Kako se električna energija prenaša na velike razdalje. Prenos električne energije - Hipermarket znanja. Brezžična tehnologija

Proizvedene električne energije ni mogoče skladiščiti, temveč jo je treba takoj predati porabnikom. Ko je bil izumljen optimalen način prevoza, se je začel hiter razvoj elektroenergetike.

Zgodba

Prvi generatorji so bili zgrajeni ob porabnikih energije. Bili so nizke moči in namenjeni samo za napajanje ločene stavbe ali mestnega bloka. Potem pa so prišli do zaključka, da je veliko bolj donosno graditi velike postaje na območjih koncentracije virov. To so močne hidroelektrarne - na rekah, velike termoelektrarne - ob bazenih premoga. To zahteva prenos električne energije na daljavo.

Začetni poskusi gradnje daljnovodov so se soočali z dejstvom, da se je pri priključitvi generatorja na sprejemnike z dolgim ​​kablom moč na koncu daljnovoda močno zmanjšala zaradi velikih toplotnih izgub. Za zmanjšanje toka je bilo treba uporabiti kable z večjim presekom, kar jih je močno podražilo, ali povečati napetost.

Po poskusih s prenosom enosmernega in enofaznega izmeničnega toka preko prenapetostnih vodov so izgube ostale previsoke – na ravni 75 %. In šele ko je Dolivo-Dobrovolsky razvil sistem trifaznega toka, je bil narejen preboj v prenosu električne energije: izgube so se zmanjšale na 20%.

Pomembno! Zdaj velika večina daljnovodov uporablja trifazni izmenični tok, čeprav se razvijajo tudi enosmerni daljnovodi.

Shema prenosa moči

Obstaja več členov v verigi od proizvodnje energije do njenega prejema s strani potrošnikov:

• generator v elektrarni, ki proizvaja električno energijo z napetostjo 6,3-24 kV (obstajajo ločene enote z višjo nazivno napetostjo);
• podporne postaje (PS);
• ultra dolgi in glavni daljnovodi z napetostjo 220-1150 kV;
• velike vozliščne postaje, ki znižajo napetost do 110 kV;
• Daljnovodi 35-110 kV za prenos električne energije do napajalnih centrov;
• dodatne padajoče transformatorske postaje - napajalni centri, kjer prejemajo napetost 6-10 kV;
• distribucijski daljnovodi 6-10 kV;
• transformatorske točke (TP), TsRP, ki se nahajajo v bližini potrošnikov, za znižanje napetosti na 0,4 kV;
• nizkonapetostni vodi za dovod do hiš in drugih objektov.

Distribucijske sheme

Prenosni daljnovodi so zračni, kabelski in kabel-zračni. Za večjo zanesljivost se električna energija v večini primerov prenaša na več načinov. To pomeni, da sta dve ali več linij priključeni na avtobuse postaje.

Obstajata dve shemi distribucije električne energije 6-10 kV:

1. Glavni, ko je linija 6-10 kV običajna za napajanje več transformatorskih postaj, ki se lahko nahajajo vzdolž celotne dolžine. Če hkrati glavni daljnovod prejema moč iz dveh različnih napajalnikov na obeh straneh, se taka shema imenuje obroč. Hkrati se v normalnem delovanju napaja iz enega podajalnika in odklopi od drugega s stikalnimi napravami (stikala, ločilniki);

1. Radialno. V tej shemi je vsa moč koncentrirana na koncu daljnovoda, ki je zasnovan za napajanje enega porabnika.

Za vode z napetostjo 35 kV in več se uporabljajo sheme:

1. Radialno. Napajanje prihaja do transformatorske postaje prek enokrožnega ali dvokrožnega napajalnega voda iz ene vozliščne transformatorske postaje. Najbolj stroškovno učinkovita je shema z eno linijo, vendar je zelo nezanesljiva. Zahvaljujoč dvokrožnim daljnovodom se ustvari rezervna moč;
2. Prstan. Avtobusi transformatorskih postaj se napajajo iz vsaj dveh daljnovodov iz neodvisnih virov. Hkrati so lahko na napajalnih vodih odcepi (odcepni vodi), ki gredo do drugih transformatorskih postaj. Skupno število odcepnih postaj ne sme biti več kot tri za en daljnovod.

Pomembno! Obročno omrežje napajata vsaj dve vozliščni postaji, ki se praviloma nahajata na precejšnji razdalji drug od drugega.

Transformatorske postaje

Transformatorske postaje so poleg daljnovodov glavni sestavni del elektroenergetskega sistema. Razdeljeni so na:

1. Povečanje. Nahajajo se v bližini elektrarn. Glavna oprema so močnostni transformatorji, ki povečujejo napetost;
2. Spuščanje. Nahajajo se na drugih delih elektroenergetskega omrežja, ki so bližje porabnikom. Vsebuje padajoče transformatorje.

Obstajajo tudi transformatorske postaje, ki pa ne sodijo med transformatorske. Uporabljajo se za pretvorbo izmeničnega toka v enosmerni tok, pa tudi za pridobivanje toka druge frekvence.

Glavna oprema transformatorskih postaj:

1. Visokonapetostne in nizkonapetostne stikalne naprave. Lahko je odprtega tipa (ORU), zaprtega tipa (ZRU) in popolnega (KRU);
2. Močnostni transformatorji;
3. Nadzorna plošča, relejna soba, kjer je skoncentrirana zaščitna oprema in avtomatsko krmiljenje stikalnih naprav, alarmov, merilnih instrumentov in števcev električne energije. Zadnji dve vrsti opreme in nekatere vrste zaščite so lahko prisotni tudi v stikalnih napravah;

1. Pomožna oprema postaje, ki vključuje pomožne transformatorje (TSN), ki znižajo napetost s 6-10 na 0,4 kV, 0,4 kV SN vodila s stikalnimi napravami, baterijsko baterijo, polnilne naprave. Iz SN se napajajo zaščita, razsvetljava transformatorskih postaj, ogrevanje, motorji za pihanje transformatorjev (hlajenje) itd.. Na vlečnih železniških postajah imajo lahko pomožni transformatorji primarno napetost 27,5 ali 35 kV;
2. Stikalne naprave vsebujejo stikalne naprave transformatorjev, napajalnih in odvodnih vodov ter napajalnikov 6-10 kV: ločilnike, odklopnike (vakuum, SF6, olje, zrak). Napetostni transformatorji (VT) in tokovni transformatorji (CT) se uporabljajo za napajalna zaščita in merilna vezja;
3. Oprema za prenapetostno zaščito: odvodniki, odvodniki prenapetosti (odvodniki prenapetosti);
4. Tokovno omejevalni in obločni reaktorji, kondenzatorske baterije in sinhronski kompenzatorji.

Zadnja povezava padajočih transformatorskih postaj so transformatorske točke (TP, KTP-komplet, MTP-mast). To so majhne naprave, ki vsebujejo 1, 2, redkeje 3 transformatorje, včasih znižajo napetost s 35, pogosteje s 6-10 kV na 0,4 kV. Na strani nizke napetosti so nameščeni avtomati. Od njih odhajajo vodi, ki neposredno distribuirajo električno energijo pravim porabnikom.

Zmogljivost daljnovodov

Pri prenosu električne energije je glavni kazalnik prenosna zmogljivost daljnovoda. Zanj je značilna vrednost delovne moči, ki se prenaša po vodu v normalnih obratovalnih pogojih. Prepustnost je odvisna od napetosti daljnovoda, njegove dolžine, dimenzij preseka, vrste voda (CL ali VL). Hkrati je naravna moč, ki ni odvisna od dolžine daljnovoda, delovna moč, ki se prenaša po daljnovodu s popolno kompenzacijo jalove komponente. V praksi je takšne pogoje nemogoče doseči.

Pomembno! Največja prenesena moč za daljnovode z napetostjo 110 kV in manj je omejena samo s segrevanjem žic. Pri višjih napetostnih vodih se upošteva tudi statična stabilnost elektroenergetskega sistema.

Nekatere vrednosti prepustnosti nadzemnih vodov pri učinkovitosti = 0,9:

• 110 kV: naravna moč - 30 mW, največja - 50 mW;
• 220 kV: naravna moč - 120-135 mW, največja - 350 mW za stabilnost in 280 mW za ogrevanje;
• 500 kV: naravna moč - 900 mW, največja - 1350 mW za stabilnost in 1740 mW za ogrevanje.

Izguba električne energije

Vsa električna energija, proizvedena v elektrarni, ne pride do potrošnika. Izgube energije so lahko:

1. Tehnični. Vzrok za izgube v žicah, transformatorjih in drugi opremi za ogrevanje ter zaradi drugih fizičnih procesov;
2. nepopolnost računovodskega sistema v energetskih podjetjih;
3. Komercialno. Pojavijo se zaradi odjema moči, poleg merilnih naprav, razlike med dejansko porabljeno močjo in tisto, ki jo obračuna števec itd.

Tehnologije prenosa električne energije ne mirujejo. Razvija se uporaba superprevodnih kablov, ki omogočajo zmanjšanje izgub skoraj na nič. Brezžični prenos električne energije ni več fantazija za polnjenje mobilnih naprav. In v Južni Koreji delajo na ustvarjanju brezžičnega sistema za prenos energije za elektrificirana vozila.

Video

Ministrstvo za splošno in poklicno izobraževanje

GOU NPO Sverdlovsk regija

Strokovni licej "Metallurg" v Nižnem Tagilu

ESEJ

Prenos električne energije na daljavo

Umetnik: Bakhter Nikolai in Borisov Yaroslav

Nadzornik: učiteljica fizike Reddikh Lyudmila Vladimirovna

Nižni Tagil 2008

Uvod

Poglavje 1

Poglavje 2. Proizvodnja električne energije

1 Alternator

2 MHD generator

3 Generator plazme - plazemski gorilnik

Poglavje 3. Prenos moči

1 Električni vodi

2 transformator

4. poglavje

1 Proizvodnja jekla v električnih pečeh

2 Tipični sprejemniki električne energije

Zaključek

Bibliografija

Uvod

Kompleks elektroenergetskega omrežja regije Sverdlovsk, vključno z energetskim centrom Nižni Tagil, je na robu velikih preobrazb. Da bi se izognili energetski krizi na Srednjem Uralu, je vlada Sverdlovske regije razvila in sprejela glavne usmeritve razvoja elektroenergetike za naslednjih deset let. V prvi vrsti govorimo o gradnji nove generacije, to je elektrarn za proizvodnjo električne energije, ter nadaljnjem razvoju elektroomrežnega kompleksa - gradnji in rekonstrukciji transformatorskih postaj, transformatorskih točk in daljnovodov različnih napetosti. . Že lani smo izdelali in potrdili dolgoročni investicijski program do leta 2012 z navedbo konkretnih elektroenergetskih objektov, ki jih je treba obnoviti, in tistih, ki jih je treba zgraditi.

Do leta 2001 v regiji Tagil ni primanjkovalo energetskih zmogljivosti. Potem pa so po dolgih letih krize naša industrijska podjetja šla, kot pravijo, navzgor, srednja in mala podjetja so se začela aktivno razvijati, poraba električne energije pa se je znatno povečala. Danes primanjkljaj energetskih zmogljivosti v Nižnem Tagilu presega 51 megavatov. To je ... skoraj dve Clapboards. Toda primerjava s Clapboardom je pogojna. Pravzaprav je problem pomanjkanja energetskih zmogljivosti trenutno najbolj pomemben za osrednji del Nižnega Tagila. Pred štiridesetimi leti zgrajena RTP Krasny Kamen, od katere je pravzaprav odvisno napajanje mestnega jedra, je moralno in fizično zastarela ter deluje na meji svojih zmožnosti. Novim odjemalcem je žal onemogočen priključek na omrežje.

Nižni Tagil potrebuje novo transformatorsko postajo - postajo "Prirečnaja" z napetostjo 110/35/6 kV. Po predhodnih ocenah bo znesek kapitalskih naložb v gradnjo Prirechnaya približno 300 milijonov rubljev. Investicijski program družbe Sverdlovenergo v Nižnem Tagilu vključuje tudi rekonstrukcijo transformatorske postaje Soyuznaya, gradnjo transformatorske postaje Altaiskaya v Vagonki in stikalne točke Demidovskiy na območju Galyanka, kar bo korenito izboljšalo sistem oskrbe z energijo v mestu kot celoti. Glavni dogodek letošnjega leta je transformatorska postaja Staratel, v obnovo katere je Sverdlovenergo vložil 60 milijonov rubljev. Drug, prav tako pomemben dogodek leta 2007 je bil zagon novega, drugega transformatorja v transformatorski postaji Galyanka.

Začetek gradnje daljnovoda Chernoistochinsk - Belogorye z napetostjo 110 kV in skupno dolžino skoraj 18 kilometrov. Ta objekt je vključen tudi v investicijski program Sverdlovenergo. Zagon novega visokonapetostnega daljnovoda bo omogočil zanesljivejšo oskrbo z električno energijo ne le smučarskega kompleksa Belaya Mountain, temveč tudi celotnega sosednjega ozemlja - vasi Uralets, Visim, Visimo-Utkinsk in drugih naselij . Povedal bom več: projekt Belogorye predvideva tudi gradnjo nove transformatorske postaje Belogorye v vasi Uralets in rekonstrukcijo celotnega omrežnega kompleksa Uralets, kar je najmanj 20 kilometrov omrežij z napetostjo 0,4-6 kV. .

Z namenom našega prispevka smo se odločili zastaviti vprašanje prenosa električne energije ne samo na daljavo, temveč tudi njeno uporabo kot nujne komponente pri izdelavi jekla, saj je naš poklic neločljivo povezan s tem postopkom izdelave električnega jekla.

Za dosego tega cilja smo se odločili, da si zadamo nekaj pomembnih nalog: 1) preučiti dodatno literaturo v zvezi s prenosom električne energije in elektrometalurgijo; 2) se seznani z novimi vrstami generatorjev in transformatorjev; 3) upoštevajte električni tok od njegovega prejema do dostave potrošniku; 4) obravnava fizikalne in mehanske procese proizvodnje jekla v električnih pečeh.

Sprva ljudje niso znali jeklati in so za izdelavo različnih orodij uporabljali materiale domačega izvora (baker, zlato in meteorno železo). Vendar te metode niso zadostovale za človeške potrebe. Pogosto so ljudje iskali priložnost, da bi pridobili kovino iz rude, najdene na površju zemlje.

In na prelomu drugega in prvega tisočletja pred našim štetjem se je rodila prva stopnja metalurgije. Človeštvo je prešlo na neposredno pridobivanje železa iz rude z njegovo redukcijo v primitivnih pečeh. Ker je bilo v tem procesu uporabljeno "surovo" pihanje (ne segret zrak), se je metoda imenovala surovo pihanje.

Za drugo fazo proizvodnje jekla (XIV-XVIII stoletja) je bilo značilno izboljšanje peči, povečanje obsega peči za pihanje sira. Pojav vodnega kolesa in njegova uporaba za pogon meha je omogočila okrepitev pihanja, zvišanje temperature v kurišču peči in pospešitev poteka kemičnih reakcij.

Tretja stopnja je bila izdelava naprednejše in produktivnejše metode za proizvodnjo nizkoogljičnega železa v testastem stanju - tako imenovani pudling proces - proces prerazporeditve litega železa v železo na ognjevitem odsevu (pudling). peč.

Za četrto fazo (konec 19. in sredina 20. stoletja) je značilna uvedba v proizvodnjo štirih načinov pridobivanja jekla - bessemerjevega, Thomasovega, odprtega ognjišča, konverterskega in električnega jeklarstva, ki, mimogrede, o katerem bi radi govorili v našem povzetku, kot o primeru uporabe električne energije s strani jeklarjevih privržencev.

Poglavje 1

Žice električne žarnice povežemo z električno baterijo. Žice, žarilna nitka žarnice tvorijo zaprt krog - električni tokokrog. V tem tokokrogu teče električni tok, ki segreva žarilno nitko žarnice, dokler ne zasveti. Kaj je električni tok? To je usmerjeno gibanje nabitih delcev.

V bateriji potekajo kemične reakcije, zaradi katerih se na terminalu, označenem z znakom “-” (minus), kopičijo elektroni - delci snovi, ki imajo najmanjši naboj. Kovina, iz katere so izdelane žice in žarilna nitka žarnice, je sestavljena iz atomov, ki tvorijo kristalno mrežo. Elektroni lahko prosto prehajajo skozi to mrežo. Pretok elektronov skozi prevodnike (tako imenovane snovi, ki prepuščajo električni tok) od enega terminala baterije do drugega - to je električni tok. Več kot gre elektronov skozi prevodnik, večji je električni tok. Izmerite tok v amperih (A). Če skozi vodnik teče tok 1 A, potem vsako sekundo skozi prerez vodnika preleti 6,24 * 1018 elektronov. To število elektronov nosi naboj 1 C (kulon).

Električni tok v tokokrogu, ki ga sestavljajo žice, žarilna nitka in baterija, lahko primerjamo s tokom tekočine, ki teče skozi vodovodne cevi. Povezovalne žice so odseki cevi z velikim prerezom, žarilna nitka žarnice je tanka cev, baterija pa črpalka, ki ustvarja pritisk. Večji kot je tlak, večji je pretok tekočine. Baterija v električnem krogu ustvarja napetost (tlak). Višja kot je napetost, večji je tok v vezju. Napetost se meri v voltih (V). da bi skozi žarnico žepne svetilke speljali tok, zaradi katerega bi njena nit svetila, je potrebna napetost 3-4 V. Električna energija se v stanovanja hiš dovaja z napetostjo 127 ali 220 V, tok pa je prenašajo po električnih vodih (električnih vodih) pod napetostjo več sto kilovoltov (kV). Električna energija, ki se sprosti v 1 s (moč), je enaka produktu jakosti toka in napetosti. Moč pri toku 1 A in napetosti 1 V je enaka 1 vatu (W).

Vse snovi ne prepuščajo električnega toka prosto, na primer steklo, porcelan, guma skoraj ne prepuščajo električnega toka. Takšne snovi imenujemo izolatorji ali dielektriki. Vodniki so izolirani z gumo, izolatorji za visokonapetostne daljnovode so iz stekla in porcelana. Toda tudi kovine so odporne na električni tok. Elektroni pri gibanju »potiskajo« atome, ki sestavljajo kovino, jih pospešijo – segrejejo prevodnik. Segrevanje prevodnikov z električnim tokom sta prva proučevala ruski znanstvenik E. H. Lenz in angleški fizik D. Joule. Lastnost električnega toka za toplotne prevodnike se pogosto uporablja v tehniki. Električni tok žari žarilne nitke električnih žarnic in električnih grelnikov, tali jeklo v električnih pečeh.

Leta 1820 je danski fizik G.-H. Oersted je odkril, da magnetna igla odstopa v bližini prevodnika, po katerem teče tok. Tako je bila odkrita izjemna lastnost električnega toka, da ustvarja magnetno polje. Ta pojav je podrobno preučeval francoski znanstvenik A. Ampère. Ugotovil je, da se dve vzporedni žici, po katerih teče tok v isti smeri, privlačita, če sta smeri tokov nasprotni, pa se žici odbijata. Ampère je ta pojav pojasnil z interakcijo magnetnih polj, ki jih ustvarjajo tokovi. Učinek interakcije žic s tokom in magnetnimi polji se uporablja v elektromotorjih, v električnih relejih in v številnih električnih merilnih instrumentih.

Še eno lastnost električnega toka lahko odkrijemo s prehajanjem toka skozi elektrolit - raztopino soli, kisline ali alkalije. V elektrolitih se molekule snovi razcepijo na ione - delce molekul s pozitivnimi ali negativnimi naboji. Tok v elektrolitu je gibanje ionov. Za prenos toka skozi elektrolit se vanj spustita dve kovinski plošči, povezani z virom toka. Pozitivni ioni se premikajo proti elektrodi, ki je povezana z negativnim priključkom. Ioni se ustvarjajo na elektrodah. Ta proces se imenuje elektroliza. S pomočjo elektrolize je mogoče izolirati čiste kovine iz soli, kromirati in ponikljati različne predmete, izvajati najzahtevnejšo obdelavo izdelkov, ki je ni mogoče izvesti na enostavnih strojih za rezanje kovin, in ločiti vodo na njene sestavne dele - vodik. in kisik.

V elektroliznih kopelih v žarnici, ki je priključena na baterijo svetilke, teče tok ves čas v eno smer in se jakost toka ne spreminja. Ta tok se imenuje enosmerni tok. Vendar se v tehnologiji pogosteje uporablja izmenični tok, katerega smer in moč se občasno spreminjata. Čas celotnega cikla spreminjanja smeri toka imenujemo perioda, število period v 1 s pa frekvenca izmeničnega toka. Industrijski tok, ki poganja stroje, osvetljuje ulice in stanovanja, se spreminja s frekvenco 50 period v 1 s. Izmenični tok je mogoče enostavno transformirati - povečati in zmanjšati njegovo napetost s pomočjo transformatorjev.

Z izumom telegrafa in telefona se električni tok uporablja za prenos informacij. Sprva so se po žicah prenašali dolgi in kratki impulzi enosmernega toka, ki ustrezajo pikam in pomišljajem Morsejeve abecede. Takšni tokovni impulzi ali pulzirajoči tok, vendar z bolj zapletenim sistemom kodiranja informacij, se uporabljajo v sodobnih elektronskih računalnikih (računalnikih) za prenos številk, ukazov in besed iz ene strojne naprave v drugo.

Izmenični tok se lahko uporablja tudi za prenos informacij. Informacije lahko prenašamo z izmeničnim tokom tako, da na določen način spremenimo amplitudo tokovnih nihanj. To kodiranje informacij se imenuje amplitudna modulacija (AM). Možno je tudi spremeniti frekvenco nihanja izmeničnega toka, tako da določena informacija ustreza določeni spremembi frekvence. To kodiranje se imenuje frekvenčna modulacija (FM). Radijski sprejemniki imajo AM in FM kanale, ki "dekodirajo" - pretvorijo v zvok - amplitudno ali frekvenčno modulirana nihanja radijskih valov, ki jih sprejme antena.

V našem času je električni tok našel uporabo na vseh področjih človeške dejavnosti. Brez uporabe električnega toka si ni mogoče zamisliti pogona obdelovalnih strojev in strojev, sistemov za avtomatsko krmiljenje in upravljanje, številnih naprav raziskovalnih laboratorijev in gospodinjskih aparatov. Sodobni telefon in telegraf, radio in televizija, elektronski računalniki od žepnih kalkulatorjev do strojev, ki krmilijo lete vesoljskih ladij - vse to so naprave, ki temeljijo na najzapletenejših tokokrogih električnega toka.

Poglavje 2. Proizvodnja električne energije

.1 Alternator

Električna energija ima nedvomne prednosti pred vsemi drugimi oblikami energije. Lahko se prenaša po žicah na dolge razdalje z relativno nizkimi izgubami in priročno porazdeljeno med potrošnike. Glavna stvar je, da je to energijo mogoče zlahka pretvoriti v katero koli drugo obliko s pomočjo dokaj preprostih naprav: mehanske, notranje (ogrevanje teles), svetlobne energije itd.

Izmenični tok ima prednost pred enosmernim tokom, da se lahko napetost in jakost toka pretvarjata (transformirata) v zelo širokem območju skoraj brez izgube energije. Takšne transformacije so potrebne v številnih električnih in radijskih napravah. Še posebej velika potreba po transformaciji napetosti in toka se pojavi pri prenosu električne energije na velike razdalje.

Električni tok nastaja v generatorjih - napravah, ki pretvarjajo takšno ali drugačno energijo v električno energijo. Generatorji vključujejo galvanske celice, elektrostatične stroje, termobaterije, sončne celice itd. Raziskujejo se možnosti za ustvarjanje popolnoma novih vrst generatorjev. Razvijajo se na primer tako imenovane energije goriva, pri katerih se energija, ki se sprosti kot posledica reakcije vodika s kisikom, neposredno pretvori v električno energijo. Poteka uspešno delo za ustvarjanje magnetohidrodinamičnih generatorjev (MHD generatorjev). V MHD generatorjih se mehanska energija curka vročega ioniziranega plina (plazme), ki se premika v magnetnem polju, neposredno pretvori v električno energijo.

Obseg vsake od naštetih vrst generatorjev električne energije določajo njihove značilnosti. Torej elektrostatični stroji ustvarjajo visoko potencialno razliko, vendar ne morejo ustvariti pomembnega toka v tokokrogu. Galvanski členi lahko dajo velik tok, vendar trajanje njihovega delovanja ni veliko.

Prevladujočo vlogo v našem času igrajo elektromehanski indukcijski alternatorji. Ti generatorji pretvarjajo mehansko energijo v električno. Njihovo delovanje temelji na pojavu elektromagnetne indukcije. Takšni generatorji imajo razmeroma preprosto napravo in omogočajo pridobivanje velikih tokov pri dovolj visoki napetosti.

Ko govorimo o generatorjih, bomo v prihodnje mislili ravno na indukcijske elektromehanske generatorje.

Danes je na voljo veliko različnih vrst indukcijskih generatorjev. Vendar so vsi sestavljeni iz istih osnovnih delov. To je, prvič, elektromagnet ali trajni magnet, ki ustvarja magnetno polje, in drugič, navitje, v katerem se inducira spremenljiv EMF (v obravnavanem modelu generatorja je to vrtljivi okvir). Ker se elektromagnetna polja, inducirana v zaporedno vezanih ovojih, seštevajo, je amplituda indukcijskega elektromagnetnega polja v okvirju sorazmerna s številom ovojev v njem. Sorazmeren je tudi z amplitudo izmeničnega magnetnega pretoka Фm = BS skozi vsak zavoj.

Za pridobitev velikega magnetnega pretoka v generatorjih se uporablja poseben magnetni sistem, sestavljen iz dveh jeder iz elektrotehničnega jekla. Navitja, ki ustvarjajo magnetno polje, so nameščena v utore enega od jeder, navitja, v katerih se inducira EMF, pa v utore drugega. Eno od jeder (običajno notranje) se skupaj z navitjem vrti okoli vodoravne ali navpične osi. Zato se imenuje rotor (ali armatura). Nepremično jedro s svojim navitjem se imenuje stator (ali induktor). Reža med jedri statorja in rotorja je čim manjša. To zagotavlja največjo vrednost pretoka magnetne indukcije.

V modelu generatorja, prikazanem na sliki 19, se vrti žični okvir, ki je rotor (čeprav brez železnega jedra). Magnetno polje ustvarja stacionarni trajni magnet. Seveda bi bilo mogoče storiti nasprotno - zavrteti magnet in pustiti okvir negiben.

V velikih industrijskih generatorjih se vrti elektromagnet, ki je rotor, medtem ko so navitja, v katerih se inducira EMF, položena v statorske reže in ostanejo nepremična. Dejstvo je, da je potrebno rotorju napajati tok ali ga preusmeriti iz navitja rotorja v zunanje vezje z uporabo drsnih kontaktov. Da bi to naredili, je rotor opremljen z drsnimi obroči, pritrjenimi na konca njegovega navitja. Fiksne plošče - krtače - so pritisnjene na obroče in povezujejo navitje rotorja z zunanjim vezjem. Moč toka v navitjih elektromagneta, ki ustvarja magnetno polje, je veliko manjša od jakosti toka, ki ga daje generator v zunanje vezje. Zato je bolj priročno odstraniti ustvarjeni tok iz fiksnih navitij in dovajati razmeroma šibek tok skozi drsne kontakte do rotirajočega elektromagneta. Ta tok ustvarja ločen enosmerni generator (exciter), ki se nahaja na isti gredi.

Pri generatorjih majhne moči ustvarja magnetno polje vrteči se trajni magnet. V tem primeru obroči in ščetke sploh niso potrebni.

Pojav EMF v fiksnih navitjih statorja je razložen s pojavom vrtinčnega električnega polja v njih, ki nastane zaradi spremembe magnetnega pretoka med vrtenjem rotorja.

Če se ravni okvir vrti v enakomernem magnetnem polju, je obdobje generiranega EMF enako obdobju vrtenja okvirja. To ni vedno priročno. Na primer, za pridobitev izmeničnega toka s frekvenco 50 Hz mora okvir narediti 50 vrtljajev / s v enakomernem magnetnem polju, tj. 3000 vrt./min Enaka hitrost vrtenja bo potrebna v primeru vrtenja dvopolnega trajnega magneta ali dvopolnega elektromagneta. Dejansko mora biti obdobje spremembe magnetnega pretoka, ki prodira skozi zavoje statorskega navitja, enako 1/50 s. Da bi to naredili, se mora vsak od polov rotorja obrniti 50-krat na sekundo. Hitrost vrtenja lahko zmanjšamo, če kot rotor uporabimo elektromagnet z 2, 3, 4 ... pari polov. Potem bo obdobje ustvarjenega toka ustrezalo času, ki je potreben za vrtenje rotorja za 1/2, 1/3, 1/4 ... kroga. Zato se lahko rotor vrti 2, 3, 4 ... krat počasneje. To je pomembno, če generator poganjajo motorji z nizko hitrostjo, kot so hidravlične turbine. Torej, rotorji generatorjev HE Uglich na Volgi naredijo 62,5 vrt / min in imajo 48 parov polov.

2.2 MHD generator

Termoelektrarne (TE) so osnova sodobne energetike. Delovanje TE temelji na pretvorbi toplotne energije, ki se sprošča pri zgorevanju fosilnih goriv, ​​najprej v mehansko energijo vrtenja gredi parne ali plinske turbine, nato pa s pomočjo električnega generatorja v električno energijo. Zaradi takšne dvojne pretvorbe se izgubi veliko energije - sprosti se v obliki toplote v zrak, porabi se za ogrevanje opreme itd.

Ali je mogoče te nehotene porabe energije zmanjšati, skrajšati proces pretvorbe energije, izključiti vmesne stopnje pretvorbe energije? Izkazalo se je, da lahko. Ena izmed elektrarn, ki pretvarja energijo gibajoče se električno prevodne tekočine ali plina neposredno v električno energijo, je magnetohidrodinamični generator ali krajše MHD generator.

Kot pri običajnih električnih generatorjih tudi MHD generator temelji na pojavu elektromagnetne indukcije: električni tok nastane v prevodniku, ki prečka magnetne silnice. V MHD generatorju je tak prevodnik tako imenovana delovna tekočina - tekočina, plin ali tekoča kovina z visoko električno prevodnostjo. Običajno MHD generatorji uporabljajo žareče ionizirane pline ali plazmo. Ko se plazma premika čez magnetno polje, se v njej pojavijo nasprotno usmerjeni tokovi nosilcev naboja - prostih elektronov in pozitivnih ionov.

Generator MHD je sestavljen iz kanala, skozi katerega se premika plazma, elektromagneta za ustvarjanje magnetnega polja in elektrod, ki stiskajo nosilce naboja. Posledično nastane potencialna razlika med nasprotno ležečimi elektrodami, kar povzroči električni tok v zunanjem tokokrogu, ki je nanje priključen. Tako se v MHD generatorju energija gibajoče se plazme pretvori neposredno v električno energijo, brez vmesnih transformacij.

Glavna prednost MHD generatorja v primerjavi z običajnimi elektromagnetnimi generatorji je odsotnost gibljivih mehanskih komponent in delov v njem, kot je na primer v turbo ali hidro generatorju. Ta okoliščina omogoča znatno povečanje začetne temperature delovne tekočine in posledično učinkovitost generatorja.

Prvi eksperimentalni MHD generator z močjo le 11,5 kW je bil izdelan leta 1959 v ZDA. Leta 1965 so v ZSSR raziskali prvi sovjetski MHD generator, leta 1971 pa je bila zagnana pilotna naprava - nekakšna elektrarna z MHD generatorjem z močjo 25 MW. Takšne elektrarne se lahko uporabljajo na primer kot rezervni ali zasilni viri električne energije, pa tudi kot napajalniki za takšne naprave, ki zahtevajo znatno porabo električne energije v kratkem času.

2.3 Generator plazme - plazemski gorilnik

Če trdno snov močno segrejemo, se spremeni v tekočino. Če temperaturo povišate še višje, bo tekočina izhlapela in se spremenila v plin.

Toda kaj se zgodi, če še naprej zvišujete temperaturo? Atomi snovi bodo začeli izgubljati svoje elektrone in se spreminjati v pozitivne ione. Namesto plina nastane plinasta zmes, sestavljena iz prosto gibajočih se elektronov, ionov in nevtralnih atomov. Imenuje se plazma.

Danes se plazma pogosto uporablja na različnih področjih znanosti in tehnologije: za toplotno obdelavo kovin, nanos različnih premazov nanje, taljenje in druge metalurške operacije. Kemiki v zadnjih letih veliko uporabljajo plazmo. Ugotovili so, da se hitrost in učinkovitost mnogih kemijskih reakcij močno povečata v plazemskem curku. Na primer, z vnosom metana v curek vodikove plazme ga lahko pretvorimo v zelo dragocen acetilen. Ali pa oljne hlape uredite v številne organske spojine - etilen, propilen in druge, ki kasneje služijo kot pomembna surovina za proizvodnjo različnih polimernih materialov.

Shema generatorja plazme - plazemski gorilnik

plazemski curek;

obločna razelektritev;

Plinski "spin" kanali;

Ognjevarna kovinska katoda;

plazemski plin;

Držalo za elektrode;

izpustna komora;

elektromagnet;

Bakrena anoda.

Kako ustvariti plazmo? V ta namen služi plazemski gorilnik ali plazemski generator.

Če kovinske elektrode postavite v posodo s plinom in nanje napeljete visoko napetost, pride do električne razelektritve. V plinu so vedno prosti elektroni. Pod delovanjem električnega toka se pospešijo in ob trčenju z atomi nevtralnega plina iz njih izbijejo elektrone in tvorijo električno nabite delce - ione, tj. ionizirajo atome. Sproščene elektrone prav tako pospeši električno polje in ionizirajo nove atome, kar dodatno poveča število prostih elektronov in ionov. Proces se razvija kot plaz, atomi snovi se zelo hitro ionizirajo in snov se spremeni v plazmo.

Ta proces poteka v obločnem plazemskem gorilniku. V njem se ustvari visoka napetost med katodo in anodo, ki je lahko na primer kovina, ki jo je treba obdelati s plazmo. V prostoru izpustne komore se snov, ki tvori plazmo, najpogosteje dovaja s plinom - zrakom, dušikom, argonom, vodikom, metanom, kisikom itd. Pod delovanjem visoke napetosti pride do razelektritve v plinu in med katodo in anodo nastane plazemski lok. Da bi se izognili pregrevanju sten izpustne komore, jih ohladimo z vodo. Naprave te vrste se imenujejo plazemski gorilniki z zunanjim plazemskim oblokom. Uporabljajo se za rezanje, varjenje, taljenje kovin itd.

Plazemski gorilnik za ustvarjanje plazemskega curka je urejen nekoliko drugače. Plin, ki tvori plazmo, se z visoko hitrostjo vpihuje skozi sistem spiralnih kanalov in se "vžge" v prostoru med katodo in stenami razelektritvene komore, ki so anoda. Plazma, ki se zaradi spiralnih kanalov vrtinči v gost curek, se izloči iz šobe, njena hitrost pa lahko doseže od 1 do 10.000 m/s. Magnetno polje, ki ga ustvari induktor, pomaga "stisniti" plazmo iz sten komore in narediti njen curek gostejši. Temperatura plazemskega curka na izstopu iz šobe je od 3000 do 25000 K.

Poglejte še enkrat to risbo. Vas spominja na kaj znanega?

Seveda gre za reaktivni motor. Potisna sila v reaktivnem motorju nastane zaradi curka vročih plinov, ki se z veliko hitrostjo izvržejo iz šobe. Večja kot je hitrost, večja je vlečna sila. Kaj je narobe s plazmo? Hitrost curka je povsem primerna - do 10 km / s. In s pomočjo posebnih električnih polj se lahko plazma še pospeši - do 100 km / s. To je približno 100-krat večja od hitrosti plinov v obstoječih reaktivnih motorjih. To pomeni, da je lahko potisk plazemskih ali električnih reaktivnih motorjev večji, poraba goriva pa se lahko bistveno zmanjša. Prve vzorce plazemskih motorjev so že preizkusili v vesolju.

Poglavje 3. Prenos moči

.1 Električni vodi

Električna energija je primerljiva z vsemi vrstami energije, saj se njeni močni tokovi lahko skoraj v trenutku prenesejo na tisoče kilometrov. »Kanali« energetskih rek so daljnovodi (DV) – glavne povezave energetskih sistemov.

Trenutno se gradita dve vrsti daljnovodov: nadzemni, ki vodijo tok po žicah nad zemljo, in podzemni, ki prenašajo tok po napajalnih kablih, običajno položenih v jarkih pod zemljo.

Električni daljnovodi so sestavljeni iz nosilcev - betonskih ali kovinskih, na ramena katerih so pritrjeni venci iz porcelana ali steklenih izolatorjev. Med nosilci, ki so obešeni na izolatorje, so napete bakrene, aluminijaste ali jekleno-aluminijeve žice. Prenosni stolpi hodijo skozi puščave in tajgo, se vzpenjajo visoko v gore, prečkajo reke in gorske soteske.

Zrak služi kot izolator med žicami. Zato večja kot je napetost, večja mora biti razdalja med žicami. Daljnovodi potekajo tudi po poljih, ob naseljih. Zato morajo biti žice obešene na višini, ki je varna za ljudi. Lastnosti zraka kot izolatorja so odvisne od podnebja in vremenskih razmer. Graditelji daljnovodov morajo upoštevati moč prevladujočih vetrov, razlike v poletnih in zimskih temperaturah in še marsikaj. Zato gradnja vsakega novega daljnovoda zahteva resno delo iskalcev najboljše trase, znanstvene raziskave, modeliranje, najzahtevnejše inženirske izračune in celo visoko usposobljenost graditeljev.

V načrtu GOERLO je bilo predvideno sočasno ustvarjanje močnih elektrarn in električnih omrežij. Pri prenosu električne energije po žicah na daljavo so izgube energije neizogibne, saj jih električni tok pri prehodu skozi žice segreje. Zato je nedonosno prenašati nizkonapetostni tok, 127 - 220 V, ko vstopi v naša stanovanja, na razdalji več kot 2 km. Da bi zmanjšali izgube v žicah, se napetost električnega toka, preden se napaja na linijo, poveča na električnih transformatorskih postajah. S povečanjem moči elektrarn, širjenjem ozemlja, ki ga pokriva elektrifikacija, se napetost izmeničnega toka na daljnovodih zaporedno poveča na 220, 380, 500 in 750 kV. Za povezavo elektroenergetskih sistemov Sibirije, Severnega Kazahstana in Urala je bil zgrajen daljnovod z napetostjo 1150 kV. Takšnih vodov ni v nobeni državi na svetu: višina nosilcev je do 45 m (višina 15-nadstropne stavbe), razdalja med žicami vsake od treh faz je 23 m.

Vendar so žice pod visoko napetostjo nevarne za življenje in jih ni mogoče napeljati do hiš, tovarn in obratov. Zato se pred prenosom električne energije do potrošnika visokonapetostni tok zmanjša na padajočih transformatorskih postajah.

Shema prenosa izmeničnega toka je naslednja. Nizkonapetostni tok, ki ga ustvari generator, se napaja v transformatorju transformatorske postaje, se v njem pretvori v visokonapetostni tok, nato pa po daljnovodu gre do mesta porabe energije, kjer ga transformator pretvori v nizkonapetostni tok, po katerem gre do potrošnikov.

Naša država je prednica druge vrste daljnovodov - enosmernih vodov. Bolj donosno je prenašati enosmerni tok po električnih vodih kot izmenični tok, saj če dolžina voda presega 1,5-2 tisoč km, bo izguba električne energije med prenosom enosmernega toka manjša. Pred uvedbo toka v potrošniške domove, se ponovno pretvori v izmenični.

Da bi v mesta uvedli visokonapetostni tok in ga razdelili na električne transformatorske postaje, so kabelski daljnovodi položeni pod zemljo. Strokovnjaki verjamejo, da se bodo nadzemni daljnovodi v prihodnosti praviloma umaknili kabelskim. Nadzemni vodi imajo pomanjkljivost: okrog visokonapetostnih žic se ustvari električno polje, ki presega zemeljsko magnetno polje. In to negativno vpliva na človeško telo. To lahko predstavlja še večjo nevarnost v prihodnosti, ko se bosta napetost in tok, ki se prenašata po daljnovodih, še povečala. Da bi se izognili nezaželenim posledicam, je treba že zdaj ustvariti »odvozne pasove« okoli daljnovodov, kjer je prepovedano karkoli graditi.

Preizkušen je bil kabelski vod, ki simulira prihodnje superprevodne daljnovode. Znotraj kovinske cevi, prekrite z več plastmi najbolj popolne toplotne izolacije, je položeno bakreno jedro, sestavljeno iz številnih prevodnikov, od katerih je vsak prekrit s filmom iz niobija. V notranjosti cevi se vzdržuje pravi vesoljski mraz - temperatura 4,2 K. Pri tej temperaturi ni izgub električne energije zaradi upora.

Za prenos električne energije so znanstveniki razvili plinovode (GIL). GIL je kovinska cev, napolnjena s plinom - žveplovim heksafluoridom. Ta plin je odličen izolator. Izračuni kažejo, da se lahko s povečanim tlakom plina električni tok z napetostjo do 500 kV prenaša skozi žice, položene znotraj cevi.

Kabelski daljnovodi, položeni pod zemljo, bodo prihranili na stotine tisoče hektarjev dragocene zemlje, zlasti v velikih mestih.

Kot smo že povedali, je takšen prenos električne energije povezan z opaznimi izgubami. Dejstvo je, da električni tok segreva žice daljnovodov. V skladu z zakonom Joule-Lenz je energija, porabljena za ogrevanje žic linije, določena s formulo

V=jaz 2Rt

kjer je R linijski upor. Pri zelo dolgih linijah lahko prenos električne energije postane neekonomičen. Praktično je zelo težko občutno zmanjšati upornost kabla. Zato je potrebno zmanjšati jakost toka.

Ker je trenutna moč sorazmerna zmnožku jakosti toka in napetosti, je za ohranitev prenesene moči potrebno povečati napetost v daljnovodu. Poleg tega, daljši kot je daljnovod, bolj donosna je uporaba višje napetosti. Tako se v visokonapetostnem daljnovodu Volzhskaya HPP - Moskva uporablja napetost 500 kV. Medtem so generatorji izmeničnega toka zgrajeni za napetosti, ki ne presegajo 16-20 kV. Višja napetost bi zahtevala zapletene posebne ukrepe za izolacijo navitij in drugih delov generatorjev.

Zato so v velikih elektrarnah nameščeni povečevalni transformatorji. Transformator toliko poveča napetost v liniji, kolikor zmanjša tok.

Za neposredno uporabo električne energije v motorjih elektromotorjev obdelovalnih strojev, v omrežju razsvetljave in za druge namene je treba napetost na koncih voda zmanjšati. To se doseže z uporabo padajočih transformatorjev.

Običajno zmanjšanje napetosti in s tem povečanje jakosti toka poteka v več fazah. Na vsaki stopnji je napetost manjša, območje pokrivanja električnega omrežja pa vse večje (slika 4).

Pri zelo visoki napetosti med žicami se začne koronska razelektritev, ki povzroči izgube energije. Dovoljena amplituda izmenične napetosti mora biti takšna, da je za določeno površino prečnega prereza žice izguba energije zaradi koronske razelektritve zanemarljiva.

Elektrarne v številnih regijah države so povezane z visokonapetostnimi daljnovodi, ki tvorijo skupno električno omrežje, na katerega so priključeni potrošniki. Takšna kombinacija, imenovana elektroenergetski sistem, omogoča izravnavo "vrhunskih" obremenitev porabe energije v jutranjih in večernih urah. Elektroenergetski sistem zagotavlja nemoteno napajanje odjemalcev ne glede na njihovo lokacijo. Zdaj je skoraj celotno ozemlje države oskrbovano z električno energijo preko integriranih energetskih sistemov.

Izguba 1% električne energije na dan za našo državo prinese izgubo v višini približno pol milijona rubljev.

3.2 Transformator

Izmenični tok je v primerjavi z enosmernim tokom v tem, da je razmeroma enostavno spremeniti njegovo jakost. Naprave, ki pretvarjajo izmenični tok ene napetosti v izmenični tok druge napetosti, se imenujejo električni transformatorji (iz latinske besede "transformo" - "preoblikoval bom"). Transformator je leta 1876 izumil ruski elektrotehnik P. N. Yablochkin.

Transformator je sestavljen iz več tuljav (navitij), navitih na okvir z izolirano žico, ki so nameščeni na jedru iz tankih plošč iz posebnega jekla.

Izmenični električni tok, ki teče skozi eno od navitij, imenovano primarno, ustvari okoli njega in v jedru izmenično magnetno polje, ki prečka zavoje drugega - sekundarnega - navitja transformatorja in v njem vzbuja izmenično elektromotorno silo. Dovolj je, da na sponke sekundarnega navitja priključite žarnico z žarilno nitko, saj bo v nastalem zaprtem krogu tekel izmenični tok. Tako se električna energija prenaša iz enega navitja transformatorja v drugega brez njihove neposredne povezave, le zaradi povezovalnega navitja izmeničnega magnetnega polja.

Če imata obe navitji različno število ovojev, bo v sekundarnem navitju inducirana enaka napetost kot v primarnem. Na primer, če se na primarno navitje transformatorja napaja izmenični tok 220 V, se bo v sekundarnem navitju pojavil tok 220 V. Če so navitja različna, napetost v sekundarnem navitju ne bo enaka na napetost, ki se dovaja v primarno navitje. V stopenjskem transformatorju, tj. v transformatorju, ki poveča napetost električnega toka, vsebuje sekundarno navitje več ovojev kot primarno, zato je napetost na njem večja kot na primarnem. Nasprotno, v padajočem transformatorju sekundarno navitje vsebuje manj obratov kot primarno, zato je napetost na njem manjša.

Transformatorji se pogosto uporabljajo v industriji in vsakdanjem življenju. Močnostni električni transformatorji omogočajo prenos izmeničnega toka po daljnovodih na velike razdalje z majhnimi izgubami energije. Da bi to naredili, se napetost izmeničnega toka, ki ga ustvarijo generatorji elektrarne, poveča s pomočjo transformatorjev na napetost nekaj sto tisoč voltov in se pošlje skozi daljnovode v različnih smereh. Na mestu porabe energije, na razdalji več kilometrov od elektrarne, to napetost znižujejo transformatorji.

Močnostni transformatorji se med delovanjem zelo segrejejo. Za zmanjšanje segrevanja jedra in navitij so transformatorji nameščeni v posebne rezervoarje z mineralnim oljem. Električni transformator, opremljen s takšnim hladilnim sistemom, ima zelo impresivne dimenzije: njegova višina doseže nekaj metrov, njegova teža pa na stotine ton. Poleg takih transformatorjev obstajajo tudi pritlikavi transformatorji, ki delujejo v radiu, televiziji, magnetofonih in telefonih. S pomočjo takšnih transformatorjev se pridobi več napetosti, ki napajajo različna vezja naprave, prenašajo signale iz enega električnega tokokroga v drugega, od kaskade do kaskade in ločujejo električna vezja.

Kot smo že povedali, je transformator sestavljen iz zaprtega jeklenega jedra, na katerega sta nameščeni dve (včasih več) tuljavi z žičnimi navitji (slika 5). Eno od navitij, imenovano primarno, je priključeno na vir izmenične napetosti. Drugo navitje, na katerega je priključena "obremenitev", tj. naprave in naprave, ki porabljajo električno energijo, se imenuje sekundarna. Diagram naprave transformatorja z dvema navitjema je prikazan na sliki 6.

Delovanje transformatorja temelji na pojavu elektromagnetne indukcije. Ko izmenični tok teče skozi primarno navitje, se v jedru pojavi izmenični magnetni tok, ki vzbudi indukcijsko EMF v vsakem navitju. Jedro iz transformatorskega jekla koncentrira magnetno polje, tako da magnetni tok obstaja praktično samo znotraj jedra in je enak v vseh njegovih delih.

Trenutna vrednost indukcijske emf e v katerem koli obratu primarnega ali sekundarnega navitja je enaka. Po Faradayevem zakonu je določena s formulo

e \u003d - F,

kjer je F odvod toka magnetne indukcije glede na čas. Če

F=F m cos wt, torej

Posledično

e = wФ m greh wt,

e = E m greh wt,

kjer E m = wФ m - Amplituda EMF v enem obratu.

Če je na konce sekundarnega navitja priključen tokokrog, ki porablja električno energijo, ali, kot pravijo, obremenjen transformator, potem tok v sekundarnem navitju ne bo več enak nič. Nastali tok naj bi po Lenzovem pravilu zmanjšal spremembe magnetnega polja v jedru.

Toda zmanjšanje amplitude nihanj nastalega magnetnega toka bi moralo posledično zmanjšati indukcijsko EMF v primarnem navitju. Vendar je to nemogoče, saj po u 1~e 1. torej, ko je tokokrog sekundarnega navitja zaprt, se tok v primarnem navitju samodejno poveča. Njegova amplituda se poveča tako, da se obnovi prejšnja vrednost amplitude nihanja nastalega magnetnega pretoka.

Povečanje jakosti toka v tokokrogu primarnega navitja se pojavi v skladu z zakonom o ohranjanju energije: vrnitev električne energije v tokokrog, priključen na sekundarno navitje transformatorja, spremlja poraba iste energije iz omrežja z primarno navitje. Moč v primarnem krogu pri obremenitvi transformatorja blizu nominalne je približno enaka moči v sekundarnem krogu: U 1jaz 1~ U 2jaz 2.

To pomeni, da z večkratnim povečanjem napetosti s pomočjo transformatorja za toliko zmanjšamo tok (in obratno).

V sodobnih transformatorjih visoke moči skupne izgube energije ne presegajo 2-3%.

Da bi bil prenos električne energije ekonomsko donosen, je potrebno, da so toplotne izgube žic čim manjše. To se doseže z dejstvom, da se prenos električne energije na velike razdalje izvaja pri visoki napetosti. Dejstvo je, da se lahko s povečanjem napetosti ista energija prenese pri nižji jakosti toka, kar vodi do zmanjšanja segrevanja žic in posledično zmanjšanja izgub energije. V praksi se pri prenosu energije uporabljajo napetosti 110, 220, 380, 500, 750 in 1150 kV. Daljši kot je daljnovod, višja je napetost, ki se v njem uporablja.

Alternatorji dajejo napetost nekaj kilovoltov. Prestrukturiranje generatorjev za višje napetosti je težavno - v teh primerih bi bila potrebna posebej visoka kakovost izolacije vseh delov generatorja pod tokom. Zato je pri prenosu energije na dolge razdalje potrebno povečati napetost z uporabo transformatorjev, nameščenih na podpornih postajah.

Shema delovanja električnih postaj: stopenjska, pretvorna (vlečna), stopnička.

Transformirana visoka napetost se preko daljnovodov prenaša do mesta odjema. Toda potrošnik ne potrebuje visoke napetosti. Treba ga je znižati. To se doseže pri padajočih transformatorskih postajah.

Nizke razdelilne postaje so razdeljene na okrožne, glavne padajoče in lokalne razdelilne postaje. Območni oddelki prejemajo električno energijo neposredno iz visokonapetostnih daljnovodov, znižajo napetost in jo prenesejo v glavne razdelilne postaje, kjer napetost pade na 6,10 ali 35 kV. Iz glavnih razdelilnih postaj se električna energija napaja v lokalne, kjer napetost pade na 500, 380, 220 V in se razdeli v industrijska podjetja in stanovanjske zgradbe.

Včasih je za stopenjsko postajo tudi pretvorniška postaja, kjer se izmenični električni tok pretvarja v enosmerni. Tu poteka popravljanje. Enosmerni tok se prenaša po električnih vodih na velike razdalje. Na koncu proge na isti transformatorski postaji se ponovno pretvori (invertira) v izmenični tok, ki se napaja v glavne padajoče transformatorske postaje. Za oskrbo elektrificiranih vozil in industrijskih naprav z enosmernim tokom so pretvorniške postaje (v prometu se imenujejo vlečne) zgrajene poleg glavnih padajočih in lokalnih transformatorskih postaj.

transformatorski generator električnega toka

4. poglavje

.1 Proizvodnja jekla v električnih pečeh

Električna peč je naprava, v kateri se toplota, pridobljena s pretvorbo električne energije v toplotno energijo, prenaša na staljeno snov. Glede na način pretvorbe električne energije v toplotno energijo delimo električne peči v naslednje skupine:

) oblok, pri katerem se električna energija v obloku pretvarja v toploto;

) uporovne peči, pri katerih nastaja toplota v posebnih elementih ali surovinah zaradi prehoda električnega toka skozi njih;

) kombinirane, ki delujejo hkrati kot obločne peči in kot uporovne peči (rudno-termične peči);

) indukcija, pri kateri se kovina segreva z vrtinčnimi tokovi, ki jih vzbuja elektromagnetna indukcija;

) elektronski žarek, pri katerem se s pomočjo električnega toka v vakuumu ustvari strogo usmerjen tok elektronov, ki bombardirajo in talijo izhodne snovi;

) plazma, v kateri se segrevanje in taljenje kovin izvaja z nizkotemperaturno plazmo.

V električni peči je mogoče pridobiti legirano jeklo z nizko vsebnostjo žvepla in fosforja, nekovinskih vključkov, medtem ko je izguba legirnih elementov veliko manjša. V procesu električnega taljenja je mogoče natančno nadzorovati temperaturo kovine in njeno sestavo, taliti zlitine skoraj katere koli sestave.

Električne peči imajo pomembne prednosti pred drugimi enotami za taljenje jekla, zato se visokolegirane orodne zlitine, nerjavni kroglični ležaji, toplotno odporni in toplotno odporni ter številna konstrukcijska jekla talijo samo v teh pečeh. Zmogljive električne peči se uspešno uporabljajo za proizvodnjo nizkolegiranih in visokoogljičnih jekel z odprtim ognjiščem. Poleg tega se v električnih pečeh pridobivajo različne ferozlitine, ki so železove zlitine z elementi, ki jih je treba odstraniti v jeklo za legiranje in dezoksidacijo.

Naprava elektroobločnih peči.

Prva elektroobločna peč v Rusiji je bila postavljena leta 1910 v obratu Obukhov. V letih petletnih načrtov je bilo zgrajenih na stotine različnih peči. Zmogljivost največje peči v ZSSR je 200 ton Peč je sestavljena iz cilindričnega železnega ohišja s sferičnim dnom. V notranjosti ohišja je ognjevzdržna obloga. Talilni prostor peči je zaprt z odstranljivim obokom.

Peč ima delovno okno in izpust z odvodno žlebo. Peč se napaja s trifaznim izmeničnim tokom. Segrevanje in taljenje kovine poteka z močnimi električnimi obloki, ki gorijo med koncema treh elektrod in kovino v peči. Peč sloni na dveh nosilnih sektorjih, ki se kotalita čez okvir. Nagib peči proti izhodu in delovnemu oknu se izvede z uporabo mehanizma z zobato letvijo. Pred polnjenjem peči se lok, obešen na verigah, dvigne do portala, nato se portal z lokom in elektrodami obrne proti odtočnemu žlebu in peč napolni z vedrom.

Mehanska oprema obločne peči.

Lupina peči mora prenesti obremenitev mase ognjevzdržnih materialov in kovine. Izdelan je varjen iz železne pločevine debeline 16-50 mm, odvisno od velikosti peči. Oblika plašča določa profil delovnega prostora elektroobločne peči. Najpogostejši trenutno je stožčasto ohišje. Spodnji del ohišja ima obliko valja, zgornji del je stožčaste oblike z razširitvijo navzgor. Takšna oblika ohišja olajša polnjenje peči z ognjevarnim materialom, nagnjene stene povečajo vzdržljivost zidu, saj je bolj oddaljen od električnih oblokov. Uporabljajo se tudi cilindrična ohišja z vodno hlajenimi ploščami. Za ohranitev pravilne cilindrične oblike je ohišje ojačano z ojačitvami in obroči. Dno ohišja je običajno okroglo, kar zagotavlja največjo trdnost ohišja in najmanjšo maso zidu. Dno je iz nemagnetnega jekla za vgradnjo pod peč elektromagnetne mešalne naprave.

Od zgoraj je peč zaprta z obokom. Obok je izdelan iz ognjevarne opeke v kovinskem vodno hlajenem oboku, ki vzdrži porušitvene sile obokanega kroglastega oboka. V zidaku oboka so ostale tri luknje za elektrode. Premer lukenj je večji od premera elektrode, zato med taljenjem v režo rinejo vroči plini, ki uničijo elektrodo in odnašajo toploto iz peči. Da bi to preprečili, so na oboku nameščeni hladilniki ali ekonomizatorji, ki služijo tesnjenju elektrodnih lukenj in hlajenju zidu oboka. Plinski dinamični ekonomizatorji zagotavljajo tesnjenje z zračno zaveso okoli elektrode. Streha ima tudi odprtino za sesanje prašnih plinov in odprtino za kisikovo cev.

Obstaja nakladalno okno, uokvirjeno z litim okvirjem, za nalaganje polnila v peč z majhno prostornino in nalaganje zlitin in talil v velike peči za nalaganje žlindre, pregled, polnjenje in popravilo peči. Na okvirju so pritrjena vodila, po katerih drsi blažilnik. Loputa je obložena z ognjevarno opeko. Za dvig lopute se uporablja pnevmatski, hidravlični ali elektromehanski pogon.

Na nasprotni strani ohišja je okno za izpust jekla iz peči. Na okno je privarjen odtočni žleb. Luknja za izpust jekla je lahko okrogla s premerom 120-150 mm ali kvadratna 150 x 250 mm. Odtočni žleb ima koritasti del in je privarjen na ohišje pod kotom 10-12° glede na vodoravno površino. Z notranje strani je žleb obložen s šamotno opeko, njegova dolžina je 1-2 m.

Nosilci elektrod se uporabljajo za dovajanje toka na elektrode in za vpenjanje elektrod. Glave nosilcev elektrod so izdelane iz brona ali jekla in hlajene z vodo, saj se močno segrejejo tako s toploto iz peči kot s kontaktnimi tokovi. Držalo elektrode mora tesno vpeti elektrodo in imeti majhen kontaktni upor. Najpogostejši trenutno je vzmetno-pnevmatski nosilec elektrod. Vpetje elektrode se izvede s pomočjo fiksnega obroča in vpenjalne plošče, ki jo vzmet pritisne na elektrodo. Stiskanje plošče iz elektrode in stiskanje vzmeti poteka s pomočjo stisnjenega zraka. Držalo elektrod je nameščeno na kovinskem tulcu - konzoli, ki je pritrjena s premičnim stojalom v obliki črke L v eno togo strukturo. Stojalo se lahko premika navzgor ali navzdol znotraj fiksnega stojala. Trije fiksni regali so togo povezani v eno skupno konstrukcijo, ki leži na ploščadi nosilca peči.

Gibanje mobilnih teleskopskih regalov poteka bodisi s pomočjo sistema kablov in protiuteži, ki jih poganjajo elektromotorji, bodisi s pomočjo hidravličnih naprav. Mehanizmi za premikanje elektrod morajo zagotoviti hiter dvig elektrod v primeru kolapsa naboja med postopkom taljenja, pa tudi nemoteno spuščanje elektrod, da preprečijo, da bi se pogreznile v kovino ali zadele nestaljene kose napolniti. Hitrost dviganja elektrode je 2,5-6,0 m/min, hitrost spuščanja 1,0-2,0 m/min.

Nagibni mehanizem peči mora gladko nagniti peč proti izhodu pod kotom 40-45 ° za sprostitev jekla in pod kotom 10-15 stopinj proti delovnemu oknu za spust žlindre. Podloga ali zibelka, na katero je nameščeno telo, sloni na dveh do štirih nosilnih sektorjih, ki se kotalijo po vodoravnih vodilih. V sektorjih so luknje, v vodilih pa zobci, s pomočjo katerih je preprečeno zdrs sektorjev pri nagibu pečice. Nagib peči se izvaja z zobniškim in zobniškim mehanizmom ali na hidravlični pogon. Dva cilindra sta pritrjena na fiksnih nosilcih temelja, palice pa so vrtljivo povezane z nosilnimi sektorji zibelke peči.

Obstajata dve vrsti sistema polnjenja peči: skozi polnilno okno s polnilnim strojem za polnjenje in skozi vrh z uporabo žlice. Polnjenje skozi okno se uporablja samo pri majhnih pečeh. Pri polnjenju peči od zgoraj v enem ali dveh korakih v 5 minutah se obloga manj ohladi, čas taljenja se skrajša; poraba električne energije se zmanjša; učinkovitejša izraba prostornine peči. Za polnjenje peči se streha dvigne za 150-200 mm nad ohišje peči in se skupaj z elektrodami obrne na stran, tako da se delovni prostor peči popolnoma odpre za vnos vedra s polnjenjem. Lok peči je obešen na okvir. Povezan je s fiksnimi regali nosilcev elektrod v eno togo strukturo, ki sloni na vrtljivi konzoli, ki je nameščena na nosilnem ležaju. Velike peči imajo rotacijski stolp, v katerem so koncentrirani vsi mehanizmi oboka. Stolp se vrti okoli tečaja na valjih vzdolž lokaste tirnice.

Žlica je jekleni valj, katerega premer je manjši od premera delovnega prostora peči. Na dnu cilindra so premični gibljivi sektorji, katerih konci so s kablom potegnjeni skupaj skozi obroče. Tehtanje in nakladanje polnila se izvaja na polnilnici elektro jeklarne. Vedro na vozičku dovajamo v delavnico, ga dvignemo z žerjavom in spustimo v peč.

S pomočjo pomožnega dviganja žerjava se kabel izvleče iz ušes sektorjev in ko se dvignejo vedra sektorja, se odprejo in polnjenje pade v peč v vrstnem redu, v katerem je bilo postavljeno v vedru. Pri uporabi metaliziranih peletov kot polnila se lahko polnjenje izvaja neprekinjeno skozi cevovod, ki prehaja v odprtino v strehi peči. Med taljenjem elektrode v naboj izrežejo tri jamice, na dnu katerih se nabira tekoča kovina. Za pospešitev taljenja so peči opremljene z rotacijsko napravo, ki vrti telo v eno smer in drugo za kot 80 °. Hkrati je v mešanici že prerezanih devet vdolbinic skozi elektrode. Za vrtenje ohišja se lok dvigne, elektrode se dvignejo nad nivo naboja, ohišje pa se zavrti s pomočjo obročastega zobnika, pritrjenega na ohišje in zobnike. Telo peči sloni na valjih.

Čiščenje izpušnih plinov.

Sodobne velike obločne peči za taljenje jekla med delovanjem oddajajo v ozračje veliko količino prašnih plinov. K temu dodatno prispeva uporaba kisika in praškastih materialov.

Vsebnost prahu v plinih elektroobločnih peči doseže 10 g/m^3 in znatno presega normo. Za lovljenje prahu se iz delovnega prostora peči izsesavajo plini z močnim ventilatorjem. Da bi to naredili, je v strehi peči narejena četrta luknja s cevjo za odvod plina. Odcepna cev skozi režo, ki vam omogoča nagibanje ali vrtenje peči, se približa stacionarnemu cevovodu. Med potjo se plini razredčijo z zrakom, potrebnim za naknadno zgorevanje CO. Plini se nato ohladijo z vodnimi curki v izmenjevalniku toplote in se pošljejo v sistem venturi cevi, kjer se zaradi vlaženja zadrži prah. Uporabljajo se tudi tkaninski filtri, dezintegratorji in elektrostatični filtri. Uporabljajo se sistemi za čiščenje plinov, vključno s celotno elektrojeklarno, z vgradnjo odvodnih nap pod streho trgovine nad elektropečmi.

Obloga peči.

Večina obločnih peči ima glavno oblogo iz materialov na osnovi MgO. Obloga peči ustvarja kopel za kovino in igra vlogo toplotnoizolacijskega sloja, ki zmanjšuje toplotne izgube. Glavni deli obloge so kurišče peči, stene, lok. Temperatura v območju električnih lokov doseže več tisoč stopinj. Čeprav je obloga električne peči ločena od lokov, mora še vedno vzdržati temperature do 1700°C. V zvezi s tem morajo materiali, uporabljeni za obloge, imeti visoko ognjevzdržnost, mehansko trdnost, toplotno in kemično odpornost. Kurišče peči za taljenje jekla se nabira v naslednjem vrstnem redu. Na jekleno ohišje je položena azbestna pločevina, na azbestni sloj šamotni prah, dve plasti šamotne opeke in glavni sloj magnezitne opeke. Na ognjišču iz magnezitne opeke je delovna plast magnezitnega prahu polnjena s smolo in smolo - produkt rafinacije nafte. Debelina tiskanega sloja je 200 mm. Skupna debelina kurišča je približno enaka globini kopeli in lahko pri velikih pečeh doseže 1 m. Stene peči so postavljene po ustreznem polaganju azbestnih in šamotnih opek iz velikih nežganih magnezitno-kromitnih opek dolžine do 430 mm. Zidne zidove lahko izdelamo iz opeke v železnih kasetah, ki zagotavljajo varjenje opeke v en monolitni blok. Odpornost sten doseže 100-150 toplot. Trajnost kurišča je eno do dve leti. Obloga strehe peči deluje v težkih pogojih. Prenaša visoke toplotne obremenitve zaradi gorečih oblokov in toplote, ki jo odbija žlindra. Oboki velikih peči so izdelani iz magnezitno-kromitnih opek. Pri tipkanju oboka se uporabljajo običajne in oblikovane opeke. V prerezu ima obok obliko loka, ki zagotavlja tesno oprijem opek med seboj. Trdnost oboka je 50 - 100 toplot. Odvisno je od električnega načina taljenja, od časa bivanja tekoče kovine v peči, sestave jekla in žlindre, ki se tali. Trenutno se pogosto uporabljajo vodno hlajeni oboki in stenske plošče. Ti elementi olajšajo servis obloge.

Tok se dovaja v talilni prostor peči preko elektrod, sestavljenih iz odsekov, od katerih je vsaka okrogla gredica s premerom od 100 do 610 mm in dolžino do 1500 mm. V majhnih električnih pečeh se uporabljajo ogljikove elektrode, v velikih pa grafitizirane. Grafitne elektrode so izdelane iz ogljikovih materialov z nizko vsebnostjo pepela: naftni koks, katran, smola. Elektrodno maso premešamo in stisnemo, nato pa surovi obdelovanec žgemo v plinskih pečeh pri 1300 stopinjah in podvržemo dodatnemu grafitizirajočemu žganju pri temperaturi 2600 - 2800 stopinj v elektrouporovnih pečeh. Med delovanjem, zaradi oksidacije s pečnimi plini in brizganjem med oblokom, elektrode izgorijo.

Ko se elektroda skrajša, se spusti v peč. V tem primeru se držalo elektrode približa loku. Pride točka, ko elektroda postane tako kratka, da ne more vzdržati obloka in jo je treba podaljšati. Za vgradnjo elektrod so na koncih odsekov narejene navojne luknje, v katere je privit adapter-nastavek, s pomočjo katerega so povezani posamezni odseki. Poraba elektrod je 5-9 kg na tono staljenega jekla.

Električni oblok je ena od vrst električne razelektritve, pri kateri tok teče skozi ionizirane pline, kovinske hlape. Ko se elektrodi za kratek čas približata druga drugi, pride do kratkega stika.

Teče velik tok. Konci elektrod se segrejejo do bele barve. Ko se elektrodi odmakneta, med njima nastane električni oblok. Iz vroče katode pride do termoelektronske emisije elektronov, ki se v smeri proti anodi zaletijo v nevtralne molekule plina in jih ionizirajo. Negativni ioni gredo na anodo, pozitivni na katodo. Prostor med anodo in katodo postane ioniziran in prevoden. Bombardiranje anode z elektroni in ioni povzroči njeno močno segrevanje. Temperatura anode lahko doseže 4000 stopinj. Oblok lahko gori na enosmerni in izmenični tok. Elektroobločne peči delujejo na izmenični tok. Pred kratkim so v Nemčiji zgradili enosmerno elektroobločno peč.

V prvi polovici obdobja, ko je elektroda katoda, oblok gori. Ko se polarnost obrne, ko naboj - kovina postane katoda, oblok ugasne, saj v začetnem obdobju taljenja kovina še ni segreta in njena temperatura ni zadostna za emisijo elektronov. Zato v začetnem obdobju taljenja lok gori nemirno, občasno. Ko je kopel prekrita s plastjo žlindre, se lok stabilizira in gori bolj enakomerno.

Električna oprema.

Elektrode služijo za dovod toka v delovni prostor peči in nastanek električnega obloka. Elektrode so lahko ogljikove in grafitne. Pri izdelavi električnega jekla se uporabljajo predvsem grafitne elektrode. Ogljikove elektrode se običajno uporabljajo v majhnih pečeh.

Električna oprema obločnih peči vključuje opremo glavnega tokokroga, krmilno in merilno, zaščitno in signalno opremo, pa tudi avtomatski regulator mehanizma za premikanje elektrod, električne pogone mehanizmov peči in elektromagnetno mešalno napravo za kovine.

Delovna napetost elektroobločnih peči je 100 - 800 V, jakost toka pa se meri v desettisočih amperov. Moč ločene instalacije lahko doseže 50 - 140 MVA*A. Podpostaja elektroobločne peči se napaja z napetostjo do 110 kV. Primarna navitja transformatorjev peči se napajajo z visoko napetostjo. Električna oprema obločne peči vključuje naslednje naprave:

Zračni ločilnik namenjen za odklop celotne elektropečne instalacije od visokonapetostnega voda med taljenjem. Odklopnik ni namenjen vklapljanju in izklapljanju toka, zato se lahko uporablja samo z dvignjenimi elektrodami in brez oblokov. Strukturno je odklopnik trifazno stikalo za sekanje.

Glavni odklopnik se uporablja za odklop pod obremenitvijo električnega tokokroga, skozi katerega teče visokonapetostni tok. Če naboj ni tesno zapakiran v peči na začetku taljenja, ko je naboj še hladen, obloki gorijo neenakomerno, naboj se sesede in pride do kratkih stikov med elektrodama. V tem primeru se moč toka močno poveča. To vodi do velikih preobremenitev transformatorja, ki lahko odpove. Ko tok preseže nastavljeno mejo, stikalo samodejno izklopi inštalacijo, za kar obstaja rele maksimalnega toka.

Za pretvorbo visoke napetosti v nizko napetost (od 6-10 kV do 100-800 V) je potreben transformator peči. Visokonapetostna in nizkonapetostna navitja ter magnetna vezja, na katerih so nameščena, se nahajajo v rezervoarju z oljem, ki služi za hlajenje navitij. Hlajenje se ustvari s prisilnim črpanjem olja iz ohišja transformatorja v rezervoar toplotnega izmenjevalnika, v katerem se olje hladi z vodo. Transformator je nameščen poleg električne peči v posebnem prostoru. Ima napravo, ki vam omogoča stopenjsko preklapljanje navitij in s tem postopno uravnavanje napetosti, ki se dovaja v peč. Tako ima na primer transformator za 200-tonsko domačo peč z zmogljivostjo 65 MVA * A 23 napetostnih korakov, ki se preklapljajo pod obremenitvijo, ne da bi izklopili peč.

Odsek električnega omrežja od transformatorja do elektrod se imenuje kratko omrežje. Napajalniki, ki prihajajo iz stene transformatorske postaje, s pomočjo gibkih vodno hlajenih kablov napajajo napetost do držala elektrode. Dolžina gibljivega odseka mora omogočati potreben nagib peči in izklop strehe za nalaganje. Gibki kabli so povezani z vodno hlajenimi bakrenimi zbiralkami, nameščenimi na rokavih nosilcev elektrod. Cevi so neposredno povezane z glavo držala elektrode, ki vpne elektrodo. Poleg navedenih glavnih vozlišč električnega omrežja vključuje različno merilno opremo, priključeno na tokovne vode prek tokovnih ali napetostnih transformatorjev, kot tudi avtomatske krmilne naprave za proces taljenja.

Avtomatska regulacija.

Med taljenjem je potrebno v elektroobločno peč dovajati različne količine energije. Napajanje lahko spremenite tako, da spremenite napetost ali obločni tok. Regulacija napetosti se izvaja s preklapljanjem navitij transformatorja. Jakost toka se nadzoruje s spreminjanjem razdalje med elektrodo in nabojem z dvigovanjem ali spuščanjem elektrod. V tem primeru se napetost obloka ne spremeni. Spuščanje ali dviganje elektrod poteka avtomatsko s pomočjo avtomatskih regulatorjev, nameščenih na vsaki fazi peči. V sodobnih pečeh je mogoče nastaviti vnaprej določen program električnega načina za celotno obdobje taljenja.

Naprava za elektromagnetno mešanje kovin.

Za mešanje kovin v velikih obločnih pečeh, za pospešitev in olajšanje tehnoloških operacij nalaganja žlindre je v škatli pod dnom peči nameščeno električno navitje, ki se hladi z vodo ali stisnjenim zrakom. Navitja statorja se napajajo iz dvofaznega generatorja z nizkofrekvenčnim tokom, ki ustvarja potujoče magnetno polje, ki zajame bazen tekoče kovine in povzroči, da se spodnje plasti kovine premikajo po dnu peči v smeri polje. Zgornje plasti kovine se skupaj z žlindro, ki meji nanjo, premikajo v nasprotni smeri. Tako je mogoče gibanje usmeriti bodisi proti delovnemu oknu, kar bo olajšalo izstop žlindre iz peči, bodisi proti odtočni odprtini, kar bo pripomoglo k enakomerni porazdelitvi legirnih in deoksidacijskih sredstev ter povprečenju kovine. sestava in njena temperatura. Ta metoda je bila nedavno omejena, saj se kovina aktivno meša z loki v težkih pečeh. Taljenje jekla v glavni elektroobločni peči.

Surovine.

Glavni material za električno taljenje so jekleni odpadki. Odpadki ne smejo biti močno oksidirani, saj prisotnost velike količine rje vnaša v jeklo znatno količino vodika. Odpadke je treba glede na kemično sestavo razvrstiti v ustrezne skupine. Glavna količina odpadkov, namenjenih za taljenje v električnih pečeh, mora biti kompaktna in težka. Pri majhni masi odpadkov se celoten delež za taljenje ne postavi v peč. Prekiniti moramo proces taljenja in naložiti naboj. To poveča trajanje taljenja, poveča porabo energije in zmanjša produktivnost električnih peči. V zadnjem času se v električnih pečeh uporabljajo metalizirani peleti, pridobljeni z metodo direktne redukcije. Prednost tovrstne surovine, ki vsebuje 85-93 % železa, je, da ni onesnažena z bakrom in drugimi nečistočami. Priporočljivo je, da uporabite pelete za taljenje konstrukcijskih legiranih jekel visoke trdnosti, električnih, krogličnih jekel.

Legirani odpadki nastajajo v elektrotalilnici jekla v obliki nepolnjenih ingotov, smrekov; v oddelku za luščenje v obliki oblancev, v valjarnicah v obliki obrezkov in ostankov itd.; poleg tega veliko legiranega odpadnega materiala prihaja iz strojnih obratov. Uporaba legiranih kovinskih odpadkov vam omogoča, da prihranite dragocene zlitine, povečate ekonomsko učinkovitost električnega taljenja. Mehko železo se posebej tali v odprtih pečeh in konverterjih in se uporablja za nadzor vsebnosti ogljika v procesu električnega taljenja.

4.2 Tipični sprejemniki električne energije

Potrošniki obravnavane skupine ustvarjajo enakomerno in simetrično obremenitev v vseh treh fazah. Obremenitveni udarci se pojavijo samo ob zagonu. Faktor moči je precej stabilen in ima običajno vrednost 0,8-0,85. Za električni pogon velikih črpalk, kompresorjev in ventilatorjev se najpogosteje uporabljajo sinhroni motorji, ki delujejo z vodilnim faktorjem moči.

Dvižne in transportne naprave delujejo v prekinitvenem načinu. Za te naprave so značilni pogosti udarci obremenitve. zaradi nenadnih sprememb obremenitve se močno spreminja tudi faktor moči, v povprečju od 0,3 do 0,8. Glede na neprekinjeno napajanje je treba te naprave razvrstiti (glede na kraj dela in namestitve) kot porabnike 1. in 2. kategorije. V dvižnih in transportnih napravah se uporabljata izmenični (50 Hz) in enosmerni tok. V večini primerov je treba obremenitev naprav za rokovanje na AC strani šteti za simetrično v vseh treh fazah.

Inštalacije električne razsvetljave

Električne sijalke so enofazna obremenitev, vendar je zaradi majhne moči sprejemnika (običajno ne več kot 2 kW) v električnem omrežju s pravilnim združevanjem svetlobnih naprav mogoče doseči dokaj enakomerno obremenitev v fazah (z asimetrijo največ 5-10%).

Narava obremenitve je enakomerna, brez sunkov, vendar se njena vrednost spreminja glede na čas dneva, leto in geografsko lokacijo. Trenutna frekvenca je običajna industrijska, enaka 50 Hz. Faktor moči za žarnice z žarilno nitko je 1, za plinske sijalke 0,6. Upoštevati je treba, da se pri uporabi plinskih žarnic v žicah, zlasti ničelnih žicah, pojavijo višji harmoniki toka.

Dopustne so kratkotrajne (nekaj sekund) izredne prekinitve napajanja svetlobnih naprav. Dolge prekinitve (minute in ure) v hrani za nekatere vrste proizvodnje so nesprejemljive. V takih primerih se uporabi redundantno napajanje iz drugega vira toka (v nekaterih primerih celo iz neodvisnega vira enosmernega toka). V tistih panogah, kjer izklop razsvetljave ogroža varnost ljudi, se uporabljajo posebni sistemi zasilne razsvetljave. Za razsvetljavo industrijskih podjetij se uporabljajo napetosti od 6 do 220 V.

Inštalacije pretvornikov

Za pretvorbo trifaznega toka v enosmerni ali trifazni tok industrijske frekvence 50 Hz v trifazni ali enofazni tok nizke, visoke ali visoke frekvence so na območju industrijskega obrata zgrajena postajališča pretvornika. podjetje.

Odvisno od vrste tokovnih pretvornikov se zaustavitve pretvornikov delijo na:

) naprave za polprevodniške pretvornike;

) pretvorniške enote z živosrebrnimi usmerniki;

) pretvorniške enote z motor-generatorji,

) pretvornik se ustavi z mehanskimi usmerniki.

Inštalacije pretvornikov bodo glede na njihov namen močnostno zložene

) motorji številnih strojev in mehanizmov;

) elektrolizne kopeli;

) električni promet znotraj tovarne;

) elektrostatične filtre;

) Varilne naprave za enosmerni tok itd.

Pretvorniške naprave za elektrolizo se pogosto uporabljajo v barvni metalurgiji za proizvodnjo elektrolitskega aluminija, svinca, bakra itd. V takšnih napravah se industrijski frekvenčni tok 6-35 kV, praviloma s silicijevimi usmerniki, pretvori v neposredni tok napetosti, ki jo zahtevajo tehnološki pogoji (do 825 V).

Prekinitev napajanja elektroliznih naprav ne povzroči hudih nesreč s poškodbami glavne opreme in se lahko tolerira nekaj minut, v nekaterih primerih pa tudi več ur.Tukaj je prekinitev napajanja povezana predvsem s premajhno proizvodnjo. Vendar zaradi povratne emf. elektrolizne kopeli, lahko v nekaterih primerih pride do premika sproščenih kovin nazaj v kopelno raztopino in posledično do dodatnega stroška električne energije za novo izolacijo iste kovine.Elektrolizne naprave morajo biti oskrbovane z električno energijo, kot je kategor. 1 sprejemnikov, vendar omogočanje kratkotrajnih prekinitev napajanja elektroliznih naprav daje dokaj enoten in fazno simetričen graf obremenitve.Faktor moči elektroliznih naprav je približno 0,85-0,9.

Pretvorniške naprave za intraindustrijski električni transport (prevoz, dviganje, različne vrste gibanja tovora itd.) So relativno majhne moči (od sto do 2000-3000 kW). Faktor moči takih naprav se giblje od 0,7-0,8. Obremenitev na strani izmeničnega toka je simetrična v fazah, vendar se močno spreminja zaradi tokovnih konic med delovanjem vlečnih motorjev.Prekinitev napajanja sprejemnikov te skupine lahko povzroči poškodbe izdelkov in celo opreme (zlasti v metalurških rastline). Zaustavitev prometa na splošno povzroči resne zaplete pri delovanju podjetja, zato je treba to skupino porabnikov napajati z električno energijo, kot so sprejemniki 1. ali 2. kategorije, ki omogočajo kratkotrajno prekinitev napajanja. napaja izmenični tok industrijske frekvence z napetostjo 0,4-35 kV.

Za čiščenje plina se pogosto uporabljajo pretvorniške naprave za napajanje elektrofiltrov (z mehanskimi usmerniki) do 100-200 kW, ki se napajajo z izmeničnim tokom industrijske frekvence iz posebnih transformatorjev z napetostjo 6-10 kV na primarnem navitju, in do 110 kV na sekundaru Faktor moči teh nastavitev je 0,7-0,8. Obremenitev na visokonapetostni strani je simetrična in enakomerna. Prekinitve napajanja so sprejemljive, njihovo trajanje je odvisno od tehnološkega procesa proizvodnje. V panogah, kot so kemične tovarne, lahko te naprave razvrstimo v sprejemnike kategorije 1 in 2.

Elektromotorji proizvodnih mehanizmov

Ta tip sprejemnika najdemo v vseh industrijskih podjetjih.Vse vrste motorjev se uporabljajo za pogon sodobnih obdelovalnih strojev. Moč motorjev je izjemno raznolika in se giblje od frakcij do sto kilovatov in več.V obdelovalnih strojih, kjer so potrebne visoke hitrosti vrtenja in njena regulacija, se uporabljajo enosmerni motorji, ki jih poganja usmernik. Omrežna napetost 660-380/220 V s frekvenco 50 Hz Faktor moči se močno spreminja glede na varnostne pogoje procesa (možne poškodbe osebja) in zaradi možnih poškodb izdelkov, zlasti pri obdelavi velikih dragih delov.

Električne peči in elektrotermične instalacije

Glede na način pretvorbe električne energije v toplotno jo lahko razdelimo na:

) uporovne peči;

) indukcijske peči in instalacije;

) elektroobločne peči;

) pečice z mešanim ogrevanjem.

Glede na način ogrevanja uporovne peči delimo na indirektne peči in direktne peči. Segrevanje materiala v indirektnih pečeh nastane zaradi toplote, ki jo ustvarijo grelni elementi, ko skoznje prehaja električni tok. Peči posrednega ogrevanja so naprave z napetostjo do 1000 V in se v večini primerov napajajo iz omrežja 380 V z industrijsko frekvenco 50 Hz. Peči se proizvajajo z eno- in trifazno močjo od enot do nekaj tisoč kilovatov. Faktor moči je v večini primerov 1.

V pečeh z neposrednim delovanjem se ogrevanje izvaja s toploto, ki se sprosti v segretem izdelku, ko skozi njega prehaja električni tok. Peči so enofazne in trifazne z močjo do 3000 kW; Napajanje se napaja s tokom industrijske frekvence 50 Hz iz omrežij 380/220 V ali preko padajočih transformatorjev iz omrežij višje napetosti. Faktor moči je v območju od 0,7 do 0,9 Večina uporovnih peči po neprekinjenosti napajanja spada v 2. kategorijo sprejemnikov električne energije.

Peči in naprave za indukcijsko in dielektrično segrevanje delimo na talilne peči in naprave za kaljenje in preskočno segrevanje dielektrikov.

Taljenje kovine v inercijskih pečeh poteka s toploto, ki se v njej pojavi med prehodom indukcijskega toka.

Talilne peči so izdelane z in brez jeklenega jedra. Jedrne peči se uporabljajo za taljenje neželeznih kovin in njihovih zlitin. Peči se napajajo s tokom industrijske frekvence 50 Hz, napetostjo 380 V in več, odvisno od moči. Jedrne peči so na voljo v enofaznih, dvo- in trifaznih zmogljivostih do 2000 kVA. Faktor moči se giblje od 0,2-0,8 (peči za taljenje aluminija imajo cos (?) = 0,2 - 0,4, za taljenje bakra 0,6-0,8). Peči brez jedra se uporabljajo za taljenje nerjavnega jekla in redkeje barvnih kovin. Napajanje industrijskih peči brez jedra se lahko izvede z industrijskim frekvenčnim tokom 50 Hz iz omrežij z napetostjo 380 V in več ter povečanim frekvenčnim tokom 500-10.000 Hz iz tiristorskih ali električnih pretvornikov strojev. Pogonske motorje pretvornikov napaja tok industrijske frekvence.

Peči se proizvajajo z močjo do 4500 kVA, njihov faktor moči je zelo nizek: od 0,05 do 0,25. Vse talilne peči spadajo v 2. kategorijo sprejemnikov električne energije. Naprave za utrjevanje in ogrevanje, odvisno od namena, se napajajo s frekvencami od 50 Hz do sto kilohercev.

Napajanje visoko- in visokofrekvenčnih naprav se proizvaja iz tiristorskih ali strojnih induktorskih pretvornikov in generatorjev svetilk. Te naprave spadajo med sprejemnike električne energije 2. kategorije.

V napravah za segrevanje dielektrikov je material, ki ga je treba segreti, nameščen v električnem polju kondenzatorja, segrevanje pa nastane zaradi tokov izpodrivanja. Ta skupina naprav se pogosto uporablja za lepljenje in sušenje lesa, ogrevanje stiskalnih praškov, spajkanje in varjenje plastike, sterilizacijo izdelkov itd. Napajanje se napaja s tokom s frekvenco 20-40 MHz in več. Glede na neprekinjeno oskrbo z električno energijo spadajo instalacije za ogrevanje dielektrikov med sprejemnike električne energije 2. kategorije.

Elektroobločne peči glede na način ogrevanja delimo na peči neposrednega in posrednega delovanja. V pečeh z direktnim delovanjem se segrevanje in taljenje kovine izvaja s toploto, ki nastane pri električnem obloku, ki gori med elektrodo in staljeno kovino. Obločne peči z neposrednim delovanjem so razdeljene na več vrst, za katere so značilne jeklarske in vakuumske.

Peči za taljenje jekla se napajajo s tokom industrijske frekvence 6-110 V preko padajočih transformatorjev. Peči se proizvajajo s trifazno močjo do 45000 kVA na enoto. Faktor moči 0,85-0,9. V procesu delovanja med taljenjem polnila v obločnih jeklarnih pečeh prihaja do pogostih obratovalnih kratkih stikov (SC). presega nominalno za 2,5-3,5-krat. Kratki stiki povzročijo znižanje napetosti na vodilih transformatorske postaje, kar negativno vpliva na delovanje drugih sprejemnikov električne energije. V zvezi s tem je skupno delovanje obločnih peči in drugih porabnikov iz skupne transformatorske postaje dovoljeno, če pri napajanju iz močnega elektroenergetskega sistema skupna moč peči ne presega 40% moči padajoče transformatorske postaje, in pri napajanju iz sistema z nizko porabo energije 15-20%

Vakuumske obločne peči se proizvajajo z močjo do 2000 kW. Napajanje se napaja z enosmernim tokom z napetostjo 30-40 V. Kot viri električne energije se uporabljajo pretvorniki električnih strojev in polprevodniški usmerniki, priključeni na omrežje izmeničnega toka 50 Hz.

Segrevanje kovine v indirektnih pečeh poteka s toploto, ki nastane pri gorenju električnega obloka med ogljikove elektrode Posredno ogrevane obločne peči za taljenje bakra in njegovih zlitin. Moč peči je relativno majhna (do 500 kVA); napajanje se napaja s tokom industrijske frekvence 50 Hz iz posebnih transformatorjev peči. Glede neprekinjenega napajanja spadajo te peči med sprejemnike električne energije kategorije 1, ki omogočajo kratkotrajne prekinitve napajanja.

Električne peči z mešanim ogrevanjem lahko razdelimo na rudno-termične in elektropeči za pretaljevanje žlindre.

V rudno-termičnih pečeh se material segreva s toploto, ki se sprosti, ko električni tok teče skozi naboj in oblok gori. Peči se uporabljajo za proizvodnjo ferozlitin, korunda, taljenje železa, svinca, sublimacijo fosforja, taljenje bakra in bakrovo-nikljevega kamna. Napajanje se napaja s tokom industrijske frekvence preko padajočih transformatorjev. Moč nekaterih peči je zelo velika, tudi do 100 MVA (peč za sublimacijo rumenega fosforja). Faktor moči 0,85-0,92. Glede na neprekinjeno oskrbo z električno energijo uvrščamo peči za rudno-termične procese v 2. kategorijo sprejemnikov električne energije.

V pečeh za pretaljevanje žlindre se segrevanje izvaja zaradi toplote, ki se sprosti v žlindri, ko skozi njo teče tok. Žlindra se stopi s toploto električnega obloka. Pretaljenje žlindre se uporablja za pridobivanje visokokakovostnih jekel in posebnih zlitin. Peči se napajajo s tokom industrijske frekvence 50 Hz preko padajočih transformatorjev, običajno iz omrežij 6-10 kV s sekundarno napetostjo 45-60 V. Peči so običajno enofazne, lahko pa tudi trifazne. Faktor moči 0,85-0,95. Glede na zanesljivost oskrbe z električno energijo sodijo peči za pretaljevanje žlindre v 1. kategorijo sprejemnikov električne energije.

Pri oskrbi z električno energijo delavnic, ki imajo vakuumske električne peči vseh vrst, je treba upoštevati, da prekinitev napajanja vakuumskih črpalk povzroči nesrečo in zavrnitev dragih izdelkov. Te peči je treba pripisati sprejemnikom električne energije 1. kategorije.

Električne varilne instalacije

Kako so sprejemniki razdeljeni na naprave, ki delujejo na izmenični in enosmerni tok. Varjenje tehnološko delimo na obločno in kontaktno, po načinu dela pa na ročno in avtomatsko.

Enosmerne električne varilne enote so sestavljene iz AC motorja in enosmernega varilnega generatorja. Pri takem sistemu je varilna obremenitev enakomerno porazdeljena po treh fazah v izmeničnem napajalnem omrežju, vendar njen razpored ostaja spremenljiv. Faktor moči takih naprav v nominalnem načinu delovanja je 0,7-0,8; v prostem teku faktor moči pade na 0,4. Med enosmernimi varilnimi napravami so tudi usmerniške instalacije.

Električni varilni aparati na izmenični tok delujejo na industrijski izmenični frekvenci 50 Hz in so enofazno breme v obliki varilnih transformatorjev za obločno varjenje in uporovnih varilnih aparatov. Varjenje z izmeničnim tokom daje enofazno obremenitev s prekinitvami, neenakomerno fazno obremenitvijo in praviloma nizkim faktorjem moči (0,3-0,35 za obločno in 0,4-0,7 za kontaktno varjenje). Varilne naprave se napajajo iz omrežja 380-220 V. Za varilne transformatorje na gradbiščih in montažah so značilni pogosti premiki v napajalnem omrežju. To okoliščino je treba upoštevati pri načrtovanju oskrbovalnega omrežja. Z vidika zanesljivosti oskrbe z električno energijo spadajo varilne naprave med sprejemnike električne energije 2. kategorije.

Zaključek

Napredek v avtomatizaciji je omogočil izdelavo projekta kontinuiranega metalurškega obrata, kjer bi bili različni procesi povezani v enoten tokovni sistem. Izkazalo se je, da osrednje mesto v celotnem procesu še vedno zavzema plavž. Se da brez domene?

Problem brezdomske proizvodnje ali, kot se imenuje, neposredne proizvodnje železa, je rešen že več desetletij. V tej smeri je bil dosežen pomemben napredek. Obstaja razlog za domnevo, da bodo v sedemdesetih letih 20. stoletja začeli delovati dokaj veliki obrati za neposredno redukcijo železa z dnevno proizvodnjo 500 ton.A kljub temu bo proizvodnja plavžev ohranila svoje položaje več kot desetletje.

Proces brez domene si lahko predstavljamo na primer takole. V rotacijskih cevnih pečeh se železova ruda pretvori v železo. S pomočjo magnetov se zrna železa ločijo od preostale mase – in čisti izdelek je pripravljen za nadaljnjo predelavo. Končne izdelke lahko vtisnete iz železovega prahu. Iz njega lahko kuhate jeklo različnih razredov z dodajanjem potrebnih dodatkov (legirnih elementov).

Z zagonom velikanskih elektrarn bo sovjetska metalurgija dobila veliko poceni električne energije. S tem bodo ustvarjeni ugodni pogoji za razvoj elektrometalurške proizvodnje in še širšo uporabo električne energije na vseh nadaljnjih stopnjah predelave železovih zlitin.

Uspehi atomske fizike so spodbudili idejo o tako imenovani radiacijski metalurgiji. Akademik IP Bardin (1883-1960) je izrazil drzno, skoraj fantastično idejo o prihodnjem razvoju metalurgije. "Mislim," je dejal, "da bo oseba najprej" oblikovala "legirana jekla zahtevane sestave z uporabo radioaktivnega vpliva, ne da bi vanje vnesla redke in drage legirne dodatke, ampak jih ustvarila neposredno v loncu staljenega jekla. Od atomi železa, morda žvepla, fosforja, pod vplivom toka žarkov v staljeni kovini se bodo zgodile namenske jedrske transformacije.

Prihodnje generacije raziskovalcev bodo morale delati na reševanju tega in drugih fascinantnih problemov. Črna metalurgija čaka na nove odkritelje.

V tem eseju smo po našem mnenju dosegli svoj cilj in obravnavali prenos električne energije na daljavo ter njeno uporabo kot nujno komponento v procesu izdelave električnega jekla. In tudi mi smo, se nam zdi, izpolnili vse naloge, ki smo si jih zastavili, in sicer: preučili smo dodatno literaturo, ki nam je pomagala pri pisanju tega dela; se seznanili z novimi vrstami generatorjev in transformatorjev; upošteva pot električnega toka od njegovega prejema do dostave potrošniku; in končno preučevali fizikalne in mehanske procese, ki se dogajajo v električni peči.

Bibliografija

1. Babič V. K., Lukaškin N. D., Morozov A. S. et al./ Osnove metalurške proizvodnje (železna metalurgija). Učbenik za srednje strokovne šole - M.: Metalurgija, 1988. 272 ​​​​str.

Barg I. G., Valk H. Ya., Komarov D. T.; Ed. Barga I. G. / Izboljšanje vzdrževanja električnih omrežij 0,4-20 kV na podeželju - M .: Energia, 1980. - 240 str., ilustr.

Bornatsky I. I., Blashchuk N. M., Yargin S. A., Strok V. I. / Pomočnik jeklarja širokega profila: Učbenik za srednje strokovne šole - M .: Metalurgija, 1986. 456 str.

Zubkov B.V., Chumakov S.V. / Enciklopedični slovar mladega tehnika - M .: Pedagogika, 1980. - 512 str., ilustr.

Myakishev G. Ya., Bukhovtsev B. B. / Fizika: Proc. za 10 celic. povpr. šola - M .: Razsvetljenje, 1990. - 223 str .: ilustr.

Myakishev G. Ya., Bukhovtsev B. B. / Fizika: Proc. za 10 celic. povpr. šola - 9. izd., revidirano. - M.: Razsvetljenje, 1987. - 319 str., 4 listov. ilustr.: ilustr.

Chigray I.D. Pomočnik jeklarjevega pretvornika. M.: Metalurgija, 1977. 304 str.

Najpomembnejša naloga, ki jo mora energetski kompleks nenehno reševati, je prenos električne energije na daljavo. Zato so na poti med elektrarno in porabniki nujno prisotni. V večini primerov se uporabljajo nadzemni vodi, skozi katere poteka izmenični tok. Energija se proizvaja s pomočjo močnih agregatov, porabijo pa jo predvsem šibki porabniki. Da bi bili vsi pokriti z električno energijo, je bila ustvarjena močna in razvejana struktura električnih omrežij.

Značilnosti prenosa moči

Glavni kazalnik, ki označuje prenos električne energije, je vrednost njegovega pretoka. Predstavlja največjo moč, ki jo je mogoče prenesti po vodih pod različnimi omejitvenimi pogoji.

Najprej so to izgube med segrevanjem žic, koronske izgube, pogoji stabilnosti in drugi dejavniki. Poleg tega je oddana izmenična moč odvisna od napetosti in dolžine. V zvezi s tem lahko povečanje napetosti znatno poveča prepustnost daljnovodov.

Za prenosne vode obstajajo omejitve glede prenapetosti in izolacijskih zmogljivosti. Za povečanje njihove produktivnosti se izvajajo konstruktivne izboljšave, uporabljajo se vse vrste kompenzacijskih naprav.

Namen in delovanje kompenzacijskih naprav

Reaktivne parametre in jalovo moč v daljnovodih in pri porabnikih kompenziramo s posebnimi napravami. Vse te naprave so nameščene na vmesnih in končnih postajah. Pri prenosu električne energije na daljavo se s pomočjo kompenzacijskih naprav poveča prepustnost vodov in izboljša njihova splošna učinkovitost.

Na primer, reaktivna moč se kompenzira z električnimi baterijami kondenzatorjev, ki so povezani prečno. Prav tako se izvaja uporaba sinhronih motorjev in kompenzatorjev, ki delujejo v preveč vzbujenem načinu. Tako je zagotovljena jalova moč porabnikov ob ohranjanju želene vrednosti napetosti. Hkrati se zmanjšajo izgube delovne moči na določenih odsekih električnih omrežij. S pomočjo kompenzacijskih naprav se lahko napetost v električnih sistemih samodejno prilagaja. Mesta namestitve in moč teh naprav se določijo z izračunom na podlagi tehničnih in ekonomskih kazalnikov.

Skladnost z vsemi potrebnimi pogoji omogoča prenos električne energije do porabnikov z minimalno, v zahtevani količini in s projektirano močjo.

Prenos električne energije. Pot od elektrarne do porabnika. Zmanjšanje izgub pri prenosu električne energije.

Oglejmo si na kratko napajalni sistem, ki je skupek električnih naprav za prenos, pretvorbo, distribucijo in porabo električne energije. Poglavje bo razširilo obzorja tistim, ki se želijo naučiti pravilne uporabe domačega električnega omrežja.

Oskrba z električno energijo izvajajo po standardnih shemah. Na primer na sl. 1.4 prikazuje radialno enosmerno napajalno vezje za prenos električne energije od padajoče transformatorske postaje elektrarne do porabnika električne energije z napetostjo 380 V.

Iz elektrarne se električna energija z napetostjo 110-750 kV prenaša preko daljnovodov (TL) do glavnih ali regionalnih padajočih transformatorskih postaj, na katerih se napetost zmanjša na 6-35 kV. Iz stikalnih naprav se ta napetost prenaša po nadzemnih ali kabelskih daljnovodih do transformatorskih postaj, ki se nahajajo v neposredni bližini porabnikov električne energije. Na transformatorski postaji se napetost zniža na 380 V, električna energija pa se preko nadzemnih ali kabelskih vodov napaja neposredno do porabnika v hiši. Hkrati imajo linije četrto (nevtralno) žico 0, ki omogoča pridobitev fazne napetosti 220 V, pa tudi zaščito električnih instalacij.
Ta shema vam omogoča prenos električne energije do potrošnika z najmanjšimi izgubami. Zato se električna energija na poti od elektrarne do porabnikov transformira iz ene napetosti v drugo. Poenostavljen primer transformacije za majhen odsek elektroenergetskega sistema je prikazan na sl. 1.5. Zakaj uporabljati visoko napetost? Izračun je zapleten, a odgovor preprost. Za zmanjšanje toplotnih izgub žic med prenosom na dolge razdalje.

Izgube so odvisne od količine toka, ki teče, in premera vodnika, ne pa od uporabljene napetosti.

Na primer:
Predpostavimo, da je od elektrarne do mesta, ki je od nje oddaljeno 100 km, potrebno prenesti 30 MW po enem vodu. Zaradi dejstva, da imajo žice linije električni upor, jih tok segreje. Ta toplota se razprši in je ni mogoče uporabiti. Energija, porabljena za ogrevanje, je izguba.

Izgube je nemogoče zmanjšati na nič. Vendar jih je treba omejiti. Zato so dovoljene izgube normalizirane, to je, da se pri izračunu žic voda in izbiri napetosti predpostavlja, da izgube ne presegajo na primer 10% uporabne moči, ki se prenaša po liniji. V našem primeru je to 0,1-30 MW = 3 MW.

Na primer:
Če se transformacija ne uporabi, to je, da se električna energija prenaša pri napetosti 220 V, potem bi bilo treba za zmanjšanje izgub na določeno vrednost presek žic povečati na približno 10 m2. Premer takšne "žice" presega 3 m, masa v razponu pa je na stotine ton.
Z uporabo transformacije, to je povečanja napetosti v liniji in nato z zmanjšanjem blizu lokacije potrošnikov, uporabljajo drug način za zmanjšanje izgub: zmanjšajo tok v liniji. Ta metoda je zelo učinkovita, saj so izgube sorazmerne s kvadratom toka. Ko se napetost podvoji, se tok prepolovi, izgube pa se zmanjšajo za 4-krat. Če se napetost poveča za faktor 100, se bodo izgube zmanjšale za faktor 100 na drugo moč, to je za faktor 10.000.

Na primer:
Kot ponazoritev učinkovitosti dviga napetosti bom izpostavil podatek, da 500 kV trifazni izmenični daljnovod prenese 1000 MW na 1000 km.

Daljnovodi

Električna omrežja so namenjena prenosu in distribuciji električne energije. Sestavljeni so iz niza transformatorskih postaj in vodov različnih napetosti. V elektrarnah so zgrajene povečevalne transformatorske postaje, električna energija pa se prenaša na velike razdalje po visokonapetostnih daljnovodih. Na mestih porabe se gradijo padajoče transformatorske postaje.

Osnova električnega omrežja so običajno podzemni ali nadzemni visokonapetostni daljnovodi. Vodi, ki potekajo od transformatorske postaje do vhodnih razdelilnih naprav in od njih do razdelilnih točk električne energije in do skupinskih ščitov, se imenujejo napajalno omrežje. Napajalno omrežje je praviloma sestavljeno iz podzemnih nizkonapetostnih kablovodov.

Po principu gradnje so omrežja razdeljena na odprta in zaprta. Odprto omrežje vključuje linije, ki gredo do električnih sprejemnikov ali njihovih skupin in prejemajo energijo z ene strani. Odprto omrežje ima nekaj slabosti, in sicer, da se v primeru nesreče na kateri koli točki omrežja prekine napajanje vseh porabnikov izven zasilnega dela.

Zaprto vezje ima lahko enega, dva ali več napajalnikov. Kljub številnim prednostim zaprta omrežja še niso dobila široke razširjenosti. Na mestu polaganja omrežja sta zunanja in notranja.

Načini izdelave daljnovodov

Vsaka napetost ustreza določenim metodam ožičenja. To je zato, ker višja kot je napetost, težje je izolirati žice. Na primer, v stanovanjih, kjer je napetost 220 V, se ožičenje izvaja z žicami v gumijasti ali plastični izolaciji. Te žice so preproste in poceni.

Podzemni kabel, zasnovan za več kilovoltov in položen pod zemljo med transformatorje, je neprimerno bolj zapleten. Poleg povečanih zahtev za izolacijo mora imeti tudi povečano mehansko trdnost in odpornost proti koroziji.

Za neposredno napajanje porabnikov se uporabljajo:

♦ nadzemni ali kabelski daljnovodi napetosti 6 (10) kV do napajalnih postaj in visokonapetostnih porabnikov;
♦ kabelski daljnovodi napetosti 380/220 V za direktno napajanje nizkonapetostnih sprejemnikov. Za prenos napetosti deset in sto kilovoltov na daljavo so ustvarjeni nadzemni električni vodi. Žice se dvigajo visoko nad tlemi, zrak se uporablja kot izolacija. Razdalje med žicami se izračunajo glede na napetost, ki je načrtovana za prenos. Na sl. 1.6 prikazuje v istem merilu nosilce nadzemnih daljnovodov z napetostmi 500, 220, 110, 35 in 10 kV. Opazite, kako se z naraščajočo delovno napetostjo povečujejo dimenzije in zasnova postaja vse bolj zapletena!

riž. 1.6.

Na primer:
Steber 500 kV daljnovoda ima višino sedemnadstropne stavbe. Višina žične obešenosti je 27 m, razdalja med žicami je 10,5 m, dolžina venca izolatorjev je več kot 5 m, višina nosilcev za rečne prehode doseže 70 m, razmislimo o možnostih daljnovoda bolj podrobno.

Nadzemni električni vodi
Opredelitev.
Nadzemni daljnovod je naprava za prenos ali distribucijo električne energije po žicah, ki se nahajajo na prostem in so pritrjene s pomočjo traverz (konzol), izolatorjev in armatur na podpore ali inženirske konstrukcije.

V skladu s "Pravilniki električnih inštalacij" so nadzemni vodi razdeljeni v dve skupini glede na napetost: napetost do 1000 V in napetost nad 1000 V. Za vsako skupino vodov so določene tehnične zahteve za njihovo napravo.

Nadzemni električni vodi 10 (6) kV se najpogosteje uporabljajo na podeželju in v majhnih mestih. To je posledica njihove nižje cene v primerjavi s kabelskimi vodi, manjše gostote pozidave itd.

Za ožičenje nadzemni vodi in omrežja uporabljajo različne žice in kable. Glavna zahteva za material žic nadzemnih daljnovodov je nizek električni upor. Poleg tega mora imeti material, uporabljen za izdelavo žic, zadostno mehansko trdnost, biti odporen na vlago in kemikalije v zraku.

Trenutno najpogosteje uporabljena aluminijaste in jeklene žice, kar omogoča varčevanje z redkimi barvnimi kovinami (baker) in zmanjšanje stroškov žic. Bakrene žice se uporabljajo na posebnih linijah. Aluminij ima nizko mehansko trdnost, kar vodi do povečanja povešanja in s tem do povečanja višine nosilcev ali zmanjšanja dolžine razpona. Pri prenosu majhnih količin električne energije na kratke razdalje se uporabljajo jeklene žice.

Za izolacijožice in njihovo pritrditev na stebre daljnovoda linijski izolatorji, ki mora imeti poleg električne trdnosti tudi zadostno mehansko trdnost. Glede na način pritrditve na nosilec ločimo izolatorje za zatiče (nameščeni so na kljuke ali zatiče) in viseče (sestavljeni so v girlando in pritrjeni na nosilec s posebnimi okovji).

Nožni izolatorji uporablja se na daljnovodih z napetostjo do 35 kV. Označeni so s črkami, ki označujejo zasnovo in namen izolatorja, ter številkami, ki označujejo delovno napetost. Na nadzemnih vodih 400 V se uporabljajo izolatorji TF, ShS, ShF. Črke v simbolih izolatorjev označujejo naslednje: T- telegraf; F- porcelan; OD- steklo; ShS- pin steklo; CHF- pin porcelan.

Nožni izolatorji se uporabljajo za obešanje relativno lahkih žic, medtem ko se glede na pogoje trase uporabljajo različne vrste pritrditve žic. Žica na vmesnih nosilcih je običajno pritrjena na glavi izolatorjev zatičev, na vogalnih in sidrnih nosilcih pa na vratu izolatorjev. Na vogalnih nosilcih je žica nameščena na zunanji strani izolatorja glede na kot vrtenja črte.

Izolatorji vzmetenja uporablja se na nadzemnih vodih 35 kV in več. Sestavljeni so iz porcelanaste ali steklene plošče (izolacijski kos), pokrova iz nodularne litine in palice. Zasnova vtičnice pokrova in glave palice zagotavlja sferično zgibno povezavo izolatorjev pri dokončanju girland. Girlande so sestavljene in obešene na nosilce ter tako zagotovijo potrebno izolacijo žic. Število izolatorjev v nizu je odvisno od omrežne napetosti in vrste izolatorjev.

Material za pletenje aluminijaste žice na izolator je aluminijasta žica, za jeklene žice pa mehko jeklo. Pri pletenju žic se običajno izvaja enojno pritrjevanje, medtem ko se v naseljenih območjih in pri povečanih obremenitvah uporablja dvojno pritrditev. Pred pletenjem pripravimo žico želene dolžine (vsaj 300 mm).

glava pletena izvedemo z dvema pletilnima žicama različnih dolžin. Te žice so pritrjene na vratu izolatorja in se zvijajo skupaj. Konce krajše žice ovijemo okoli žice in štiri do petkrat močno potegnemo okoli žice. Konce druge žice, daljše, štiri- do petkrat položimo na glavo izolatorja navzkrižno skozi žico.

Za izvedbo stranskega pletenja vzamejo eno žico, jo položijo na vrat izolatorja in jo ovijejo okoli vratu in žice tako, da en konec poteka čez žico in se upogne od zgoraj navzdol, drugi pa od spodaj navzgor. Oba konca žice se pomakneta naprej in ponovno ovita okoli vratu izolatorja z žico, pri čemer se zamenjata glede na žico.

Nato žico tesno pritegnemo k vratu izolatorja in konce pletilne žice šest do osemkrat ovijemo okoli žice z nasprotnih strani izolatorja. Da bi se izognili poškodbam aluminijastih žic, je mesto pletenja včasih ovito z aluminijastim trakom. Ni dovoljeno upogibati žice na izolatorju z močno napetostjo vezne žice.

Vezanje žice izvedemo ročno s kleščami. Hkrati je posebna pozornost namenjena tesnosti vezne žice na žico in položaju koncev vezne žice (ne smejo štrleti). Nožni izolatorji so pritrjeni na nosilce na jeklenih kavljih ali zatičih. Kavlji so priviti neposredno v lesene nosilce, zatiči pa so nameščeni na kovinskih, armiranobetonskih ali lesenih prečkah. Za pritrditev izolatorjev na kljuke in zatiče se uporabljajo prehodne polietilenske kapice. Ogrevan pokrovček se tesno potisne na zatič, dokler se ne ustavi, nato pa se nanj privije izolator.

Žice so obešene na armiranobetonskih ali lesenih nosilcih z uporabo obesnih ali nožnih izolatorjev. Za nadzemne električne vode se uporabljajo gole žice. Izjema so vhodi v zgradbe - izolirane žice, potegnjene iz nosilca daljnovoda na izolatorje, nameščene na kljuke neposredno na stavbi.

Pozor!
Najnižja dovoljena višina spodnjega kavlja na nosilcu (od tal) je: v električnih vodih z napetostjo do 1000 V za vmesne nosilce od 7 m, za prehodne nosilce - 8,5 m; v električnih vodih z napetostjo nad 1000 V je višina spodnjega kavlja za vmesne nosilce 8,5 m, za kotne (sidrne) nosilce - 8,35 m.

Tabela 1.1.

Najmanjše dovoljene vrednosti žic nadzemnih električnih vodov z napetostjo nad 1000 V
Tabela 1.1

Nadzemni daljnovodi z napetostjo do 1000 V in do 10 kV ter njihovi nosilci do objektov so predstavljeni v tabeli. 1.2.

Tabela 1.2

Že vrsto let se znanstveniki ubadajo z vprašanjem zmanjšanja stroškov električne energije. Obstajajo različni načini in predlogi, najbolj znana pa je teorija brezžičnega prenosa električne energije. Predlagamo, da razmislimo, kako se izvaja, kdo je njegov izumitelj in zakaj še ni oživel.

Teorija

Brezžična elektrika je dobesedno prenos električne energije brez žic. Ljudje pogosto primerjajo brezžični prenos električne energije s prenosom informacij, kot so radijski sprejemniki, mobilni telefoni ali dostop do interneta Wi-Fi. Glavna razlika je v tem, da je radijski ali mikrovalovni prenos tehnologija, namenjena obnavljanju in prenosu točno informacij, ne pa energije, ki je bila prvotno porabljena za prenos.

Brezžična elektrika je razmeroma novo področje tehnologije, ki pa hitro raste. Zdaj se razvijajo metode za učinkovit in varen prenos energije na daljavo brez prekinitev.

Kako deluje brezžična elektrika

Glavno delo temelji prav na magnetizmu in elektromagnetizmu, tako kot pri radiu. Brezžično polnjenje, znano tudi kot induktivno polnjenje, temelji na nekaj preprostih načelih delovanja, zlasti tehnologija zahteva dve tuljavi. Oddajnik in sprejemnik, ki skupaj ustvarjata izmenično, nekonstantno magnetno polje. Po drugi strani pa to polje povzroči napetost v sprejemni tuljavi; to lahko uporabite za napajanje mobilne naprave ali polnjenje baterije.

Če usmerite električni tok skozi žico, se okrog kabla ustvari krožno magnetno polje. Kljub temu, da magnetno polje vpliva tako na zanko kot na tuljavo, se najmočneje manifestira na kablu. Ko vzamete drugo tuljavo žice, skozi katero ne teče električni tok, in postavite tuljavo v magnetno polje prve tuljave, se bo električni tok iz prve tuljave prenašal skozi magnetno polje in skozi drugo tuljava, ki ustvarja induktivno sklopko.

Vzemimo za primer električno zobno ščetko. V njem je polnilec priključen na vtičnico, ki pošilja električni tok na navito žico znotraj polnilnika, ki ustvarja magnetno polje. Znotraj zobne ščetke je druga tuljava, ko začne teči tok in se zahvaljujoč oblikovanemu magnetnemu polju začne ščetka polniti, ne da bi bila direktno priključena na 220 V napajanje.

Zgodba

Brezžični prenos energije kot alternativo prenosu in distribuciji električnih vodov je prvi predlagal in demonstriral Nikola Tesla. Leta 1899 je Tesla predstavil brezžični prenos za napajanje polja fluorescenčnih sijalk, ki se nahaja petindvajset milj od vira energije brez uporabe žic. Toda takrat je bilo ceneje napeljati 25 milj bakrene žice kot zgraditi električne generatorje po meri, ki jih zahtevajo Tesline izkušnje. Nikoli ni dobil patenta, izum pa je ostal v smetnjakih znanosti.

Medtem ko je bil Tesla prvi, ki je že leta 1899 demonstriral praktične možnosti brezžične komunikacije, je danes v prodaji zelo malo naprav, to so brezžične ščetke, slušalke, polnilci za telefon in drugo.

Brezžična tehnologija

Brezžični prenos električne energije vključuje prenos električne energije ali moči na daljavo brez žic. Tako jedro tehnologije temelji na konceptih elektrike, magnetizma in elektromagnetizma.

Magnetizem

To je temeljna naravna sila, ki povzroči, da se določene vrste materialov privlačijo ali odbijajo. Zemeljski poli veljajo za edine stalne magnete. Tok v zanki ustvarja magnetna polja, ki se od nihajočih magnetnih polj razlikujejo po hitrosti in času, potrebnem za ustvarjanje izmeničnega toka (AC). Sile, ki se v tem primeru pojavijo, so prikazane na spodnjem diagramu.

Tako se pojavi magnetizem

Elektromagnetizem je soodvisnost izmeničnega električnega in magnetnega polja.

Magnetna indukcija

Če je prevodna zanka povezana z virom izmeničnega toka, bo ustvarila nihajoče magnetno polje v in okoli zanke. Če je druga prevodna zanka dovolj blizu, bo prevzela del tega nihajočega magnetnega polja, ki nato ustvari ali inducira električni tok v drugi tuljavi.

Video: kako poteka brezžični prenos električne energije

Tako pride do električnega prenosa moči iz enega cikla ali tuljave v drugega, kar je znano kot magnetna indukcija. Primeri takega pojava se uporabljajo v električnih transformatorjih in generatorjih. Ta koncept temelji na Faradayjevih zakonih elektromagnetne indukcije. Tam navaja, da ko pride do spremembe magnetnega pretoka, povezanega s tuljavo, je EMF, induciran v tuljavi, enak zmnožku števila obratov tuljave in hitrosti spremembe toka.

pogonska sklopka

Ta del je potreben, ko ena naprava ne more prenesti energije na drugo napravo.

Magnetna povezava se ustvari, ko je magnetno polje predmeta sposobno inducirati električni tok z drugimi napravami v njegovem dosegu.

Za dve napravi pravimo, da sta medsebojno induktivno sklopljeni ali magnetno sklopljeni, če sta zasnovani tako, da pride do spremembe toka, ko ena žica inducira napetost na koncih druge žice z elektromagnetno indukcijo. To je posledica medsebojne induktivnosti

tehnologija

Načelo induktivne sklopke

Obe napravi, medsebojno induktivno sklopljeni ali magnetno sklopljeni, sta zasnovani tako, da spremembo toka, ko ena žica inducira napetost na koncih druge žice, povzroči elektromagnetna indukcija. To je posledica medsebojne induktivnosti.
Induktivna sklopka je prednostna zaradi zmožnosti brezžičnega delovanja in odpornosti na udarce.

Resonančna induktivna sklopitev je kombinacija induktivne sklopitve in resonance. Z uporabo koncepta resonance lahko dosežete, da dva predmeta delujeta glede na signale drug drugega.

Kot lahko vidite iz zgornjega diagrama, resonanca zagotavlja induktivnost tuljave. Kondenzator je priključen vzporedno z navitjem. Energija se bo premikala naprej in nazaj med magnetnim poljem, ki obdaja tuljavo, in električnim poljem okoli kondenzatorja. Tu bodo izgube sevanja minimalne.

Obstaja tudi koncept brezžične ionizirane komunikacije.

To je tudi izvedljivo, vendar se morate tukaj malo bolj potruditi. Ta tehnika že obstaja v naravi, vendar skorajda ni razloga za njeno izvajanje, saj potrebuje visoko magnetno polje, od 2,11 M/m. Razvil ga je sijajni znanstvenik Richard Volras, razvijalec vrtinčnega generatorja, ki pošilja in prenaša toplotno energijo na velike razdalje, predvsem s pomočjo posebnih kolektorjev. Najenostavnejši primer takšne povezave je strela.

Prednosti in slabosti

Seveda ima ta izum svoje prednosti pred žičnimi metodami in slabosti. Vabimo vas, da jih upoštevate.

Prednosti vključujejo:

1. Popolna odsotnost žic;
2. Napajalniki niso potrebni;
3. Potreba po bateriji je odpravljena;
4. Energija se prenaša učinkoviteje;
5. Občutno manj potrebnega vzdrževanja.

Slabosti vključujejo naslednje:

• Razdalja je omejena;
• magnetna polja niso tako varna za ljudi;
• brezžični prenos električne energije z uporabo mikrovalov ali drugih teorij je praktično nemogoč doma in z lastnimi rokami;
• visoki stroški namestitve.