construirea electrozilor, la capetele secțiunilor se fac găuri filetate, în care se înșurubează un niplu adaptor, cu ajutorul căruia sunt conectate secțiunile individuale. Consumul de electrozi este de 5-9 kg pe tona de otel topit.

Un arc electric este unul dintre tipurile de descărcări electrice în care curentul trece prin gaze ionizate, vapori de metal. Când electrozii se apropie unul de altul pentru o perioadă scurtă de timp, are loc un scurtcircuit.

Curge un curent mare. Capetele electrozilor devin alb fierbinți. Când electrozii sunt depărtați, se produce un arc electric între ei. Din catodul fierbinte are loc emisia termoionică de electroni care, îndreptându-se spre anod, se ciocnesc cu moleculele de gaz neutru și le ionizează. Ionii negativi merg la anod, pozitivi la catod. Spațiul dintre anod și catod devine ionizat și conductiv. Bombardarea anodului de către electroni și ioni determină o încălzire puternică a acestuia. Temperatura anodului poate ajunge la 4000 de grade. Arcul poate arde pe curent continuu și alternativ. Cuptoarele electrice cu arc funcționează pe curent alternativ. Recent, în Germania a fost construit un cuptor cu arc electric DC.

În prima jumătate a perioadei, când electrodul este catodul, arcul arde. Când polaritatea este inversată, când sarcina - metal devine catod, arcul se stinge, deoarece în perioada inițială de topire metalul nu este încă încălzit și temperatura lui este insuficientă pentru emisia de electroni. Prin urmare, în perioada inițială de topire, arcul arde neliniștit, intermitent. După ce baia este acoperită cu un strat de zgură, arcul se stabilizează și arde mai uniform.

Echipament electric.

Electrozii sunt utilizați pentru a furniza curent spațiului de lucru al cuptorului și pentru formarea unui arc electric. Electrozii pot fi carbon și grafit. În fabricarea oțelului electric, se folosesc în principal electrozi de grafit. Electrozii de carbon sunt utilizați în mod obișnuit pe cuptoarele mici.

Echipamentele electrice ale cuptoarelor cu arc includ echipamente pentru circuitul principal de curent, echipamente de control și măsurare, de protecție și semnalizare, precum și un regulator automat al mecanismului de mișcare a electrozilor, acționări electrice ale mecanismelor cuptorului și o instalație electromagnetică de amestecare a metalelor.

Tensiunea de funcționare a cuptoarelor cu arc electric este de 100 - 800 V, iar puterea curentului este măsurată în zeci de mii de amperi. Puterea unei instalații separate poate ajunge la 50 - 140 MVA*A. Substația magazinului cuptorului cu arc electric este alimentată cu o tensiune de până la 110 kV. Înfășurările primare ale transformatoarelor cuptorului sunt alimentate cu tensiune înaltă. Echipamentul electric al cuptorului cu arc include următoarele dispozitive:

Separator de aer destinat deconectării întregii instalații a cuptorului electric de la linia de înaltă tensiune în timpul topirii. Separatorul nu este destinat pornirii și opririi curentului, prin urmare, poate fi utilizat numai cu electrozi înălțați și fără arcuri. Din punct de vedere structural, deconectatorul este un comutator de tip tocare trifazat.

Întrerupătorul principal este utilizat pentru a deconecta sub sarcină un circuit electric prin care trece un curent de înaltă tensiune. Când încărcătura nu este strânsă în cuptor la începutul topiturii, când încărcătura este încă rece, arcurile ard instabil, sarcina se prăbușește și apar scurtcircuite între electrozi. În acest caz, puterea curentului crește brusc. Acest lucru duce la suprasarcini mari ale transformatorului, care pot eșua. Când curentul depășește limita setată, întrerupătorul oprește automat instalația, pentru care există un releu de curent maxim.

Este necesar un transformator de cuptor pentru a converti tensiunea înaltă în tensiune joasă (de la 6-10 kV la 100-800 V). Înfășurările de înaltă și joasă tensiune și circuitele magnetice pe care sunt amplasate sunt amplasate într-un rezervor cu ulei, care servește la răcirea înfășurărilor. Răcirea este creată prin pomparea forțată a uleiului din carcasa transformatorului în rezervorul schimbătorului de căldură, în care uleiul este răcit cu apă. Transformatorul este instalat lângă cuptorul electric într-o încăpere specială. Are un dispozitiv care vă permite să comutați înfășurările în trepte și astfel să reglați treptat tensiunea furnizată cuptorului. Deci, de exemplu, un transformator pentru un cuptor casnic de 200 de tone cu o putere de 65 MVA * A are 23 de trepte de tensiune, care sunt comutate sub sarcină, fără a opri cuptorul.

Secțiunea rețelei electrice de la transformator la electrozi se numește rețea scurtă. Alimentatoarele care ies din peretele postului de transformare, folosind cabluri flexibile, racite cu apa, alimenteaza cu tensiune suportul de electrod. Lungimea secțiunii flexibile ar trebui să permită înclinarea necesară a cuptorului și să închidă acoperișul pentru încărcare. Cablurile flexibile sunt conectate la bare colectoare de cupru răcite cu apă montate pe manșoanele suporturilor de electrozi. Tuburile sunt conectate direct la capul suportului de electrod, care prinde electrodul. Pe lângă nodurile principale ale rețelei electrice de mai sus, include diverse echipamente de măsurare conectate la liniile de curent prin transformatoare de curent sau de tensiune, precum și dispozitive de control automat pentru procesul de topire.

Reglare automată.

În cursul topirii, sunt necesare diferite cantități de energie pentru a fi furnizate cuptorului cu arc electric. Puteți schimba sursa de alimentare schimbând tensiunea sau curentul arcului. Reglarea tensiunii se realizează prin comutarea înfășurărilor transformatorului. Puterea curentului este controlată prin modificarea distanței dintre electrod și sarcină prin ridicarea sau coborârea electrozilor. În acest caz, tensiunea arcului nu se modifică. Coborârea sau ridicarea electrozilor se realizează automat prin intermediul unor regulatoare automate instalate pe fiecare fază a cuptorului. În cuptoarele moderne, un program de mod electric predeterminat poate fi setat pentru întreaga perioadă de topire.

Dispozitiv pentru agitarea electromagnetică a metalului.

Pentru a amesteca metalul în cuptoare cu arc mari, pentru a accelera și a facilita operațiunile tehnologice de descărcare a zgurii, în cutia de sub fundul cuptorului este instalată o înfășurare electrică, care este răcită cu apă sau aer comprimat. Înfășurările statorului sunt alimentate de la un generator cu două faze cu un curent de joasă frecvență, care creează un câmp magnetic de călătorie care captează bazinul de metal lichid și face ca straturile inferioare de metal să se deplaseze de-a lungul fundului cuptorului în direcția spre camp. Straturile superioare ale metalului, împreună cu zgura adiacentă acestuia, se mișcă în direcția opusă. Astfel, este posibilă direcționarea mișcării fie către fereastra de lucru, care va facilita ieșirea zgurii din cuptor, fie către orificiul de scurgere, care va favoriza distribuirea uniformă a agenților de aliere și dezoxidare și mediarea metalului. compoziția și temperatura acesteia. Această metodă a fost recent de utilizare limitată, deoarece metalul este amestecat în mod activ cu arcuri în cuptoarele grele. Topirea oțelului în cuptorul principal cu arc electric.

Materii prime.

Materialul principal pentru topirea electrică este deșeurile de oțel. Deșeurile nu ar trebui să fie foarte oxidate, deoarece prezența unei cantități mari de rugină introduce o cantitate semnificativă de hidrogen în oțel. În funcție de compoziția chimică, deșeurile trebuie sortate în grupuri adecvate. Cantitatea principală de resturi destinate topirii în cuptoare electrice ar trebui să fie compactă și grea. Cu o masă mică de resturi, întreaga porțiune pentru topire nu este plasată în cuptor. Trebuie să întrerupem procesul de topire și să încărcăm încărcătura. Acest lucru mărește durata de topire, duce la creșterea consumului de energie și reduce productivitatea cuptoarelor electrice. Recent, în cuptoarele electrice s-au folosit peleți metalizați obținuți prin metoda reducerii directe. Avantajul acestui tip de materie primă care conține 85-93% fier este că nu este contaminat cu cupru și alte impurități. Se recomandă utilizarea peleților pentru topirea oțelurilor aliate structurale de înaltă rezistență, oțelurilor electrice, cu rulmenți.

Deșeurile aliate sunt generate în atelierul electric de topire a oțelului sub formă de lingouri neumplute, sprue; în departamentul de peeling sub formă de așchii, în magazinele de laminare sub formă de tăiere și resturi etc.; în plus, o mulțime de resturi de aliaje provin din fabrici de mașini. Utilizarea deșeurilor metalice aliate vă permite să economisiți aliaje valoroase, crește eficiența economică a topirii electrice. Fierul moale este topit special în cuptoare și convertoare cu focar deschis și este folosit pentru a controla conținutul de carbon în procesul de topire electrică.

4.2 Receptoare tipice de energie electrică

Consumatorii grupului în cauză creează o sarcină uniformă și simetrică în toate cele trei faze. Socurile de sarcină apar numai la pornire. Factorul de putere este destul de stabil și are de obicei o valoare de 0,8-0,85. Pentru antrenarea electrică a pompelor mari, compresoarelor și ventilatoarelor, sunt utilizate cel mai adesea motoare sincrone care funcționează cu un factor de putere principal.

Dispozitivele de ridicare și transport funcționează în mod intermitent. Aceste dispozitive se caracterizează prin șocuri frecvente de sarcină. din cauza modificărilor bruște ale sarcinii, factorul de putere variază și el semnificativ, în medie de la 0,3 la 0,8. În ceea ce privește alimentarea neîntreruptă, aceste dispozitive ar trebui clasificate (în funcție de locul de muncă și de instalare) drept consumatori de categoriile 1 și 2. În dispozitivele de ridicare și transport se utilizează atât curent alternativ (50 Hz) cât și curent continuu. În cele mai multe cazuri, sarcina de la dispozitivele de manipulare pe partea AC ar trebui să fie considerată simetrică în toate cele trei faze.

Instalatii electrice de iluminat

Lămpile electrice sunt o sarcină monofazată, cu toate acestea, datorită puterii reduse a receptorului (de obicei nu mai mult de 2 kW) în rețeaua electrică, cu gruparea corectă a dispozitivelor de iluminat, este posibil să se realizeze o sarcină destul de uniformă în faze (cu asimetrie de cel mult 5-10%).

Natura sarcinii este uniformă, fără șocuri, dar valoarea acesteia variază în funcție de momentul zilei, an și locația geografică. Frecvența curentă este comună industrială, egală cu 50 Hz. Factorul de putere pentru lămpile cu incandescență este 1, pentru lămpile cu descărcare în gaz 0,6. Trebuie avut în vedere faptul că armonicile mai mari ale curentului apar în fire, în special firele zero, atunci când se folosesc lămpi cu descărcare în gaz.

Sunt permise întreruperi de urgență pe termen scurt (câteva secunde) ale alimentării cu energie electrică a instalațiilor de iluminat. Pauzele lungi (minute și ore) în alimente pentru unele tipuri de producție sunt inacceptabile. În astfel de cazuri, se utilizează sursa redundantă de la o a doua sursă de curent (în unele cazuri chiar de la o sursă independentă de curent continuu). În acele industrii în care oprirea iluminatului amenință siguranța oamenilor, se folosesc sisteme speciale de iluminat de urgență. Pentru instalațiile de iluminat ale întreprinderilor industriale se folosesc tensiuni de la 6 la 220 V.

Instalatii de convertizor

Pentru a converti un curent trifazat într-un curent continuu sau trifazat de frecvență industrială de 50 Hz într-un curent trifazat sau monofazat de joasă, înaltă sau înaltă frecvență, opritoarele convertizorului sunt construite pe teritoriul unei întreprinderi industriale.

În funcție de tipul convertoarelor de curent, opritoarele convertizorului sunt împărțite în:

) instalatii de convertoare cu semiconductori;

) convertizoare cu redresoare cu mercur;

) unități convertoare cu motogeneratoare,

) convertorul se opreste cu redresoare mecanice.

Conform scopului lor, instalațiile convertoarelor vor fi pliate pentru putere

) motoarele unui număr de mașini și mecanisme;

) băi de electroliză;

) transport electric intra-fabrica;

) precipitatoare electrostatice;

) Instalatii de sudare DC etc.

Instalațiile convertizoare pentru electroliză sunt utilizate pe scară largă în metalurgia neferoasă pentru a produce aluminiu electrolitic, plumb, cupru etc. În astfel de instalații, un curent de frecvență industrial de 6-35 kV, de regulă, folosind redresoare de siliciu, este transformat într-un curent continuu al tensiunii cerute de conditiile tehnologice ( pana la 825 V).

O întrerupere a alimentării cu energie electrică a instalațiilor de electroliză nu duce la accidente grave cu deteriorarea echipamentului principal și poate fi tolerată timp de câteva minute, iar în unele cazuri timp de câteva ore.Aici, o întrerupere a energiei este asociată în principal cu producția insuficientă. Cu toate acestea, din cauza emf din spate. băi de electroliză, în unele cazuri, poate exista o mișcare a metalelor eliberate înapoi în soluția de baie și, în consecință, un cost suplimentar de energie electrică pentru o nouă izolație a aceluiași metal.Unitățile de electroliză trebuie să fie alimentate cu energie electrică, ca categorie. 1, dar care să permită întreruperi de curent pe termen scurt la instalațiile de electroliză oferă un grafic de sarcină destul de uniform și faza-simetric.Factorul de putere al centralelor de electroliză este de aproximativ 0,85-0,9.

Instalațiile de convertizor pentru transportul electric intra-industrial (transport, ridicare, diferite tipuri de deplasare a mărfurilor etc.) sunt relativ mici ca putere (de la sute la 2000-3000 kW). Factorul de putere al unor astfel de instalații variază între 0,7-0,8. Sarcina pe partea AC este simetrică în faze, dar se modifică dramatic din cauza vârfurilor de curent în timpul funcționării motoarelor de tracțiune.O întrerupere a alimentării cu energie a receptoarelor din acest grup poate duce la deteriorarea produselor și chiar a echipamentelor (în special în uzinele metalurgice). ). Oprirea operațiunii de transport în general provoacă serioase complicații în funcționarea întreprinderii și, prin urmare, acest grup de consumatori trebuie alimentat cu energie electrică, ca și receptoare de categoria I sau a II-a, permițând o scurtă întrerupere a alimentării cu energie electrică.Aceste instalații sunt alimentate. prin curent alternativ de frecventa industriala cu o tensiune de 0,4-35 kV.

Pentru epurarea gazelor sunt utilizate pe scară largă instalațiile convertizoare pentru alimentarea precipitatoarelor electrostatice (cu redresoare mecanice) până la 100-200 kW Aceste instalații sunt alimentate cu curent alternativ de frecvență industrială de la transformatoare speciale cu tensiunea de 6-10 kV pe înfășurarea primară, și până la 110 kV pe secundar.Factorul de putere al acestor setări este 0,7-0,8. Sarcina pe partea de înaltă tensiune este simetrică și uniformă Întreruperile de alimentare sunt acceptabile, durata lor depinde de procesul tehnologic de producție În industrii precum fabricile chimice, aceste instalații pot fi clasificate ca receptoare de categoria 1 și 2.

Motoare electrice ale mecanismelor de producție

Acest tip de receptor se gaseste in toate intreprinderile industriale.Toate tipurile de motoare sunt folosite pentru a actiona masini-unelte moderne. Puterea motoarelor este extrem de variată și variază de la fracții la sute de kilowați și nu numai.La mașinile-unelte unde sunt necesare viteze mari de rotație și reglarea acesteia se folosesc motoare de curent continuu alimentate de redresoare. Tensiune de rețea 660-380/220 V cu o frecvență de 50 Hz Factorul de putere variază foarte mult în funcție de condițiile de siguranță a procesului (posibila rănire a personalului de exploatare) și din cauza posibilelor deteriorări ale produselor, în special la prelucrarea pieselor mari și scumpe.

Cuptoare electrice si instalatii electrotermale

Conform metodei de conversie a energiei electrice în energie termică, aceasta poate fi împărțită în:

) cuptoare de rezistență;

) cuptoare și instalații cu inducție;

) cuptoare cu arc electric;

) cuptoare cu încălzire mixtă.

Conform metodei de încălzire, cuptoarele cu rezistență sunt împărțite în cuptoare indirecte și cuptoare directe. Încălzirea materialului în cuptoarele indirecte are loc datorită căldurii generate de elementele de încălzire atunci când un curent electric trece prin acestea. Cuptoarele de incalzire indirecta sunt instalatii cu tensiune de pana la 1000 V si sunt alimentate in majoritatea cazurilor din retele de 380 V cu o frecventa industriala de 50 Hz. Cuptoarele sunt produse cu o putere mono și trifazată de la unități la câteva mii de kilowați. Factorul de putere în majoritatea cazurilor este 1.

În cuptoarele cu acțiune directă, încălzirea se realizează prin căldura degajată în produsul încălzit atunci când trece un curent electric prin acesta. Cuptoarele sunt realizate mono și trifazate cu putere de până la 3000 kW; Puterea este furnizată prin curent de frecvență industrială 50 Hz din rețele de 380/220 V sau prin transformatoare descendente din rețelele de tensiune mai mare. Factorul de putere se află în intervalul de la 0,7 la 0,9.Majoritatea cuptoarelor cu rezistență în ceea ce privește alimentarea neîntreruptă aparțin receptorilor de energie electrică din categoria a 2-a.

Cuptoarele și instalațiile de încălzire prin inducție și dielectrică se împart în cuptoare de topire și instalații de călire și prin încălzire dielectrică.

Topirea metalului în cuptoarele inerțiale este realizată de căldura care apare în acesta în timpul trecerii unui curent de inducție.

Cuptoarele de topire sunt fabricate cu și fără miez de oțel. Cuptoarele cu miez sunt folosite pentru topirea metalelor neferoase și a aliajelor acestora. Cuptoarele sunt alimentate cu curent de frecventa industriala 50 Hz, tensiune 380 V si mai mare, in functie de putere. Cuptoarele cu miez sunt disponibile în capacități monofazate, bifazate și trifazate de până la 2000 kVA. Factorul de putere variază între 0,2-0,8 (cuptoarele pentru topirea aluminiului au cos (?) = 0,2 - 0,4, pentru topirea cuprului 0,6-0,8). Cuptoarele fără miez sunt folosite pentru topirea oțelului inoxidabil și, mai rar, a metalelor neferoase. Alimentarea cu energie a cuptoarelor industriale fără miez poate fi realizată cu un curent de frecvență industrial de 50 Hz din rețele cu o tensiune de 380 V și peste și un curent cu frecvență crescută de 500-10.000 Hz de la tiristoare sau convertoare de mașini electrice. Motoarele de antrenare ale convertoarelor sunt alimentate de curent de frecvență industrială.

Cuptoarele sunt produse cu putere de până la 4500 kVA, factorul lor de putere este foarte scăzut: de la 0,05 la 0,25. Toate cuptoarele de topire aparțin receptorilor de energie electrică de categoria 2. Instalațiile de călire și prin încălzire, în funcție de scop, sunt alimentate la frecvențe de la 50 Hz la sute de kiloherți.

Alimentarea instalațiilor de înaltă și înaltă frecvență este produsă, respectiv, din tiristoare sau convertoare de tip inductor de mașină și generatoare de lămpi. Aceste instalatii apartin receptorilor de energie electrica din categoria a II-a.

In instalatiile de incalzire a dielectricilor, materialul de incalzit este plasat in campul electric al unui condensator iar incalzirea are loc datorita curenților de deplasare. Acest grup de instalații este utilizat pe scară largă pentru lipirea și uscarea lemnului, încălzirea pulberilor de presare, lipirea și sudarea materialelor plastice, produse de sterilizare, etc. Alimentarea cu energie electrică este curentă cu o frecvență de 20-40 MHz și mai mare. In ceea ce priveste alimentarea neintrerupta, instalatiile pentru incalzirea dielectricilor apartin receptorilor de energie electrica de categoria a II-a.

Cuptoarele cu arc electric conform metodei de încălzire sunt împărțite în cuptoare cu acțiune directă și indirectă. În cuptoarele cu acțiune directă, încălzirea și topirea metalului se realizează prin căldura generată de arcul electric care arde între electrod și metalul topit. Cuptoarele cu arc cu acțiune directă sunt împărțite într-un număr de tipuri, caracteristice ale cărora sunt fabricarea oțelului și vidul.

Cuptoarele de topire a oțelului sunt alimentate cu curent de frecvență industrială de 6-110 V prin transformatoare descendente. Cuptoarele sunt produse cu putere trifazată de până la 45000 kVA pe unitate. Factor de putere 0,85-0,9. În procesul de funcționare în timpul topirii încărcăturii în cuptoarele de topire a oțelului cu arc, apar frecvent scurtcircuite operaționale (SC). depășește nominalul de 2,5-3,5 ori. Scurtcircuitele provoacă o scădere a tensiunii la magistralele stației, ceea ce afectează negativ funcționarea altor receptoare de energie electrică. În acest sens, funcționarea în comun a cuptoarelor cu arc și a altor consumatori dintr-o substație comună este permisă dacă, atunci când sunt alimentate de la un sistem de alimentare puternic, puterea totală a cuptoarelor nu depășește 40% din puterea substației descendente, iar când este alimentat de la un sistem de putere redusă, 15-20%

Cuptoarele cu arc cu vid sunt fabricate cu o putere de până la 2000 kW. Puterea este furnizată prin curent continuu cu o tensiune de 30-40 V. Ca surse de energie electrică se folosesc convertizoarele electrice de mașini și redresoarele cu semiconductor conectate la o rețea de curent alternativ de 50 Hz.

Încălzirea metalelor în cuptoarele indirecte se realizează prin căldura generată de un arc electric care arde între ele electrozi de carbon Cuptoare cu arc încălzite indirect utilizate pentru topirea cuprului și a aliajelor acestuia. Puterea cuptoarelor este relativ mică (până la 500 kVA); puterea este furnizată de un curent de frecvență industrială de 50 Hz de la transformatoare speciale de cuptor. În ceea ce privește alimentarea neîntreruptă, aceste cuptoare aparțin receptorilor de energie electrică de categoria 1, care permit întreruperi de scurtă durată în alimentarea cu energie.

Cuptoarele electrice cu încălzire mixtă pot fi împărțite în cuptoare de topire termică a minereului și electrozgură.

În cuptoarele cu minereu termic, materialul este încălzit prin căldură, care este eliberată atunci când un curent electric trece prin sarcină și arcul arde. Cuptoarele sunt folosite pentru producerea feroaliajelor, corindonului, topirii fierului, plumbului, sublimării fosforului, topirii cuprului și matei cupru-nichel. Puterea este furnizată de curentul de frecvență industrial prin transformatoare descendente. Puterea unor cuptoare este foarte mare, de până la 100 MVA (cuptor de sublimare cu fosfor galben). Factor de putere 0,85-0,92. În ceea ce privește alimentarea neîntreruptă cu energie electrică, cuptoarele pentru procese minerale-termice sunt clasificate în categoria 2 receptori de energie electrică.

În cuptoarele de topire cu electrozgură, încălzirea se realizează datorită căldurii degajate în zgură atunci când trece un curent prin aceasta. Zgura este topită de căldura arcului electric. Retopirea electrozgurii este utilizată pentru a obține oțeluri de înaltă calitate și aliaje speciale. Cuptoarele sunt alimentate de un curent de frecvență industrial de 50 Hz prin transformatoare descendente, de obicei din rețele de 6-10 kV cu o tensiune secundară de 45-60 V. Cuptoarele sunt de obicei monofazate, dar pot fi și trifazate. Factor de putere 0,85-0,95. În ceea ce privește fiabilitatea alimentării cu energie electrică, cuptoarele de topire a zgurii electrice aparțin categoriei 1 de receptoare de energie electrică.

La alimentarea cu energie a atelierelor care au cuptoare electrice cu vid de toate tipurile, trebuie luat în considerare faptul că o întrerupere a alimentării cu energie a pompelor de vid duce la un accident și respingerea produselor scumpe. Aceste cuptoare trebuie atribuite receptorilor de energie electrică din categoria I.

Instalatii electrice de sudare

Cum sunt împărțite receptoarele în instalații care funcționează pe curent alternativ și curent continuu. Din punct de vedere tehnologic, sudarea este împărțită în arc și contact, după metoda de lucru - în manuală și automată.

Unitățile electrice de sudare DC constau dintr-un motor AC și un generator de sudare DC. Cu un astfel de sistem, sarcina de sudare este distribuită uniform pe cele trei faze din rețeaua de alimentare cu curent alternativ, dar programul său rămâne variabil. Factorul de putere al unor astfel de instalații în modul nominal de funcționare este de 0,7-0,8; la ralanti, factorul de putere scade la 0,4. Printre unitățile de sudură DC se numără și instalații de redresoare.

Mașinile electrice de sudat cu curent alternativ funcționează la o frecvență industrială de curent alternativ de 50 Hz și sunt o sarcină monofazată sub formă de transformatoare de sudură pentru aparatele de sudură cu arc și rezistență. Sudarea AC oferă o sarcină monofazată cu funcționare intermitentă, încărcare neuniformă de fază și, de regulă, un factor de putere scăzut (0,3-0,35 pentru arc și 0,4-0,7 pentru sudarea prin contact). Instalatiile de sudura sunt alimentate prin retele de 380-220 V. Transformatoarele de sudura la santierele de constructii si instalatii se caracterizeaza prin miscari frecvente in reteaua de alimentare. Această circumstanță trebuie luată în considerare la proiectarea rețelei de alimentare. Din punct de vedere al fiabilității sursei de alimentare, instalațiile de sudură aparțin receptorilor de energie electrică din categoria a 2-a.

Concluzie

Progresele în automatizare au făcut posibilă crearea unui proiect pentru o fabrică metalurgică continuă, în care procesele disparate să fie conectate într-un singur sistem de flux. Se pare că locul central în întregul proces este încă ocupat de un furnal. Este posibil să faci fără un domeniu?

Problema producției fără adăpost, sau, așa cum se numește, producția directă a fierului, a fost rezolvată de multe decenii. S-au făcut progrese semnificative în această direcție. Există motive să credem că în anii 1970 vor intra în funcțiune instalații destul de mari de reducere directă a fierului cu o producție zilnică de 500 de tone, dar chiar și așa, producția de furnal își va păstra pozițiile pentru mai bine de un deceniu.

Un proces fără domeniu poate fi imaginat, de exemplu, după cum urmează. În cuptoarele cu tuburi rotative, minereul de fier este transformat în fier. Cu ajutorul magneților, boabele de fier sunt separate de restul masei - iar produsul pur este gata pentru prelucrare ulterioară. Produsele finite pot fi ștanțate din pulbere de fier. Din acesta puteți găti oțel de diferite grade, adăugând aditivii necesari (elemente de aliere).

Odată cu punerea în funcțiune a unor centrale electrice gigantice, metalurgia sovietică va primi multă energie electrică ieftină. Acest lucru va crea condiții favorabile pentru dezvoltarea producției electrometalurgice și pentru o utilizare și mai largă a energiei electrice în toate etapele ulterioare de prelucrare a aliajelor de fier.

Succesele fizicii atomice au determinat ideea așa-numitei metalurgii a radiațiilor. Academicianul IP Bardin (1883-1960) a exprimat o idee îndrăzneață, aproape fantastică, pentru dezvoltarea viitoare a metalurgiei. „Cred”, a spus el, „că la început o persoană va „proiecta” oțeluri aliate cu compoziția necesară folosind influența radioactivă, fără a introduce aditivi de aliere rari și scumpi în ele, ci creându-le direct într-un oțel topit. atomi de fier, poate sulf, fosfor, sub influența unui flux de raze în metalul topit, vor avea loc transformări nucleare intenționate.

Generațiile viitoare de cercetători vor trebui să lucreze la rezolvarea acestei și a altor probleme fascinante. Metalurgia feroasă așteaptă noi descoperitori.

În acest eseu, în opinia noastră, ne-am atins scopul și am considerat transportul energiei electrice pe distanțe și utilizarea acesteia ca o componentă necesară în procesul de fabricare a oțelului electric. Și de asemenea noi, ni se pare, am îndeplinit toate sarcinile puse de noi și anume: am studiat literatură suplimentară care ne-a ajutat la scrierea acestei lucrări; sa familiarizat cu noi tipuri de generatoare și transformatoare; a luat în considerare calea curentului electric de la primirea acestuia până la livrarea către consumator; și, în final, a studiat procesele fizice și mecanice care au loc în cuptorul electric.

Bibliografie

1. Babich V. K., Lukashkin N. D., Morozov A. S. și colab. / Fundamentele producției metalurgice (metalurgia feroasă). Manual pentru școlile secundare profesionale - M.: Metalurgie, 1988. 272 ​​​​p.

Barg I. G., Valk H. Ya., Komarov D. T.; Ed. Barga I. G. / Îmbunătățirea întreținerii rețelelor electrice de 0,4-20 kV în mediul rural - M .: Energia, 1980. - 240 p., ill.

Bornatsky I. I., Blashchuk N. M., Yargin S. A., Strok V. I. / Asistent oțel de profil larg: Un manual pentru școlile secundare profesionale - M .: Metalurgie, 1986. 456 p.

Zubkov B.V., Chumakov S.V. / Dicționar enciclopedic al unui tânăr tehnician - M .: Pedagogie, 1980. - 512 p., ill.

Myakishev G. Ya., Bukhovtsev B. B. / Fizica: Proc. pentru 10 celule. medie şcoală - M.: Iluminismul, 1990. - 223 p.: ill.

Myakishev G. Ya., Bukhovtsev B. B. / Fizica: Proc. pentru 10 celule. medie şcoală - Ed. a 9-a, revizuită. - M.: Iluminismul, 1987. - 319 p., 4 file. bolnav.: bolnav.

Chigray I.D. Asistent convertor oțel. M.: Metallurgiya, 1977. 304 p.

Cea mai importantă sarcină pe care trebuie să o rezolve în mod constant complexul energetic este transmiterea energiei electrice la distanță. Prin urmare, pe drumul dintre centrala electrică și consumatorii sunt neapărat prezenți. În cele mai multe cazuri, se folosesc linii aeriene, prin care trece curentul alternativ. Energia este generată cu ajutorul unor unități puternice și este folosită în principal de consumatorii slabi. Pentru ca toate acestea să fie acoperite de energie electrică, a fost creată o structură puternică și ramificată a rețelelor electrice.

Caracteristicile de transmisie a puterii

Principalul indicator care caracterizează transmisia de putere este valoarea debitului acesteia. Reprezinta puterea maxima ce poate fi transmisa pe linii, in diverse conditii limitatoare.

În primul rând, acestea sunt pierderi în timpul încălzirii firelor, pierderi corona, condiții de stabilitate și alți factori. În plus, puterea AC transmisă depinde de tensiune și lungime. În acest sens, o creștere a tensiunii poate crește semnificativ debitul liniilor de transport.

Există limite pentru liniile de transport legate de supratensiune și capacități de izolare. Pentru cresterea productivitatii acestora se fac imbunatatiri constructive, se folosesc tot felul de dispozitive de compensare.

Scopul și funcționarea dispozitivelor de compensare

Parametrii reactivi și puterea reactivă în liniile electrice și la consumatori sunt compensați cu ajutorul dispozitivelor speciale. Toate aceste dispozitive sunt instalate la stațiile intermediare și finale. Când electricitatea este transmisă la distanță, cu ajutorul dispozitivelor de compensare, debitul liniilor crește, iar performanța lor generală se îmbunătățește.

De exemplu, puterea reactivă este compensată de bănci electrice de condensatoare conectate transversal. De asemenea, se practică utilizarea motoarelor și compensatoarelor sincrone care funcționează în regim supraexcitat. Astfel, puterea reactivă a consumatorilor este asigurată cu menținerea valorii de tensiune dorită. În același timp, pierderile de putere activă în anumite secțiuni ale rețelelor electrice sunt reduse. Cu ajutorul dispozitivelor de compensare, tensiunea din sistemele electrice poate fi reglată automat. Locurile de instalare și puterea acestor dispozitive sunt determinate prin calcul, pe baza unor indicatori tehnici și economici.

Respectarea tuturor condițiilor necesare permite transmiterea energiei electrice către consumatori cu minimum, în cantitatea necesară și cu capacitatea proiectată.

Transmisia energiei electrice. Calea de la centrala electrica la consumator. Reducerea pierderilor în transportul energiei electrice.

Să luăm în considerare pe scurt sistemul de alimentare cu energie, care este un grup de dispozitive electrice pentru transmiterea, conversia, distribuția și consumul energiei electrice. Capitolul va extinde orizonturile celor care doresc să învețe cum să folosească corect rețeaua electrică de acasă.

Furnizarea energiei electrice efectuate conform schemelor standard. De exemplu, în fig. 1.4 prezintă un circuit radial de alimentare cu o singură linie pentru transmiterea energiei electrice de la o substație descendentă a unei centrale electrice la un consumator de energie electrică cu o tensiune de 380 V.

Din centrală electrică cu o tensiune de 110-750 kV este transmisă prin liniile electrice (TL) către substațiile principale sau regionale descendente, la care tensiunea se reduce la 6-35 kV. De la aparatele de comutare, această tensiune este transmisă prin linii aeriene sau de transmisie prin cablu către stațiile de transformare situate în imediata apropiere a consumatorilor de energie electrică. La substație, tensiunea este redusă la 380 V, iar electricitatea este furnizată direct consumatorului din casă prin linii aeriene sau prin cablu. În același timp, liniile au un al patrulea fir (neutru) 0, ceea ce face posibilă obținerea unei tensiuni de fază de 220 V, precum și asigurarea protecției instalațiilor electrice.
Această schemă vă permite să transferați energie electrică către consumator cu cea mai mică pierdere. Prin urmare, pe drumul de la centrală la consumatori, electricitatea este transformată de la o tensiune la alta. Un exemplu simplificat de transformare pentru o mică secțiune a sistemului de alimentare este prezentat în fig. 1.5. De ce să folosiți tensiune înaltă? Calculul este complicat, dar răspunsul este simplu. Pentru a reduce pierderile de încălzire ale firelor în timpul transmisiei pe distanțe lungi.

Pierderile depind de cantitatea de curent care curge și de diametrul conductorului, și nu de tensiunea aplicată.

De exemplu:
Să presupunem că de la o centrală electrică la un oraș situat la o distanță de 100 km de aceasta, este necesar să se transmită 30 MW printr-o linie. Datorită faptului că firele liniei au rezistență electrică, curentul le încălzește. Această căldură este disipată și nu poate fi folosită. Energia cheltuită pentru încălzire este o pierdere.

Este imposibil să reduceți pierderile la zero. Dar ele trebuie limitate. Prin urmare, pierderile admisibile sunt normalizate, adică atunci când se calculează firele liniei și se alege tensiunea acesteia, se presupune că pierderile nu depășesc, de exemplu, 10% din puterea utilă transmisă pe linie. În exemplul nostru, acesta este 0,1-30 MW = 3 MW.

De exemplu:
Dacă nu se aplică transformarea, adică electricitatea este transmisă la o tensiune de 220 V, atunci pentru a reduce pierderile la o valoare dată, secțiunea transversală a firelor ar trebui mărită la aproximativ 10 m2. Diametrul unui astfel de „sârmă” depășește 3 m, iar masa în deschidere este de sute de tone.
Aplicând transformarea, adică creșterea tensiunii în linie, iar apoi, reducând-o în apropierea locației consumatorilor, folosesc o altă modalitate de a reduce pierderile: reduc curentul în linie. Această metodă este foarte eficientă, deoarece pierderile sunt proporționale cu pătratul curentului. Într-adevăr, atunci când tensiunea este dublată, curentul este înjumătățit, iar pierderile sunt reduse de 4 ori. Dacă tensiunea crește cu un factor de 100, atunci pierderile vor scădea cu un factor de 100 la a doua putere, adică cu un factor de 10.000.

De exemplu:
Ca o ilustrare a eficienței creșterii tensiunii, voi sublinia faptul că o linie de transport AC trifazată de 500 kV transmite 1000 MW la 1000 km.

Linii de înaltă tensiune

Rețelele electrice sunt concepute pentru transportul și distribuția energiei electrice. Ele constau dintr-un set de substații și linii de diferite tensiuni. La centralele electrice se construiesc substații de transformare, iar electricitatea este transmisă pe distanțe lungi prin liniile electrice de înaltă tensiune. În locurile de consum se construiesc posturi de transformare descendente.

Baza rețelei electrice este de obicei linii subterane sau aeriene de înaltă tensiune. Liniile care merg de la stația de transformare la dispozitivele de distribuție de intrare și de la acestea la punctele de distribuție a energiei și la scuturi de grup se numesc rețea de alimentare. Rețeaua de alimentare, de regulă, constă din linii subterane de cabluri de joasă tensiune.

Conform principiului construcției, rețelele sunt împărțite în deschise și închise. O rețea deschisă include linii care merg la receptoarele electrice sau grupurile acestora și primesc energie dintr-o parte. O retea deschisa prezinta cateva dezavantaje si anume ca in cazul unui accident in orice punct al retelei, alimentarea cu energie electrica a tuturor consumatorilor dincolo de sectia de urgenta este oprita.

Un circuit închis poate avea una, două sau mai multe surse de alimentare. În ciuda o serie de avantaje, rețelele închise nu au primit încă o distribuție largă. La locul unde este așezată rețeaua, există externe și interne.

Modalități de a face linii electrice

Fiecare tensiune corespunde anumitor metode de cablare. Acest lucru se datorează faptului că cu cât tensiunea este mai mare, cu atât este mai dificil să izolați firele. De exemplu, în apartamentele unde tensiunea este de 220 V, cablarea se realizează cu fire din cauciuc sau izolație din plastic. Aceste fire sunt simple și ieftine.

Un cablu subteran proiectat pentru câțiva kilovolți și așezat în subteran între transformatoare este incomparabil mai complicat. Pe lângă cerințele crescute pentru izolație, trebuie să aibă și rezistență mecanică și rezistență la coroziune crescute.

Pentru alimentarea directă a consumatorilor se folosesc:

♦ linii de transport aeriene sau prin cablu cu tensiunea de 6 (10) kV către stații de alimentare și consumatori de înaltă tensiune;
♦ linii de transmisie prin cablu cu tensiune 380/220 V pentru alimentarea directă a receptoarelor de putere de joasă tensiune. Pentru a transmite o tensiune de zeci și sute de kilovolți pe o distanță, sunt create linii electrice aeriene. Firele se ridică sus deasupra solului, aerul este folosit ca izolație. Distanțele dintre fire sunt calculate în funcție de tensiunea care este planificată a fi transmisă. Pe fig. 1.6 prezintă la aceeași scară suporturi pentru linii electrice aeriene cu tensiuni de 500, 220, 110, 35 și 10 kV. Observați cum dimensiunile cresc și desenele devin mai complicate odată cu creșterea tensiunii de operare!

Orez. 1.6.

De exemplu:
Stâlpul de linie de 500 kV are înălțimea unei clădiri cu șapte etaje. Înălțimea suspensiei de sârmă este de 27 m, distanța dintre fire este de 10,5 m, lungimea ghirlandei de izolatori este mai mare de 5 m. Înălțimea suporturilor pentru trecerea râului ajunge la 70 m. Să luăm în considerare opțiunile pentru putere. linia de transmisie mai detaliat.

Linii electrice aeriene
Definiție.
O linie electrică aeriană este un dispozitiv de transmitere sau distribuire a energiei electrice prin fire situate în aer liber și atașate cu ajutorul traverselor (consolate), izolatoare și fitinguri de suporturi sau structuri inginerești.

În conformitate cu „Regulile de instalare electrică” pentru tensiune, liniile aeriene sunt împărțite în două grupe: tensiune până la 1000 V și tensiune peste 1000 V. Pentru fiecare grup de linii sunt stabilite cerințele tehnice pentru dispozitivul lor.

Linii electrice aeriene 10 (6) kV sunt cele mai utilizate în mediul rural și în orașele mici. Acest lucru se datorează costului lor mai mic în comparație cu liniile de cablu, densității mai mici a clădirii etc.

Pentru cablare liniile aeriene și rețelele folosesc o varietate de fire și cabluri. Principala cerință pentru materialul firelor liniilor electrice aeriene este rezistență electrică scăzută. În plus, materialul folosit pentru fabricarea firelor trebuie să aibă o rezistență mecanică suficientă, să fie rezistent la umiditate și substanțe chimice din aer.

În prezent, cel mai des folosit fire de aluminiu si otel, ceea ce permite salvarea metalelor neferoase rare (cuprul) și reducerea costului firelor. Firele de cupru sunt folosite pe linii speciale. Aluminiul are o rezistență mecanică scăzută, ceea ce duce la creșterea înclinării și, în consecință, la o creștere a înălțimii suporturilor sau la o scădere a lungimii travei. Când se transmit cantități mici de energie electrică pe distanțe scurte, se folosesc fire de oțel.

Pentru izolare firele și fixarea lor de stâlpii liniilor electrice servesc izolatoare de linie, care, alături de rezistența electrică, trebuie să aibă și o rezistență mecanică suficientă. În funcție de metoda de fixare pe suport, se disting izolatorii de știfturi (sunt montați pe cârlige sau știfturi) și suspendați (sunt asamblați într-o ghirlandă și atașați de suport cu fitinguri speciale).

Izolatori de pini utilizat pe liniile electrice cu tensiune de până la 35 kV. Acestea sunt marcate cu litere care indică proiectarea și scopul izolatorului și numere care indică tensiunea de funcționare. Pe liniile aeriene de 400 V se folosesc izolatori de pini TF, ShS, ShF. Literele din simbolurile izolatoarelor indică următoarele: T- telegraf; F- portelan; Cu- sticlă; ShS- sticla pin; CHF- ace porțelan.

Izolatoarele de știfturi sunt folosite pentru agățarea firelor relativ ușoare, în timp ce, în funcție de condițiile traseului, se folosesc diverse tipuri de prindere a firelor. Firul de pe suporturile intermediare este fixat de obicei pe capul izolatoarelor pin, iar pe colțul și suporturile de ancorare - pe gâtul izolatorilor. Pe suporturile de colț, firul este plasat pe exteriorul izolatorului în raport cu unghiul de rotație al liniei.

Izolatoare de suspensie utilizat pe linii aeriene de 35 kV și mai sus. Acestea constau dintr-o placă de porțelan sau sticlă (piesă izolatoare), un capac din fontă ductilă și o tijă. Designul prizei capacului și al capului tijei asigură o conexiune articulată sferică a izolatorilor la completarea ghirlandelor. Ghirlandele sunt asamblate și atârnate de suporturi și astfel asigură izolația necesară pentru fire. Numărul de izolatori dintr-un șir depinde de tensiunea liniei și de tipul de izolatori.

Materialul pentru tricotarea sârmei de aluminiu la izolator este sârmă de aluminiu, iar pentru sârmele de oțel, oțel moale. La tricotarea sârmelor, de obicei se execută o singură prindere, în timp ce o prindere dublă este utilizată în zonele populate și la sarcini crescute. Înainte de tricotare, se pregătește o sârmă de lungimea dorită (cel puțin 300 mm).

cap tricotat executat cu două fire de tricotat de lungimi diferite. Aceste fire sunt fixate pe gâtul izolatorului, răsucindu-se împreună. Capetele firului mai scurt sunt înfășurate în jurul firului și trase strâns de patru până la cinci ori în jurul firului. Capetele altui fir, mai lungi, sunt plasate pe capul izolatorului în cruce prin fir de patru până la cinci ori.

Pentru a efectua tricotajele laterale, iau un fir, îl pun pe gâtul izolatorului și îl înfășoară în jurul gâtului și al firului, astfel încât un capăt să treacă peste fir și să se îndoaie de sus în jos, iar celălalt de jos în sus. Ambele capete ale firului sunt aduse înainte și din nou înfășurate în jurul gâtului izolatorului cu firul, schimbându-se în raport cu firul.

După aceea, firul este strâns atras de gâtul izolatorului, iar capetele firului de tricotat sunt înfășurate în jurul firului din părțile opuse ale izolatorului de șase până la opt ori. Pentru a evita deteriorarea firelor de aluminiu, punctul de tricotat este uneori învelit cu bandă de aluminiu. Nu este permisă îndoirea firului pe izolator prin tensiunea puternică a firului de legare.

Legare sârmă efectuat manual cu ajutorul cleștilor. În același timp, se acordă o atenție deosebită strângerii firului de legare la fir și poziției capetelor firului de legare (nu trebuie să iasă în afară). Izolatoarele de știfturi sunt atașate la suporturi pe cârlige sau știfturi din oțel. Cârligele sunt înșurubate direct în suporturi din lemn, iar știfturile sunt instalate pe traverse metalice, din beton armat sau din lemn. Pentru fixarea izolatoarelor pe cârlige și știfturi, se folosesc capace de tranziție din polietilenă. Capacul încălzit este împins strâns pe știft până când se oprește, după care izolatorul este înșurubat pe el.

Firele sunt suspendate pe suporturi din beton armat sau din lemn folosind izolatori de suspensie sau pini. Pentru liniile electrice aeriene se folosesc fire goale. O excepție o constituie intrările către clădiri - fire izolate trase de la suportul liniei de transport electric la izolatoarele montate pe cârlige direct pe clădire.

Atenţie!
Cea mai mică înălțime admisă a cârligului inferior pe suport (de la nivelul solului) este: în liniile electrice cu tensiune de până la 1000 V pentru suporturi intermediare de la 7 m, pentru suporturi de tranziție - 8,5 m; la liniile electrice cu o tensiune mai mare de 1000 V, înălțimea cârligului inferior pentru suporturile intermediare este de 8,5 m, pentru suporturile de colț (ancoră) - 8,35 m.

Masa 1.1.

Valorile minime admise ale firelor liniilor electrice aeriene cu o tensiune mai mare de 1000 V
Tabelul 1.1

Liniile electrice aeriene cu tensiune de până la 1000 V și până la 10 kV și suporturile acestora la obiecte sunt prezentate în tabel. 1.2.

Tabelul 1.2

De mulți ani, oamenii de știință se luptă cu problema minimizării costurilor electrice. Există diferite moduri și propuneri, dar cea mai cunoscută teorie este transmisia fără fir a energiei electrice. Ne propunem să luăm în considerare modul în care este realizat, cine este inventatorul său și de ce nu a fost încă adus la viață.

Teorie

Electricitatea fără fir este literalmente transmisia de energie electrică fără fire. Oamenii compară adesea transmisia fără fir a energiei electrice cu transmiterea de informații precum radiouri, telefoane mobile sau acces la internet Wi-Fi. Principala diferență este că, în cazul transmisiilor radio sau cu microunde, aceasta este o tehnologie menită să restabilească și să transporte exact informații, și nu energia care a fost cheltuită inițial pentru transmisie.

Electricitatea wireless este un domeniu relativ nou al tehnologiei, dar unul care crește rapid. Acum sunt dezvoltate metode pentru a transfera energie eficient și în siguranță pe o distanță fără întrerupere.

Cum funcționează electricitatea wireless

Lucrarea principală se bazează tocmai pe magnetism și electromagnetism, așa cum este cazul radiodifuziunii. Încărcarea fără fir, cunoscută și sub numele de încărcare inductivă, se bazează pe câteva principii simple de funcționare, în special, tehnologia necesită două bobine. Un emițător și un receptor care generează împreună un câmp magnetic de curent alternativ, neconstant. La rândul său, acest câmp provoacă o tensiune în bobina receptorului; aceasta poate fi folosită pentru a alimenta un dispozitiv mobil sau pentru a încărca o baterie.

Dacă direcționați un curent electric printr-un fir, atunci se creează un câmp magnetic circular în jurul cablului. În ciuda faptului că câmpul magnetic afectează atât bucla, cât și bobina, se manifestă cel mai puternic pe cablu. Când luați o a doua bobină de sârmă care nu trece prin ea un curent electric și locul în care plasăm bobina în câmpul magnetic al primei bobine, curentul electric din prima bobină va fi transmis prin câmpul magnetic. iar prin a doua bobină, creând un cuplaj inductiv.

Să luăm ca exemplu o periuță de dinți electrică. În ea, încărcătorul este conectat la o priză care trimite un curent electric către un fir încolăcit din interiorul încărcătorului, care creează un câmp magnetic. În interiorul periuței există o a doua bobină, când curentul începe să curgă și, datorită câmpului magnetic format, periuța începe să se încarce fără ca aceasta să fie conectată direct la sursa de 220 V.

Poveste

Transmisia fără fir de energie ca alternativă la transmisia și distribuția liniilor electrice a fost propusă și demonstrată pentru prima dată de Nikola Tesla. În 1899, Tesla a prezentat o transmisie fără fir pentru a alimenta un câmp de lămpi fluorescente situate la douăzeci și cinci de mile de o sursă de alimentare fără a folosi fire. Dar la acea vreme era mai ieftin să faci 25 de mile de sârmă de cupru decât să construiești generatoarele speciale de energie pe care le cere experiența Tesla. Nu i s-a acordat niciodată un brevet, iar invenția a rămas în coșul științei.

În timp ce Tesla a fost prima persoană care a demonstrat posibilitățile practice ale comunicării wireless încă din 1899, astăzi, există foarte puține dispozitive la vânzare, acestea sunt perii wireless, căști, încărcătoare de telefon și multe altele.

Tehnologia fără fir

Transmisia de putere fără fir implică transmiterea de energie electrică sau putere pe o distanță fără fire. Astfel, tehnologia de bază se află pe conceptele de electricitate, magnetism și electromagnetism.

Magnetism

Este o forță fundamentală a naturii care face ca anumite tipuri de materiale să se atragă sau să se respingă unele pe altele. Polii Pământului sunt considerați singurii magneți permanenți. Curentul de curgere în buclă generează câmpuri magnetice care diferă de câmpurile magnetice oscilante în viteza și timpul necesar pentru a genera curent alternativ (AC). Forțele care apar în acest caz sunt prezentate în diagrama de mai jos.

Așa apare magnetismul

Electromagnetismul este interdependența câmpurilor electrice și magnetice alternative.

Inductie magnetica

Dacă o buclă conducătoare este conectată la o sursă de curent alternativ, aceasta va genera un câmp magnetic oscilant în și în jurul buclei. Dacă a doua buclă conducătoare este suficient de aproape, va prelua o parte din acest câmp magnetic oscilant, care, la rândul său, generează sau induce un curent electric în a doua bobină.

Video: cum este transmisia wireless a energiei electrice

Astfel, există un transfer electric de putere de la un ciclu sau bobină la alta, care este cunoscut sub numele de inducție magnetică. Exemple de astfel de fenomen sunt folosite în transformatoarele și generatoarele electrice. Acest concept se bazează pe legile lui Faraday ale inducției electromagnetice. Acolo, el afirmă că atunci când există o modificare a fluxului magnetic conectat la bobină, EMF indus în bobină este egal cu produsul dintre numărul de spire ale bobinei și viteza de modificare a fluxului.

ambreiaj de putere

Această componentă este necesară atunci când un dispozitiv nu poate transmite energie către alt dispozitiv.

O legătură magnetică este generată atunci când câmpul magnetic al unui obiect este capabil să inducă un curent electric cu alte dispozitive la îndemâna sa.

Se spune că două dispozitive sunt cuplate inductiv reciproc, sau cuplate magnetic, atunci când sunt proiectate astfel încât să aibă loc o schimbare a curentului atunci când un fir induce o tensiune la capetele celuilalt fir prin inducție electromagnetică. Acest lucru se datorează inductanței reciproce

Tehnologie

Principiul cuplajului inductiv

Cele două dispozitive, cuplate reciproc inductiv sau cuplate magnetic, sunt proiectate astfel încât modificarea curentului atunci când un fir induce o tensiune la capetele celuilalt fir este produsă prin inducție electromagnetică. Acest lucru se datorează inductanței reciproce.
Cuplajul inductiv este preferat datorită capacității sale de a funcționa fără fir, precum și rezistenței la șocuri.

Cuplarea inductivă rezonantă este o combinație de cuplare inductivă și rezonanță. Folosind conceptul de rezonanță, puteți face ca două obiecte să funcționeze în funcție de semnalele celuilalt.

După cum puteți vedea din diagrama de mai sus, rezonanța oferă inductanța bobinei. Condensatorul este conectat în paralel cu înfășurarea. Energia se va mișca înainte și înapoi între câmpul magnetic din jurul bobinei și câmpul electric din jurul condensatorului. Aici, pierderile de radiații vor fi minime.

Există și conceptul de comunicare ionizată wireless.

Este, de asemenea, fezabil, dar aici trebuie să depuneți puțin mai mult efort. Această tehnică există deja în natură, dar nu există nici un motiv pentru a o implementa, deoarece are nevoie de un câmp magnetic ridicat, de la 2,11 M/m. A fost dezvoltat de genialul om de știință Richard Volras, dezvoltatorul generatorului de vortex, care trimite și transmite energie termică pe distanțe mari, în special cu ajutorul unor colectori speciali. Cel mai simplu exemplu de astfel de conexiune este fulgerul.

Avantaje și dezavantaje

Desigur, această invenție are avantajele ei față de metodele cu fir și dezavantaje. Vă invităm să le luați în considerare.

Avantajele includ:

1. Absența totală a firelor;
2. Nu sunt necesare surse de alimentare;
3. Este eliminată necesitatea unei baterii;
4. Energia este transferată mai eficient;
5. Necesită mult mai puțină întreținere.

Dezavantajele includ următoarele:

• Distanța este limitată;
• câmpurile magnetice nu sunt atât de sigure pentru oameni;
• transmiterea fără fir a energiei electrice, folosind microunde sau alte teorii, este practic imposibilă acasă și cu propriile mâini;
• cost ridicat de instalare.