ولا يمكن تخزين الكهرباء المولدة، بل يجب نقلها على الفور إلى المستهلكين. عندما تم اختراع الطريقة المثلى للنقل، بدأ التطور السريع لصناعة الطاقة الكهربائية.

قصة

تم بناء المولدات الأولى بجانب مستهلكي الطاقة. كانت منخفضة الطاقة وكان الهدف منها فقط توفير الكهرباء لمبنى واحد أو مبنى سكني واحد في المدينة. ولكن بعد ذلك توصلوا إلى استنتاج مفاده أنه من المربح أكثر بناء محطات كبيرة في المناطق التي تتركز فيها الموارد. هذه محطات طاقة كهرومائية قوية على الأنهار ومحطات طاقة حرارية كبيرة بجوار مناجم الفحم. وهذا يتطلب نقل الكهرباء عبر مسافة.

واجهت المحاولات الأولية لبناء خطوط النقل حقيقة أنه عند توصيل المولد بمستقبلات الطاقة بكابل طويل، انخفضت الطاقة في نهاية خط النقل بشكل كبير بسبب خسائر التدفئة الهائلة. كان من الضروري استخدام الكابلات ذات مساحة مقطعية أكبر، مما جعلها أكثر تكلفة بشكل ملحوظ، أو زيادة الجهد لتقليل التيار.

بعد تجارب نقل التيار المتردد المباشر وأحادي الطور باستخدام خطوط الجهد العالي، ظلت الخسائر مرتفعة للغاية - عند مستوى 75٪. وفقط عندما قام Dolivo-Dobrovolsky بتطوير نظام التيار ثلاثي المراحل، تم تحقيق تقدم كبير في نقل الكهرباء: لقد حققوا انخفاضًا في الخسائر بنسبة تصل إلى 20٪.

مهم!في الوقت الحاضر، تستخدم الغالبية العظمى من خطوط الكهرباء تيارًا متناوبًا ثلاثي الطور، على الرغم من أنه يتم أيضًا تطوير خطوط كهرباء التيار المباشر.

مخطط نقل الكهرباء

هناك عدة روابط في السلسلة من إنتاج الطاقة إلى استلامها من قبل المستهلكين:

• مولد في محطة توليد الكهرباء ينتج الكهرباء بجهد يتراوح بين 6.3 و 24 كيلو فولت (توجد وحدات منفصلة ذات جهد كهربائي أعلى) ؛
• تعزيز المحطات الفرعية (PS) ؛
• خطوط نقل الطاقة الرئيسية والمسافات الطويلة جدًا بجهد 220-1150 كيلو فولت؛
• محطات فرعية كبيرة تعمل على خفض الجهد إلى 110 كيلو فولت؛
• خطوط الكهرباء جهد 35-110 كيلوفولت لنقل الطاقة الكهربائية إلى مراكز الإمداد؛
• محطات فرعية إضافية - مراكز الإمداد حيث تستقبل الجهد من 6 إلى 10 كيلو فولت؛
• خطوط توزيع الكهرباء 6-10 كيلو فولت؛
• نقاط المحولات (TP)، نقاط التوزيع المركزية، الموجودة بالقرب من المستهلكين، لتقليل الجهد إلى 0.4 كيلو فولت؛
• خطوط الجهد المنخفض لتزويد المنازل والأشياء الأخرى.

مخططات التوزيع

خطوط الكهرباء هي العلوية والكابلات والكابلات العلوية. ولزيادة الموثوقية، يتم نقل الطاقة الكهربائية في معظم الحالات بعدة طرق. أي أن خطين أو أكثر متصلين بحافلات المحطات الفرعية.

يوجد نظامان لتوزيع الطاقة بقدرة 6-10 كيلو فولت:

1. الجذع، عندما يكون خط 6-10 كيلو فولت شائعًا لتشغيل العديد من محطات المحولات الفرعية، والتي يمكن وضعها على طولها بالكامل. إذا كان خط الطاقة الرئيسي يتلقى الطاقة من مغذيين مختلفين على كلا الجانبين، فإن هذه الدائرة تسمى دائرة حلقية. علاوة على ذلك، في التشغيل العادي، يتم تشغيله من وحدة تغذية واحدة ويتم فصله عن الآخر عن طريق تبديل الأجهزة (المفاتيح، وقطع الاتصال)؛

1. شعاعي. في هذا المخطط، يتم تركيز كل الطاقة في نهاية خط الطاقة، والذي يهدف إلى توفير الطاقة لمستهلك واحد.

بالنسبة للخطوط ذات الجهد 35 كيلو فولت وما فوق، يتم استخدام المخططات التالية:

1. شعاعي. تأتي الطاقة إلى المحطة الفرعية عبر خط إمداد أحادي الدائرة أو مزدوج الدائرة من محطة فرعية واحدة. المخطط الأكثر فعالية من حيث التكلفة هو سطر واحد، لكنه غير موثوق به على الإطلاق. بفضل خطوط الكهرباء ذات الدائرة المزدوجة، يتم إنشاء طاقة احتياطية؛
2. جرس. يتم تشغيل حافلات المحطات الفرعية بواسطة خطين كهرباء على الأقل من مصادر مستقلة. في هذه الحالة، قد تكون هناك فروع (خطوط صنبور) على خطوط الإمداد التي تذهب إلى محطات فرعية أخرى. يجب ألا يزيد العدد الإجمالي لمحطات فرعية قابلة للفصل عن ثلاث محطات لخط كهرباء واحد.

مهم!يتم توفير الشبكة الحلقية من خلال محطتين فرعيتين على الأقل تقعان، كقاعدة عامة، على مسافة كبيرة من بعضهما البعض.

محطات المحولات الفرعية

تعد محطات المحولات الفرعية، إلى جانب خطوط الكهرباء، المكون الرئيسي لنظام الطاقة. وهي مقسمة إلى:

1. مقوي. وهي تقع بالقرب من محطات الطاقة. المعدات الرئيسية هي محولات الطاقة التي تزيد من الجهد.
2. تخفيضات. وهي تقع في أجزاء أخرى من شبكة الطاقة الأقرب إلى المستهلكين. يحتوي على محولات تنحى.

توجد أيضًا محطات تحويل فرعية، لكنها ليست محولات. يتم استخدامها لتحويل التيار المتردد إلى تيار مباشر، وكذلك للحصول على تيار بتردد مختلف.

المعدات الرئيسية لمحطات المحولات الفرعية:

1. مفاتيح الجهد العالي والمنخفض. يمكن أن يكون من النوع المفتوح (ORU)، والنوع المغلق (CLD)، والكامل (KRU)؛
2. محولات الكهرباء؛
3. لوحة التحكم وغرفة التتابع حيث تتركز معدات الحماية والتحكم الآلي لأجهزة التبديل وأجهزة الإنذار وأجهزة القياس وعدادات الكهرباء. قد يكون النوعان الأخيران من المعدات، بالإضافة إلى بعض أنواع الحماية، موجودين أيضًا في المفاتيح الكهربائية؛

1. المعدات المساعدة للمحطات الفرعية، والتي تشمل المحولات المساعدة (TSN)، التي تقلل الجهد من 6-10 إلى 0.4 كيلو فولت، وقضبان التوصيل 0.4 كيلو فولت مع أجهزة التبديل والبطارية وأجهزة إعادة الشحن. يتم تشغيل الحماية وإضاءة المحطات الفرعية والتدفئة ومحركات نفخ المحولات (التبريد) وما إلى ذلك من الجهد المتوسط. في محطات السكك الحديدية الفرعية، يمكن أن يكون للمحولات المساعدة جهد أساسي يبلغ 27.5 أو 35 كيلو فولت؛
2. تحتوي المفاتيح الكهربائية على أجهزة تبديل للمحولات وخطوط الإمداد والخرج ومغذيات 6-10 كيلو فولت: قواطع ومفاتيح (فراغ، SF6، زيت، هواء). تُستخدم محولات الجهد (VT) ومحولات التيار (CT) في حماية الطاقة ودوائر القياس؛
3. معدات الحماية من الجهد الزائد: مانعات الصواعق، مانعات الصواعق (محددات الجهد الزائد)؛
4. مفاعلات الحد من التيار وإطفاء القوس وبنوك المكثفات والمعوضات المتزامنة.

الرابط الأخير للمحطات الفرعية المتدرجة هو نقاط المحولات (TP، KTP-Complete، MTP-mast). هذه أجهزة صغيرة تحتوي على 1، 2، ونادرا 3 محولات، وأحيانا تقلل الجهد من 35، في كثير من الأحيان من 6-10 كيلو فولت إلى 0.4 كيلو فولت. يتم تثبيت قواطع الدائرة على جانب الجهد المنخفض. وتمتد منها الخطوط التي توزع الطاقة الكهربائية مباشرة على المستهلكين الحقيقيين.

سعة خطوط الكهرباء

عند نقل الطاقة الكهربائية، فإن المؤشر الرئيسي هو إنتاجية خطوط الكهرباء. ويتميز بقيمة الطاقة النشطة المنقولة على طول الخط في ظل ظروف التشغيل العادية. تعتمد الإنتاجية على جهد خط الطاقة وطوله وأبعاد مقطعه ونوع الخط (CL أو OHL). في هذه الحالة، الطاقة الطبيعية، بغض النظر عن طول خط الطاقة، هي الطاقة النشطة التي تنتقل على طول الخط مع التعويض الكامل للمكون التفاعلي. ومن الناحية العملية، من المستحيل تحقيق مثل هذه الظروف.

مهم!الحد الأقصى للطاقة المنقولة لخطوط الكهرباء ذات الفولتية 110 كيلو فولت أو أقل يقتصر فقط على تسخين الأسلاك. في خطوط الجهد العالي، يؤخذ في الاعتبار أيضًا الاستقرار الثابت لنظام الطاقة.

بعض قيم سعة الخطوط الهوائية عند الكفاءة = 0.9:

• 110 كيلو فولت: الطاقة الطبيعية – 30 ميجاوات، الحد الأقصى – 50 ميجاوات؛
• 220 كيلو فولت: الطاقة الطبيعية – 120-135 ميجاوات، الحد الأقصى – 350 ميجاوات للاستقرار و280 ميجاوات للتدفئة؛
• 500 كيلو فولت: الطاقة الطبيعية – 900 ميجاوات، والحد الأقصى – 1350 ميجاوات للاستقرار و1740 ميجاوات للتدفئة.

خسائر الكهرباء

لا تصل كل الكهرباء المولدة في محطة توليد الكهرباء إلى المستهلك. يمكن أن تكون خسائر الكهرباء:

1. اِصطِلاحِيّ. ناجمة عن خسائر في الأسلاك والمحولات وغيرها من المعدات بسبب التدفئة والعمليات الفيزيائية الأخرى؛
2. عدم اكتمال النظام المحاسبي في مؤسسات الطاقة؛
3. تجاري. يحدث بسبب مأخذ التيار الكهربائي، بالإضافة إلى أجهزة القياس، الفرق بين الطاقة الفعلية المستهلكة وتلك المسجلة بواسطة العداد، الخ.

تقنيات نقل الكهرباء لا تقف ساكنة. ويجري تطوير استخدام الكابلات فائقة التوصيل، مما يجعل من الممكن تقليل الخسائر إلى الصفر تقريبًا. لم يعد نقل الطاقة لاسلكيًا خيالًا لإعادة شحن الأجهزة المحمولة. وفي كوريا الجنوبية يعملون على إنشاء نظام نقل الطاقة لاسلكيًا للنقل المكهرب.

فيديو

وزارة التعليم العام والمهني

المؤسسة التعليمية الحكومية للجمعية العلمية والإنتاجية لمنطقة سفيردلوفسك

نيجني تاجيل المدرسة الثانوية المهنية "ميتالورج"

خلاصة

نقل الكهرباء عبر المسافات

المؤدي: بختر نيكولاي وبوريسوف ياروسلاف

الرئيس: مدرس الفيزياء ليودميلا فلاديميروفنا ريديخ

نيجني تاجيل 2008

مقدمة

الفصل 1. التيار الكهربائي

الفصل الثاني. توليد الطاقة الكهربائية

1 مولد كهربائي

مولد 2 ميجا اتش دي

3 مولد البلازما – البلازماترون

الفصل 3. نقل الكهرباء

1 خطوط الكهرباء

2 محول

الفصل 4. الطاقة لصانعي الصلب

1 إنتاج الصلب في الأفران الكهربائية

2 مستقبلات نموذجية للطاقة الكهربائية

خاتمة

فهرس

مقدمة

إن مجمع شبكة الكهرباء في منطقة سفيردلوفسك، بما في ذلك مركز الطاقة في نيجني تاجيل، على وشك إجراء تحولات كبيرة. من أجل تجنب أزمة الطاقة في جبال الأورال الوسطى، قامت حكومة منطقة سفيردلوفسك بتطوير واعتمدت الاتجاهات الرئيسية لتطوير صناعة الطاقة الكهربائية على مدى السنوات العشر المقبلة. نحن نتحدث في المقام الأول عن بناء جيل جديد، أي محطات توليد الطاقة التي تولد الكهرباء، ومواصلة تطوير مجمع الشبكة الكهربائية - بناء وإعادة بناء المحطات الفرعية ونقاط المحولات وخطوط الكهرباء ذات الفولتية المختلفة. في العام الماضي، وضعنا ووافقنا على برنامج استثماري طويل الأمد حتى عام 2012، يشير إلى مرافق محددة للطاقة الكهربائية التي تخضع لإعادة الإعمار وتلك التي يتعين بناؤها.

حتى عام 2001، لم يكن هناك نقص في قدرة الطاقة في منطقة تاجيل. ولكن بعد ذلك، بعد سنوات عديدة من الأزمة، ارتفعت مؤسساتنا الصناعية، كما يقولون، بدأت الشركات المتوسطة والصغيرة في التطور بنشاط، وزاد استهلاك الكهرباء بشكل كبير. واليوم، يبلغ العجز في قدرة الطاقة في نيجني تاجيل أكثر من 51 ميجاوات. هذا... ما يقرب من بطانتين. لكن المقارنة مع البطانة مشروطة. في الواقع، مشكلة نقص الطاقة هي الأكثر أهمية حاليًا بالنسبة للجزء المركزي من نيجني تاجيل. إن محطة Krasny Kamen الفرعية، التي تم بناؤها منذ أربعين عامًا، والتي تعتمد عليها فعليًا إمدادات الطاقة لوسط المدينة، قد عفا عليها الزمن أخلاقياً وجسديًا منذ فترة طويلة وتعمل في حدود قدراتها. ولسوء الحظ، يجب حرمان المستهلكين الجدد من الاتصال بالشبكة.

تحتاج نيجني تاجيل إلى محطة فرعية جديدة - محطة بريريشنايا الفرعية بجهد 110/35/6 كيلو فولت. ووفقا للتقديرات الأولية، فإن حجم الاستثمار الرأسمالي في بناء بريريشنايا سيكون حوالي 300 مليون روبل. يتضمن برنامج سفيردلوفينيرجو الاستثماري في نيجني تاجيل أيضًا إعادة بناء محطة سويوزنايا الفرعية، وبناء محطة ألتايسكايا الفرعية في فاجونكا ونقطة تحويل ديميدوفسكي في منطقة جاليانكي، مما سيؤدي إلى تحسين نظام إمدادات الطاقة للمدينة ككل بشكل جذري. الحدث الرئيسي لهذا العام هو محطة Staratel الفرعية، التي استثمرت Sverdlovenergo في إعادة بنائها 60 مليون روبل. حدث آخر مهم أيضًا في عام 2007 كان تشغيل محول ثانٍ جديد في محطة جاليانكا الفرعية.

بدأ بناء خط نقل الطاقة Chernoistochinsk - Belogorye بجهد 110 كيلو فولت وطول إجمالي يبلغ حوالي 18 كيلومترًا. تم تضمين هذا المرفق أيضًا في البرنامج الاستثماري لشركة Sverdlovenergo. إن تشغيل خط جديد لنقل الطاقة ذات الجهد العالي سيجعل من الممكن جعل مصدر الطاقة أكثر موثوقية ليس فقط لمجمع التزلج Belaya Mountain، ولكن أيضًا للمنطقة المجاورة بأكملها - قرى Uralets وVisim وVisimo-Utkinsk و المستوطنات الأخرى. سأقول المزيد: يوفر مشروع Belogorye أيضًا إنشاء محطة فرعية جديدة لـ Belogorye في قرية Uralets وإعادة بناء مجمع شبكة Uralets بالكامل، والذي يبلغ طوله 20 كيلومترًا على الأقل من الشبكات بجهد يتراوح بين 0.4 و6 كيلو فولت .

لغرض مقالتنا، قررنا إثارة مسألة نقل الكهرباء ليس فقط عبر مسافة، ولكن أيضًا استخدامها كعنصر ضروري في صناعة الصلب، نظرًا لأن مهنتنا ترتبط ارتباطًا وثيقًا بعملية صناعة الفولاذ الكهربائية هذه.

لتحقيق هذا الهدف، قررنا أن نضع لأنفسنا عدة مهام مهمة: 1) دراسة الأدبيات الإضافية المتعلقة بنقل الكهرباء وعلم المعادن الكهربائية؛ 2) التعرف على أنواع جديدة من المولدات والمحولات. 3) مراعاة التيار الكهربائي منذ استلامه وحتى تسليمه للمستهلك؛ 4) النظر في العمليات الفيزيائية والميكانيكية لإنتاج الصلب في الأفران الكهربائية.

في البداية، لم يكن الناس يعرفون كيفية استخدام الفولاذ والمواد المستخدمة من أصل محلي (النحاس والذهب والحديد النيزكي) لصنع أدوات مختلفة. ومع ذلك، لم تكن هذه الأساليب كافية لتلبية الاحتياجات البشرية. غالبًا ما كان الناس يبحثون عن فرصة الحصول على المعدن من الخام الموجود على سطح الأرض.

وهكذا، في مطلع الألفية الثانية والأولى قبل الميلاد، نشأت المرحلة الأولى من علم المعادن. انتقلت البشرية إلى الحصول مباشرة على الحديد من الخام عن طريق اختزاله في المسبوكات البدائية. نظرًا لاستخدام النفخ "الخام" (وليس الهواء الساخن) في هذه العملية، فقد سُميت هذه الطريقة بالنفخ الخام.

تميزت المرحلة الثانية من إنتاج الفولاذ (القرنين الرابع عشر والثامن عشر) بتحسين المسبوكات وزيادة حجم أفران نفخ الجبن. إن ظهور عجلة مائية واستخدامها لدفع منفاخ الحدادة جعل من الممكن تكثيف الانفجار وزيادة درجة الحرارة في موقد الفرن وتسريع حدوث التفاعلات الكيميائية.

أما المرحلة الثالثة فكانت تطوير طريقة أكثر تقدماً وإنتاجية لإنتاج الحديد منخفض الكربون في حالة تشبه العجين - ما يسمى بعملية البودلج - وهي عملية تحويل حديد الزهر إلى حديد على قاع عاكس ناري (البودنج) ) الفرن.

تتميز المرحلة الرابعة (أواخر القرن التاسع عشر ومنتصف القرن العشرين) بإدخال أربع طرق لإنتاج الفولاذ - بيسمر وتوماس والموقد المفتوح والمحول وصناعة الصلب الكهربائية، والتي، بالمناسبة، نود أن نتحدث عنها حول في ملخصنا، كمثال على استخدام الكهرباء من قبل مساعد صانع الصلب.

الفصل 1. التيار الكهربائي

لنقم بتوصيل مصباح كهربائي ببطارية كهربائية باستخدام الأسلاك. شكلت الأسلاك وخيوط المصباح الكهربائي حلقة مغلقة - دائرة كهربائية. يتدفق تيار كهربائي في هذه الدائرة، مما يؤدي إلى تسخين فتيل المصباح حتى يتوهج. ما هو التيار الكهربائي؟ هذه هي الحركة الموجهة للجزيئات المشحونة.

تحدث تفاعلات كيميائية في البطارية، ونتيجة لذلك تتراكم الإلكترونات - جزيئات المادة ذات الشحنة الأصغر - عند الطرف الذي يحمل علامة "-" (ناقص). يتكون المعدن الذي تصنع منه أسلاك وخيوط المصباح الكهربائي من ذرات تشكل شبكة بلورية. يمكن للإلكترونات المرور بحرية عبر هذه الشبكة. إن تدفق الإلكترونات عبر الموصلات (ما يسمى بالمواد التي تنقل التيار الكهربائي) من أحد أطراف البطارية إلى الطرف الآخر هو التيار الكهربائي. كلما زاد عدد الإلكترونات التي تمر عبر الموصل، زادت قوة التيار الكهربائي. يتم قياس التيار بالأمبير (A). إذا كان تيار 1 A يتدفق عبر موصل، فإن 6.24 * 1018 إلكترونًا تطير عبر المقطع العرضي للموصل كل ثانية. يحمل هذا العدد من الإلكترونات شحنة قدرها 1 درجة مئوية (كولوم).

يمكن مقارنة التيار الكهربائي في الدائرة التي تتكون من الأسلاك وخيوط المصباح والبطارية بتدفق السائل الذي يتحرك عبر أنابيب المياه. أسلاك التوصيل عبارة عن مقاطع من الأنابيب ذات مقطع عرضي كبير، وفتيل المصباح الكهربائي عبارة عن أنبوب رفيع، والبطارية عبارة عن مضخة تعمل على توليد الضغط. كلما زاد الضغط، كلما زاد تدفق السوائل. تعمل البطارية الموجودة في الدائرة الكهربائية على توليد الجهد (الضغط). كلما زاد الجهد، زاد التيار في الدائرة. يتم قياس الجهد بالفولت (V). من أجل تمرير تيار من خلال مصباح يدوي مما يجعل خيوطه تتوهج، هناك حاجة إلى جهد 3-4 فولت. يتم توفير الطاقة الكهربائية للشقق بجهد 127 أو 220 فولت، ومن خلال خطوط الكهرباء (خطوط الكهرباء). ينتقل التيار بجهد مئات الكيلوفولت ( كيلو فولت). الطاقة الكهربائية المنطلقة خلال 1 ثانية (الطاقة) تساوي منتج التيار والجهد. الطاقة عند تيار 1 أمبير وجهد 1 فولت تساوي 1 واط (W).

لا تمر جميع المواد بحرية بالتيار الكهربائي، على سبيل المثال، الزجاج والخزف والمطاط تقريبًا لا تمر بالتيار الكهربائي. وتسمى هذه المواد العوازل أو العوازل. الموصلات معزولة بالمطاط. العوازل لخطوط الكهرباء ذات الجهد العالي مصنوعة من الزجاج والخزف. ومع ذلك، حتى المعادن تقاوم التيار الكهربائي. عندما تتحرك الإلكترونات، فإنها "تدفع" الذرات التي يتكون منها المعدن، مما يجعلها تتحرك بشكل أسرع - مما يؤدي إلى تسخين الموصل. تمت دراسة تسخين الموصلات بالتيار الكهربائي لأول مرة من قبل العالم الروسي إي إتش لينز والفيزيائي الإنجليزي د. جول. تُستخدم خاصية التيار الكهربائي لتسخين الموصلات على نطاق واسع في التكنولوجيا. يقوم التيار الكهربائي بتسخين خيوط المصابيح الكهربائية وأجهزة التدفئة الكهربائية، ويصهر الفولاذ في الأفران الكهربائية.

في عام 1820، اكتشف الفيزيائي الدنماركي جي.ه. اكتشف أورستد أنه بالقرب من موصل يحمل تيارًا كهربيًا، تنحرف الإبرة المغناطيسية. وهكذا، تم اكتشاف الخاصية الرائعة للتيار الكهربائي لخلق مجال مغناطيسي. تمت دراسة هذه الظاهرة بالتفصيل من قبل العالم الفرنسي أ. أمبير. وجد أن السلكين المتوازيين اللذين يتدفق من خلالهما التيار في نفس الاتجاه يجذبان بعضهما البعض، وإذا كانت اتجاهات التيارات متعاكسة فإن السلكين يتنافران. وأوضح أمبير هذه الظاهرة من خلال تفاعل المجالات المغناطيسية التي تخلقها التيارات. يستخدم تأثير تفاعل الأسلاك مع المجالات الحالية والمغناطيسية في المحركات الكهربائية والمرحلات الكهربائية والعديد من أدوات القياس الكهربائية.

يمكن اكتشاف خاصية أخرى للتيار الكهربائي عن طريق تمرير التيار عبر المنحل بالكهرباء - محلول الملح أو الحمض أو القلوي. في الإلكتروليتات، تنقسم جزيئات المادة إلى أيونات - جزيئات جزيئات ذات شحنات موجبة أو سالبة. التيار في المنحل بالكهرباء هو حركة الأيونات. لتمرير التيار عبر المنحل بالكهرباء، يتم إنزال لوحتين معدنيتين متصلتين بمصدر تيار فيه. تتحرك الأيونات الموجبة نحو القطب المتصل بالطرف السالب. يتم إنشاء الأيونات في الأقطاب الكهربائية. وتسمى هذه العملية التحليل الكهربائي. بمساعدة التحليل الكهربائي، من الممكن عزل المعادن النقية عن الأملاح وطلاء الكروم والنيكل لأشياء مختلفة، وإجراء المعالجة الأكثر تعقيدًا للمنتجات التي لا يمكن إجراؤها على آلات قطع المعادن البسيطة، وفصل الماء إلى الأجزاء المكونة له - الهيدروجين والأكسجين.

في حمامات التحليل الكهربائي، في المصباح الكهربائي المتصل ببطارية مصباح يدوي، يتدفق التيار طوال الوقت في اتجاه واحد ولا تتغير قوة التيار. ويسمى هذا التيار بالتيار المباشر. ومع ذلك، في التكنولوجيا، يتم استخدام التيار المتردد في كثير من الأحيان، ويتغير اتجاهه وقوته بشكل دوري. يسمى وقت الدورة الكاملة لتغيير اتجاه التيار بالفترة، وعدد الفترات في 1 ثانية هو تردد التيار المتردد. يتغير التيار الصناعي الذي يحرك الآلات وينير الشوارع والشقق بتردد 50 دورة في الثانية الواحدة. يمكن تحويل التيار المتردد بسهولة - ويمكن زيادة وخفض جهده باستخدام المحولات.

ومع اختراع التلغراف والهاتف، تم استخدام التيار الكهربائي لنقل المعلومات. في البداية، تم إرسال نبضات طويلة وقصيرة من التيار المباشر عبر الأسلاك، تتوافق مع النقاط والشرطات الخاصة بشفرة مورس. تُستخدم مثل هذه النبضات الحالية، أو التيار النابض، ولكن بنظام ترميز معلومات أكثر تعقيدًا، في أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية الحديثة (أجهزة الكمبيوتر) لنقل الأرقام والأوامر والكلمات من جهاز آلي إلى آخر.

يمكن أيضًا استخدام التيار المتردد لنقل المعلومات. يمكن نقل المعلومات عن طريق التيار المتردد عن طريق تغيير سعة التذبذبات الحالية بطريقة معينة. يُسمى تشفير المعلومات هذا بتعديل السعة (AM). من الممكن أيضًا تغيير تردد تذبذبات التيار المتردد بحيث تتوافق بعض المعلومات مع تغيير معين في التردد. يسمى هذا الترميز تعديل التردد (FM). تحتوي أجهزة الاستقبال الراديوية على قنوات AM وFM تعمل على "فك" - تحويل - إلى صوت - التذبذبات المعدلة لموجات الراديو التي يستقبلها الهوائي.

في الوقت الحاضر، وجد التيار الكهربائي تطبيقا في جميع مجالات النشاط البشري. لا يمكن تصور قيادة الآلات والآلات وأنظمة المراقبة والتحكم الأوتوماتيكية والعديد من الأجهزة في مختبرات الأبحاث والأجهزة المنزلية دون استخدام التيار الكهربائي. الهاتف والتلغراف الحديث والراديو والتلفزيون وأجهزة الكمبيوتر الإلكترونية من آلات حاسبة الجيب إلى الآلات التي تتحكم في رحلات المركبات الفضائية - هذه كلها أجهزة تعتمد على دوائر التيار الكهربائي الأكثر تعقيدًا.

الفصل الثاني. توليد الطاقة الكهربائية

.1 المولد

تتمتع الطاقة الكهربائية بمزايا لا يمكن إنكارها مقارنة بجميع أنواع الطاقة الأخرى. ويمكن نقله عبر الأسلاك عبر مسافات شاسعة مع خسائر منخفضة نسبيًا ويتم توزيعه بسهولة بين المستهلكين. الشيء الرئيسي هو أن هذه الطاقة، بمساعدة أجهزة بسيطة إلى حد ما، يمكن تحويلها بسهولة إلى أي أشكال أخرى: ميكانيكية، داخلية (تسخين الأجسام)، طاقة ضوئية، إلخ.

يتمتع التيار المتناوب بميزة على التيار المباشر حيث يمكن تحويل (تحويل) الجهد والتيار ضمن نطاق واسع جدًا دون فقدان الطاقة تقريبًا. مثل هذه التحولات ضرورية في العديد من أجهزة الهندسة الكهربائية والراديو. ولكن هناك حاجة كبيرة بشكل خاص لتحويل الجهد والتيار عند نقل الكهرباء لمسافات طويلة.

يتم توليد التيار الكهربائي في المولدات - الأجهزة التي تحول الطاقة من نوع أو آخر إلى طاقة كهربائية. تشمل المولدات الخلايا الجلفانية، والآلات الكهروستاتيكية، والأعمدة الحرارية، والألواح الشمسية، وما إلى ذلك. يتم استكشاف إمكانيات إنشاء أنواع جديدة بشكل أساسي من المولدات. على سبيل المثال، يتم تطوير ما يسمى طاقات الوقود، حيث يتم تحويل الطاقة المنبعثة نتيجة تفاعل الهيدروجين مع الأكسجين مباشرة إلى كهرباء. يجري العمل الناجح حاليًا لإنشاء مولدات هيدروديناميكية مغناطيسية (مولدات MHD). في مولدات MHD، يتم تحويل الطاقة الميكانيكية لنفث من الغاز المتأين الساخن (البلازما) الذي يتحرك في مجال مغناطيسي مباشرة إلى طاقة كهربائية.

يتم تحديد نطاق تطبيق كل نوع من أنواع مولدات الكهرباء المدرجة حسب خصائصها. وبالتالي، فإن الآلات الكهروستاتيكية تخلق فرق جهد مرتفع، ولكنها غير قادرة على توليد أي تيار كبير في الدائرة. يمكن للخلايا الجلفانية أن تنتج تيارًا كبيرًا، لكن مدة عملها ليست طويلة.

يتم لعب الدور السائد في عصرنا عن طريق الحث الكهروميكانيكي لمولدات التيار المتردد. في هذه المولدات يتم تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. يعتمد عملهم على ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي. تتميز هذه المولدات بتصميم بسيط نسبيًا وتتيح الحصول على تيارات كبيرة بجهد عالٍ بدرجة كافية.

في المستقبل، عند الحديث عن المولدات، سنعني المولدات الكهروميكانيكية الحثية.

هناك العديد من الأنواع المختلفة من المولدات الحثية المتاحة اليوم. ولكنها جميعا تتكون من نفس الأجزاء الأساسية. هذا هو أولاً مغناطيس كهربائي أو مغناطيس دائم يخلق مجالًا مغناطيسيًا ، وثانيًا ، ملف يتم فيه تحفيز EMF متناوب (في نموذج المولد المدروس هذا إطار دوار). نظرًا لأن المجالات الكهرومغناطيسية المستحثة في المنعطفات المتصلة بالسلسلة تتراكم، فإن سعة المجال الكهرومغناطيسي المستحث في الإطار تتناسب مع عدد اللفات فيه. كما أنه يتناسب مع سعة التدفق المغناطيسي المتناوب Фm = BS خلال كل دورة.

للحصول على تدفق مغناطيسي كبير، تستخدم المولدات نظامًا مغناطيسيًا خاصًا يتكون من قلبين مصنوعين من الفولاذ الكهربائي. يتم وضع اللفات التي تخلق المجال المغناطيسي في فتحات أحد النوى، واللفات التي يتم فيها تحفيز المجال المغناطيسي تكون في فتحات الآخر. يدور أحد النوى (عادةً ما يكون داخليًا) مع لفاته حول محور أفقي أو رأسي. ولهذا السبب يطلق عليه اسم الدوار (أو عضو الإنتاج). يُطلق على النواة الثابتة مع لفها اسم الجزء الثابت (أو المحث). يتم جعل الفجوة بين قلب الجزء الثابت والدوار صغيرة قدر الإمكان. وهذا يضمن أعلى قيمة لتدفق الحث المغناطيسي.

في نموذج المولد الموضح في الشكل 19، يدور إطار سلكي، وهو عبارة عن دوار (على الرغم من عدم وجود قلب حديدي). يتم إنشاء المجال المغناطيسي بواسطة مغناطيس دائم ثابت. بالطبع، من الممكن أن تفعل العكس - قم بتدوير المغناطيس واترك الإطار بلا حراك.

في المولدات الصناعية الكبيرة، فإن المغناطيس الكهربائي، وهو الجزء المتحرك، هو الذي يدور، بينما يتم وضع اللفات التي يتم فيها تحفيز المجال الكهرومغناطيسي في فتحات الجزء الثابت وتبقى ثابتة. الحقيقة هي أنه يجب توفير التيار للدوار أو إزالته من ملف الدوار إلى دائرة خارجية باستخدام جهات الاتصال المنزلقة. للقيام بذلك، تم تجهيز الدوار بحلقات انزلاقية متصلة بنهايات لفه. يتم ضغط الألواح الثابتة - الفرش - على الحلقات وتوصيل لف الدوار بالدائرة الخارجية. إن القوة الحالية في ملفات المغناطيس الكهربائي التي تخلق المجال المغناطيسي أقل بكثير من التيار الذي يوفره المولد للدائرة الخارجية. ولذلك، فمن الأكثر ملاءمة لإزالة التيار المتولد من اللفات الثابتة، ومن خلال الاتصالات المنزلقة لتوفير تيار ضعيف نسبيا للمغناطيس الكهربائي الدوار. يتم إنشاء هذا التيار بواسطة مولد DC منفصل (المثير) الموجود على نفس العمود.

في المولدات منخفضة الطاقة، يتم إنشاء المجال المغناطيسي بواسطة مغناطيس دائم دوار. في هذه الحالة، ليست هناك حاجة إلى حلقات وفرش على الإطلاق.

يتم تفسير ظهور المجالات الكهرومغناطيسية في اللفات الثابتة من خلال ظهور مجال كهربائي دوامي فيها، ناتج عن تغير في التدفق المغناطيسي عندما يدور الجزء المتحرك.

إذا كان الإطار المسطح يدور في مجال مغناطيسي منتظم، فإن فترة القوة الدافعة الكهربية المتولدة تساوي فترة دوران الإطار. هذا ليس مناسبًا دائمًا. على سبيل المثال، للحصول على تيار متردد بتردد 50 هرتز، يجب أن ينتج الإطار 50 دورة/ثانية في مجال مغناطيسي موحد، أي. 3000 دورة في الدقيقة ستكون نفس سرعة الدوران مطلوبة في حالة دوران مغناطيس دائم ثنائي القطب أو مغناطيس كهربائي ثنائي القطب. في الواقع، يجب أن تكون فترة تغير التدفق المغناطيسي التي تخترق لفات الجزء الثابت مساوية لـ 1/50 ثانية. للقيام بذلك، يجب على كل قطب من أقطاب الجزء المتحرك أن يمرر دوراته 50 مرة في الثانية. يمكن تقليل سرعة الدوران إذا كنت تستخدم مغناطيسًا كهربائيًا يحتوي على 2، 3، 4... أزواج من الأقطاب كدوار. ثم تتوافق فترة التيار المتولد مع الوقت اللازم لتدوير الدوار بمقدار 1/2، 1/3، 1/4 ... أجزاء من الدائرة، على التوالي. ونتيجة لذلك، يمكن تدوير الدوار 2، 3، 4... مرات أبطأ. وهذا مهم عندما يتم تشغيل المولد بواسطة محركات منخفضة السرعة، مثل التوربينات الهيدروليكية. وبالتالي، فإن دوارات مولدات محطة الطاقة الكهرومائية Uglich على نهر الفولغا تنتج 62.5 دورة في الدقيقة ولديها 48 زوجًا من الأعمدة.

مولد 2.2 ميجا اتش دي

أساس الطاقة الحديثة هو محطات الطاقة الحرارية (CHP). يعتمد تشغيل محطات الطاقة الحرارية على تحويل الطاقة الحرارية المنبعثة أثناء احتراق الوقود العضوي، أولاً إلى طاقة ميكانيكية لدوران عمود التوربين البخاري أو الغازي، ثم بمساعدة مولد كهربائي إلى طاقة كهربائية . ونتيجة لهذا التحويل المزدوج، يتم إهدار الكثير من الطاقة - حيث يتم إطلاقها على شكل حرارة في الهواء، وإنفاقها على معدات التدفئة، وما إلى ذلك.

هل من الممكن تقليل نفقات الطاقة غير الطوعية هذه، وتقصير عملية تحويل الطاقة، والقضاء على المراحل المتوسطة لتحويل الطاقة؟ اتضح أن هذا ممكن. إحدى محطات الطاقة التي تقوم بتحويل طاقة سائل أو غاز متحرك موصل للكهرباء مباشرة إلى طاقة كهربائية هو المولد الهيدروديناميكي المغناطيسي، أو مولد MHD للاختصار.

تمامًا كما هو الحال في المولدات الكهربائية التقليدية، يعتمد مولد MHD على ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي: ينشأ تيار كهربائي في موصل يعبر خطوط المجال المغناطيسي. في مولد MHD، مثل هذا الموصل هو ما يسمى بسائل العمل - السائل أو الغاز أو المعدن السائل ذو الموصلية الكهربائية العالية. عادةً ما تستخدم مولدات MHD الغاز المتأين الساخن أو البلازما. عندما تتحرك البلازما عبر المجال المغناطيسي، تنشأ فيها تدفقات موجهة بشكل معاكس لحاملات الشحنة - الإلكترونات الحرة والأيونات الموجبة.

يتكون مولد MHD من قناة تتحرك من خلالها البلازما، ومغناطيس كهربائي لإنشاء مجال مغناطيسي، وأقطاب كهربائية تقمع حاملات الشحنة. ونتيجة لذلك، ينشأ فرق جهد بين الأقطاب الكهربائية الموجودة بشكل متقابل، مما يسبب تيارًا كهربائيًا في الدائرة الخارجية المتصلة بها. وهكذا، يقوم مولد MHD بتحويل طاقة البلازما المتحركة مباشرة إلى كهرباء، دون أي تحويلات وسيطة.

الميزة الرئيسية لمولد MHD مقارنة بالمولدات الكهرومغناطيسية التقليدية هي عدم وجود مكونات وأجزاء ميكانيكية متحركة، كما هو الحال، على سبيل المثال، في مولد توربو أو الهيدروجين. هذا الظرف يجعل من الممكن زيادة درجة الحرارة الأولية لسائل العمل بشكل كبير، وبالتالي كفاءة المولد.

تم بناء أول مولد MHD تجريبي بقدرة 11.5 كيلووات فقط في عام 1959 في الولايات المتحدة الأمريكية. في عام 1965، تم التحقيق في أول مولد MHD سوفيتي في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، وفي عام 1971، تم إطلاق محطة تجريبية - نوع من محطة توليد الكهرباء مع مولد MHD بقدرة 25 ميجاوات. يمكن استخدام محطات الطاقة هذه، على سبيل المثال، كمصادر احتياطية أو مصادر للطوارئ للكهرباء، بالإضافة إلى مصادر الطاقة للأجهزة التي تتطلب استهلاكًا كبيرًا للكهرباء في فترة زمنية قصيرة.

2.3 مولد البلازما - البلازماترون

إذا تم تسخين المادة الصلبة أكثر من اللازم، فإنها سوف تتحول إلى سائل. إذا قمت برفع درجة الحرارة أعلى من ذلك، فسوف يتبخر السائل ويتحول إلى غاز.

ولكن ماذا يحدث إذا واصلت زيادة درجة الحرارة؟ ستبدأ ذرات المادة بفقد إلكتروناتها، وتتحول إلى أيونات موجبة. بدلا من الغاز، يتم تشكيل خليط غازي، يتكون من إلكترونات وأيونات وذرات محايدة تتحرك بحرية. يطلق عليه البلازما.

في الوقت الحاضر، تستخدم البلازما على نطاق واسع في مجموعة متنوعة من مجالات العلوم والتكنولوجيا: للمعالجة الحرارية للمعادن، وتطبيق الطلاءات المختلفة عليها، والصهر والعمليات المعدنية الأخرى. في الآونة الأخيرة، أصبحت البلازما تستخدم على نطاق واسع من قبل الكيميائيين. ووجدوا أنه في طائرة البلازما، تزداد سرعة وكفاءة العديد من التفاعلات الكيميائية بشكل كبير. على سبيل المثال، عن طريق إدخال الميثان في تيار بلازما الهيدروجين، يمكن تحويله إلى أسيتيلين ذي قيمة كبيرة. أو وضع أبخرة الزيت على عدد من المركبات العضوية - الإيثيلين والبروبيلين وغيرها، والتي تعمل فيما بعد كمواد خام مهمة لإنتاج مواد البوليمر المختلفة.

مخطط مولد البلازما - بلازماترون

طائرة بلازما

تفريغ القوس

قنوات دوامة الغاز.

الكاثود المعدني الحراري؛

غاز تشكيل البلازما.

حامل الكهربائي؛

غرفة التفريغ

الملف اللولبي؛

أنود النحاس.

كيفية صنع البلازما؟ يتم استخدام شعلة البلازما، أو مولد البلازما، لهذا الغرض.

إذا قمت بوضع أقطاب كهربائية معدنية في وعاء يحتوي على غاز وقمت بتطبيق جهد كهربائي عالي عليها، فسوف يحدث تفريغ كهربائي. توجد دائمًا إلكترونات حرة في الغاز. تحت تأثير التيار الكهربائي، فإنها تتسارع، وتتصادم مع ذرات الغاز المحايدة، وتطرد الإلكترونات منها وتشكل جزيئات مشحونة كهربائيًا - أيونات، أي. تأين الذرات. يتم أيضًا تسريع الإلكترونات المحررة بواسطة المجال الكهربائي وتأيين الذرات الجديدة، مما يزيد من عدد الإلكترونات والأيونات الحرة. تتطور العملية مثل الانهيار الجليدي، حيث تتأين ذرات المادة بسرعة كبيرة وتتحول المادة إلى بلازما.

تحدث هذه العملية في البلازماترون القوسي. يتم إنشاء جهد عالي بين الكاثود والأنود، والذي يمكن أن يكون، على سبيل المثال، معدنًا يحتاج إلى المعالجة باستخدام البلازما. يتم توفير مادة مكونة للبلازما، غالبًا ما تكون غازية - الهواء والنيتروجين والأرجون والهيدروجين والميثان والأكسجين وما إلى ذلك، في مساحة غرفة التفريغ. تحت تأثير الجهد العالي، يحدث تفريغ في الغاز، ويتشكل قوس البلازما بين الكاثود والأنود. لتجنب ارتفاع درجة حرارة جدران غرفة التفريغ، يتم تبريدها بالماء. تسمى الأجهزة من هذا النوع بمشاعل البلازما ذات قوس بلازما خارجي. يتم استخدامها للقطع واللحام وصهر المعادن وما إلى ذلك.

تم تصميم شعلة البلازما بشكل مختلف إلى حد ما لإنشاء طائرة بلازما. يتم نفخ الغاز المكون للبلازما بسرعة عالية عبر نظام من القنوات الحلزونية و"إشعاله" في الفراغ الموجود بين الكاثود وجدران غرفة التفريغ، وهي الأنود. يتم إخراج البلازما، الملتوية في طائرة كثيفة بفضل القنوات الحلزونية، من الفوهة، ويمكن أن تصل سرعتها من 1 إلى 10000 م/ث. يساعد المجال المغناطيسي الناتج عن المحث على "ضغط" البلازما من جدران الغرفة وجعل نفاثتها أكثر كثافة. تتراوح درجة حرارة طائرة البلازما عند مخرج الفوهة من 3000 إلى 25000 كلفن.

نلقي نظرة فاحصة على هذا الرسم. هل يذكرك بشيء معروف؟

وبطبيعة الحال، هذا محرك نفاث. يتم إنشاء قوة الدفع في المحرك النفاث بواسطة تيار من الغازات الساخنة التي يتم إخراجها بسرعة عالية من الفوهة. كلما زادت السرعة، زادت قوة الجر. ما هو الأسوأ في البلازما؟ سرعة الطائرة مناسبة تمامًا - تصل إلى 10 كم/ثانية. وبمساعدة المجالات الكهربائية الخاصة، يمكن تسريع البلازما بشكل أكبر - حتى 100 كيلومتر في الثانية. وهذا يعادل حوالي 100 مرة سرعة الغازات الموجودة في المحركات النفاثة الموجودة. وهذا يعني أن دفع المحركات النفاثة البلازما أو الكهربائية يمكن أن يكون أكبر، ويمكن تقليل استهلاك الوقود بشكل كبير. تم بالفعل اختبار العينات الأولى من محركات البلازما في الفضاء.

الفصل 3. نقل الكهرباء

.1 خطوط الكهرباء

تختلف الطاقة الكهربائية بشكل إيجابي عن جميع أنواع الطاقة حيث يمكن أن تنتقل تدفقاتها القوية على الفور تقريبًا لمسافة آلاف الكيلومترات. "قنوات" أنهار الطاقة هي خطوط نقل الطاقة (PTLs) - الروابط الرئيسية لأنظمة الطاقة.

حاليًا، يتم بناء نوعين من خطوط الكهرباء: علوية، والتي تحمل التيار من خلال الأسلاك فوق سطح الأرض، وتحت الأرض، والتي تنقل التيار من خلال كابلات الطاقة الموضوعة، كقاعدة عامة، في الخنادق تحت الأرض.

تتكون خطوط الكهرباء من دعامات - خرسانية أو معدنية، يتم ربط أكاليل من البورسلين أو العوازل الزجاجية على أكتافها. يتم تمديد أسلاك النحاس أو الألومنيوم أو الفولاذ والألومنيوم بين الدعامات وتعليقها من العوازل. يدعم خط نقل الطاقة الخطوات عبر الصحاري والتايغا، والتسلق عالياً إلى الجبال، وعبور الأنهار والوديان الجبلية.

يعمل الهواء كعازل بين الأسلاك. لذلك، كلما زاد التوتر، كلما زادت المسافة بين الأسلاك. كما تمر خطوط الكهرباء عبر الحقول بالقرب من المناطق المأهولة بالسكان. لذلك يجب تعليق الأسلاك على ارتفاع آمن للناس. تعتمد خصائص الهواء كعازل على الظروف المناخية والأرصاد الجوية. يجب على صانعي خطوط الكهرباء أن يأخذوا في الاعتبار قوة الرياح السائدة، والاختلافات في درجات الحرارة في الصيف والشتاء، وأكثر من ذلك بكثير. هذا هو السبب في أن بناء كل خط جديد لنقل الطاقة يتطلب عملاً جادًا من قبل المساحين لأفضل الطرق والبحث العلمي والنمذجة والحسابات الهندسية المعقدة وحتى مهارة البنائين العالية.

تم توفير الإنشاء المتزامن لمحطات الطاقة والشبكات الكهربائية القوية في خطة GOERLO. عند نقل الكهرباء عبر الأسلاك عبر مسافة ما، فإن فقدان الطاقة أمر لا مفر منه، لأنه عندما يمر التيار الكهربائي عبر الأسلاك، فإنه يسخنها. لذلك، فإن نقل تيار منخفض الجهد، 127 - 220 فولت، عند دخوله إلى شققنا، لمسافة تزيد عن 2 كم أمر غير مربح. لتقليل الفاقد في الأسلاك، يتم زيادة جهد التيار الكهربائي في محطات رفع الكهرباء الفرعية قبل إمداده إلى الخط. ومع زيادة قوة محطات توليد الطاقة وتوسيع المناطق المغطاة بالكهرباء، يزداد جهد التيار المتردد على خطوط النقل باستمرار إلى 220 و380 و500 و750 كيلوفولت. ولربط أنظمة الطاقة في سيبيريا وشمال كازاخستان وجزر الأورال، تم بناء خط نقل الطاقة بقدرة 1150 كيلو فولت. لا توجد مثل هذه الخطوط في أي بلد في العالم: يصل ارتفاع الدعامات إلى 45 مترًا (ارتفاع مبنى مكون من 15 طابقًا)، والمسافة بين أسلاك كل مرحلة من المراحل الثلاث 23 مترًا.

إلا أن أسلاك الجهد العالي تشكل خطراً على الحياة، ومن المستحيل إدخالها إلى المنازل والمصانع والمصانع. ولهذا السبب، قبل نقل الكهرباء إلى المستهلك، يتم تقليل تيار الجهد العالي في المحطات الفرعية المتدرجة.

دائرة نقل التيار المتردد هي كما يلي. يتم تغذية تيار الجهد المنخفض الناتج عن المولد إلى محول المحطة الفرعية، وتحويله إلى تيار جهد عالي، ثم على طول خط الكهرباء يذهب إلى مكان استهلاك الطاقة، وهنا يتم تحويله بواسطة المحول إلى جهد منخفض الحالي، ومن ثم يذهب إلى المستهلكين.

بلدنا هو المؤسس لنوع آخر من خطوط نقل الطاقة - خطوط التيار المباشر. يعد نقل التيار المباشر عبر خطوط الكهرباء أكثر ربحية من التيار المتردد، لأنه إذا تجاوز طول الخط 1.5-2 ألف كيلومتر، فإن خسائر الكهرباء عند نقل التيار المباشر ستكون أقل. قبل إدخال التيار إلى منازل المستهلكين، يتم تحويله مرة أخرى إلى تيار متناوب.

لإدخال تيار الجهد العالي إلى المدن وتوزيعه على المحطات الفرعية الكهربائية، يتم وضع خطوط كهرباء الكابلات تحت الأرض. يعتقد الخبراء أن خطوط الطاقة الهوائية في المستقبل سوف تفسح المجال عمومًا لخطوط الكابلات. الخطوط الهوائية لها عيب: يتم إنشاء مجال كهربائي حول أسلاك الجهد العالي التي تتجاوز المجال المغناطيسي للأرض. وهذا له تأثير سلبي على جسم الإنسان. قد يشكل هذا خطرًا أكبر في المستقبل، عندما يزداد الجهد والتيار المنقول عبر خطوط الكهرباء بشكل أكبر. بالفعل، ومن أجل تجنب العواقب غير المرغوب فيها، من الضروري إنشاء "حق المرور" حول خطوط الكهرباء حيث يُحظر بناء أي شيء.

تم اختبار خط كابل يحاكي خطوط الكهرباء فائقة التوصيل المستقبلية. داخل الأنبوب المعدني، المغطى بعدة طبقات من العزل الحراري الأكثر تقدمًا، يوجد قلب نحاسي يتكون من العديد من الموصلات، كل منها مغطى بفيلم من النيوبيوم. داخل الأنبوب، يتم الحفاظ على البرد الكوني الحقيقي - درجة حرارة 4.2 ك. عند درجة الحرارة هذه، لا يوجد فقدان للكهرباء بسبب المقاومة.

لنقل الكهرباء، طور العلماء خطوطًا مملوءة بالغاز (GIL). GIL عبارة عن أنبوب معدني مملوء بغاز سداسي فلوريد الكبريت. هذا الغاز هو عازل ممتاز. تظهر الحسابات أنه عند زيادة ضغط الغاز، من الممكن نقل تيار كهربائي بجهد يصل إلى 500 كيلو فولت من خلال الأسلاك الموضوعة داخل الأنبوب.

ومن شأن خطوط الكهرباء الموضوعة تحت الأرض أن تنقذ مئات الآلاف من الهكتارات من الأراضي الثمينة، وخاصة في المدن الكبرى.

وكما قلنا، يرتبط نقل الكهرباء هذا بخسائر ملحوظة. الحقيقة هي أن التيار الكهربائي يسخن أسلاك خطوط الكهرباء. وفقا لقانون Joule-Lenz، يتم تحديد الطاقة المستهلكة لتسخين أسلاك الخط من خلال الصيغة

س = أنا 2غ

حيث R هي مقاومة الخط. إذا كان طول الخط طويلا جدا، فقد يصبح نقل الطاقة غير مربح اقتصاديا. من الصعب جدًا عمليًا تقليل مقاومة الخط بشكل كبير. لذلك، من الضروري تقليل القوة الحالية.

وبما أن الطاقة الحالية تتناسب مع منتج التيار والجهد، فمن الضروري للحفاظ على الطاقة المرسلة زيادة الجهد في خط النقل. علاوة على ذلك، كلما كان خط النقل أطول، كلما كان استخدام جهد أعلى أكثر ربحية. وهكذا، في خط نقل الجهد العالي Volzhskaya HPP - موسكو، يتم استخدام جهد 500 كيلو فولت. وفي الوقت نفسه، يتم تصنيع مولدات التيار المتردد لجهد لا يتجاوز 16-20 كيلو فولت. تتطلب الجهود العالية إجراءات خاصة معقدة لعزل اللفات والأجزاء الأخرى من المولدات.

ولهذا السبب يتم تركيب محولات تصعيدية في محطات الطاقة الكبيرة. يقوم المحول بزيادة الجهد في الخط بنفس المقدار الذي يقلل به التيار.

لاستخدام الكهرباء مباشرة في محركات الآلات الآلية وفي شبكة الإضاءة ولأغراض أخرى يجب تخفيض الجهد الكهربائي عند أطراف الخط. ويتم تحقيق ذلك باستخدام المحولات التنحي.

عادةً ما يحدث انخفاض في الجهد وبالتالي زيادة التيار على عدة مراحل. وفي كل مرحلة، يصبح الجهد أقل فأقل، وتصبح المنطقة التي تغطيها الشبكة الكهربائية أوسع (الشكل 4).

عندما يكون الجهد مرتفعًا جدًا، يبدأ تفريغ الهالة بين الأسلاك، مما يؤدي إلى فقدان الطاقة. يجب أن تكون السعة المسموح بها للجهد المتناوب بحيث تكون خسائر الطاقة الناجمة عن تفريغ الهالة ضئيلة بالنسبة لمنطقة مقطعية معينة من السلك.

ترتبط محطات الطاقة الكهربائية في عدد من مناطق الدولة بخطوط نقل الجهد العالي، لتشكل شبكة كهربائية مشتركة يتصل بها المستهلكون. هذا المزيج، الذي يسمى نظام الطاقة، يجعل من الممكن تخفيف أحمال "الذروة" من استهلاك الطاقة في ساعات الصباح والمساء. يضمن نظام الطاقة توفير الطاقة دون انقطاع للمستهلكين بغض النظر عن موقعهم. الآن يتم تزويد كامل أراضي البلاد تقريبًا بالكهرباء من خلال أنظمة الطاقة الموحدة.

إن فقدان 1٪ من الكهرباء يوميًا لبلدنا يؤدي إلى خسارة حوالي نصف مليون روبل.

3.2 المحولات

يختلف التيار المتردد بشكل إيجابي عن التيار المباشر حيث يمكن تغيير قوته بسهولة نسبيًا. تسمى الأجهزة التي تحول التيار المتردد لجهد واحد إلى تيار متردد لجهد آخر المحولات الكهربائية (من الكلمة اللاتينية "transformo" - "أحول"). تم اختراع المحول من قبل المهندس الكهربائي الروسي P. N. Yablochkin في عام 1876.

يتكون المحول من عدة ملفات (لفات) ملفوفة على إطار بسلك معزول، والتي يتم وضعها على قلب مصنوع من صفائح فولاذية رفيعة خاصة.

يقوم تيار كهربائي متناوب يتدفق عبر أحد اللفات، يسمى الملف الأولي، بإنشاء مجال مغناطيسي متناوب حوله وفي القلب، ويعبر المنعطفات في الملف الآخر - الثانوي - للمحول، مما يثير قوة دافعة كهربائية متناوبة فيه. يكفي توصيل مصباح متوهج بأطراف الملف الثانوي، وسوف يتدفق التيار المتردد في الدائرة المغلقة الناتجة. وبالتالي، يتم نقل الطاقة الكهربائية من أحد ملفات المحول إلى آخر دون توصيلهما مباشرة، وذلك فقط بسبب المجال المغناطيسي المتناوب الذي يربط اللفات.

إذا كان لكلا الملفين عدد مختلف من اللفات، فسيتم حث نفس الجهد في الملف الثانوي كما هو مستحث في الملف الأولي. على سبيل المثال، إذا قمت بتطبيق تيار متردد قدره 220 فولت على اللف الأولي للمحول، فسيظهر تيار 220 فولت في اللف الثانوي. إذا كانت اللفات مختلفة، فلن يكون الجهد في اللف الثانوي متساويًا للجهد الموردة للملف الأولي. في محول خطوة المتابعة، أي. في المحول الذي يزيد من جهد التيار الكهربائي، يحتوي الملف الثانوي على عدد أكبر من المنعطفات من الملف الأولي، وبالتالي فإن الجهد عليه أكبر من الجهد الأولي. في المحول المتنحي، على العكس من ذلك، يحتوي الملف الثانوي على عدد أقل من المنعطفات من الملف الأساسي، وبالتالي فإن الجهد عليه أقل.

تستخدم المحولات على نطاق واسع في الصناعة والحياة اليومية. تتيح محولات الطاقة الكهربائية نقل التيار المتردد على طول خطوط الكهرباء لمسافات طويلة مع فقد منخفض للطاقة. للقيام بذلك، يتم رفع جهد التيار المتردد الناتج عن مولدات محطة توليد الكهرباء إلى جهد يصل إلى عدة مئات الآلاف من الفولتات باستخدام المحولات وإرسالها على طول خطوط الكهرباء في اتجاهات مختلفة. وعند نقطة استهلاك الطاقة، على بعد عدة كيلومترات من محطة توليد الكهرباء، يتم تقليل هذا الجهد بواسطة المحولات.

أثناء التشغيل، تصبح المحولات القوية ساخنة جدًا. لتقليل تسخين القلب واللفات، يتم وضع المحولات في خزانات خاصة مع الزيوت المعدنية. المحول الكهربائي المجهز بنظام التبريد هذا له أبعاد رائعة للغاية: يصل ارتفاعه إلى عدة أمتار ووزنه مئات الأطنان. وبالإضافة إلى هذه المحولات، هناك أيضًا محولات قزمة تعمل في أجهزة الراديو والتلفزيون وأجهزة التسجيل والهواتف. بمساعدة هذه المحولات، يتم الحصول على العديد من الفولتية التي تغذي دوائر مختلفة للجهاز، فهي تنقل الإشارات من دائرة كهربائية إلى أخرى، من سلسلة إلى سلسلة، ودوائر كهربائية منفصلة.

كما قلنا من قبل، يتكون المحول من قلب فولاذي مغلق، حيث يتم وضع ملفين (أحيانًا أكثر) مع لفات سلكية (الشكل 5). يتم توصيل أحد اللفات، والتي تسمى اللف الأولي، بمصدر جهد متناوب. اللف الثاني الذي يتصل به "الحمل" أي. تسمى الأجهزة والأجهزة التي تستهلك الكهرباء بالثانوية. يظهر الرسم التخطيطي لمحول ذو ملفين في الشكل 6.

يعتمد تشغيل المحول على ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي. عندما يمر التيار المتردد عبر الملف الأولي، يظهر تدفق مغناطيسي متناوب في القلب، مما يثير قوة دافعة مستحثة في كل ملف. يركز قلب المحولات الفولاذي المجال المغناطيسي بحيث يكون التدفق المغناطيسي موجودًا بشكل حصري تقريبًا داخل القلب ويكون هو نفسه في جميع أقسامه.

القيمة اللحظية للقوة الدافعة الكهربية المستحثة في أي دورة للملف الأولي أو الثانوي هي نفسها. وفقا لقانون فاراداي، يتم تحديده من خلال الصيغة

ه = - ه،

حيث Ф هو مشتق تدفق الحث المغناطيسي بالنسبة للزمن. لو

و=و م كوس بالوزن، ثم

لذلك،

ه = ثФ م ,

ه = ه م ,

حيث E م = ث م - سعة المجال الكهرومغناطيسي في دورة واحدة.

إذا كانت الدائرة التي تستهلك الكهرباء متصلة بنهايات الملف الثانوي، أو كما يقولون، تم تحميل محول، فإن التيار في الملف الثانوي لن يكون صفراً. التيار الناتج، وفقا لقاعدة لينز، يجب أن يقلل من التغيرات في المجال المغناطيسي في القلب.

لكن تقليل سعة تذبذبات التدفق المغناطيسي الناتج يجب أن يؤدي بدوره إلى تقليل القوة الدافعة الكهربية المستحثة في الملف الأولي. ومع ذلك، هذا مستحيل، لأنه وفقا لش 1~ه 1. لذلك، عندما تكون دائرة الملف الثانوي مغلقة، فإن التيار في الملف الأولي يزداد تلقائيًا. تزداد سعتها بطريقة تستعيد القيمة السابقة لسعة تذبذبات التدفق المغناطيسي الناتج.

تحدث الزيادة في قوة التيار في دائرة الملف الأولي وفقًا لقانون الحفاظ على الطاقة: إن إطلاق الكهرباء في الدائرة المتصلة بالملف الثانوي للمحول يكون مصحوبًا باستهلاك نفس الطاقة من الشبكة بواسطة اللف الابتدائي. الطاقة في الدائرة الأولية عند حمل محول قريب من الحمل المقنن تساوي تقريبًا الطاقة في الدائرة الثانوية: U 1أنا 1~ ش 2أنا 2.

هذا يعني أنه من خلال زيادة الجهد عدة مرات باستخدام محول، فإننا نقوم بتقليل التيار بنفس المقدار (والعكس صحيح).

في المحولات القوية الحديثة، لا يتجاوز إجمالي فقدان الطاقة 2-3٪.

لكي يكون نقل الطاقة الكهربائية مربحًا اقتصاديًا، من الضروري تقليل فقد التدفئة للأسلاك قدر الإمكان. ويتم تحقيق ذلك عن طريق نقل الكهرباء لمسافات طويلة تحت الجهد العالي. والحقيقة هي أنه عندما يزيد الجهد، يمكن نقل نفس الطاقة عند قوة تيار أقل، وهذا يؤدي إلى انخفاض في تسخين الأسلاك، وبالتالي انخفاض في فقدان الطاقة. في الممارسة العملية، عند نقل الطاقة، يتم استخدام الفولتية 110، 220، 380، 500، 750 و 1150 كيلو فولت. كلما كان خط الطاقة أطول، كلما زاد الجهد الذي يستخدمه.

تنتج مولدات التيار المتردد جهدًا يصل إلى عدة كيلو فولت. يعد تحويل المولدات إلى جهد أعلى أمرًا صعبًا - وفي هذه الحالات، ستكون هناك حاجة إلى عزل عالي الجودة لجميع أجزاء المولد تحت التيار. لذلك، عند نقل الطاقة لمسافات طويلة، من الضروري زيادة الجهد باستخدام المحولات المثبتة في المحطات الفرعية.

مخطط تشغيل المحطات الفرعية: التصعيد، المحول (الجر)، التنحي.

وينتقل الجهد العالي المحول عبر خطوط الكهرباء إلى نقطة الاستهلاك. ولكن المستهلك لا يحتاج إلى الجهد العالي. يجب خفضه. يتم تحقيق ذلك في المحطات الفرعية المتدرجة.

تنقسم المحطات الفرعية المتدرجة إلى محطات فرعية محلية ومحطات فرعية رئيسية ومحلية. تستقبل المناطق الكهرباء مباشرة من خطوط الكهرباء ذات الجهد العالي، وتخفض الجهد وتنقله إلى المحطات الفرعية الرئيسية، حيث يتم تخفيض الجهد إلى 6.10 أو 35 كيلو فولت. ومن المحطات الفرعية الرئيسية يتم إمداد الكهرباء إلى المحطات المحلية، حيث يتم تخفيض الجهد إلى 500، 380، 220 فولت وتوزيعها على المؤسسات الصناعية والمباني السكنية.

في بعض الأحيان توجد أيضًا محطة تحويل فرعية خلف المحطة الفرعية، حيث يتم تحويل التيار الكهربائي المتردد إلى تيار مباشر. هذا هو المكان الذي يحدث فيه التصحيح الحالي. ينتقل التيار المباشر عبر خطوط الكهرباء لمسافات طويلة. في نهاية الخط في نفس المحطة الفرعية، يتم تحويله مرة أخرى (مقلوبًا) إلى تيار متردد، والذي يتم توفيره للمحطات الفرعية الرئيسية. لتشغيل منشآت النقل والمنشآت الصناعية المكهربة بالتيار المباشر ، يتم بناء محطات فرعية للمحولات (في النقل تسمى الجر) بجوار المحطات الفرعية الرئيسية والمحلية.

مولد محول التيار الكهربائي

الفصل 4. الطاقة لصانعي الصلب

.1 إنتاج الصلب في الأفران الكهربائية

الفرن الكهربائي هو وحدة يتم فيها نقل الحرارة التي يتم الحصول عليها عن طريق تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية إلى المادة التي يتم صهرها. حسب طريقة تحويل الطاقة الكهربائية إلى حرارة تنقسم الأفران الكهربائية إلى المجموعات التالية:

) القوس، حيث يتم تحويل الكهرباء إلى حرارة في القوس؛

) أفران المقاومة، حيث تتولد الحرارة في عناصر خاصة أو مواد أولية نتيجة مرور تيار كهربائي من خلالها؛

) مجتمعة، تعمل في وقت واحد كأفران القوس والمقاومة (الأفران الحرارية الخام)؛

) الحث، حيث يتم تسخين المعدن بواسطة تدفقات دوامة متحمسة فيه عن طريق الحث الكهرومغناطيسي؛

) شعاع الإلكترون، حيث بمساعدة تيار كهربائي في الفراغ، يتم إنشاء تدفق موجه بشكل صارم للإلكترونات، وقصف وذوبان المواد الأولية؛

) البلازما، حيث يتم تسخين وصهر المعدن بواسطة بلازما منخفضة الحرارة.

في الفرن الكهربائي، من الممكن إنتاج سبائك الصلب مع محتوى منخفض من الكبريت والفوسفور، والشوائب غير المعدنية، في حين أن فقدان عناصر السبائك أقل بكثير. في عملية الصهر الكهربائي، من الممكن تنظيم درجة حرارة المعدن وتكوينه بدقة، وصهر السبائك من أي تركيبة تقريبًا.

تتمتع الأفران الكهربائية بمزايا كبيرة مقارنة بوحدات تصنيع الصلب الأخرى، لذلك يتم صهر سبائك الأدوات عالية السبائك والسبائك الحاملة للكرات غير القابلة للصدأ والفولاذ المقاوم للحرارة والمقاوم للحرارة، بالإضافة إلى العديد من الفولاذ الهيكلي فقط في هذه الأفران. يتم استخدام الأفران الكهربائية القوية بنجاح لإنتاج الفولاذ ذو الموقد المفتوح ذو السبائك المنخفضة والكربون العالي. بالإضافة إلى ذلك، يتم إنتاج العديد من السبائك الحديدية في الأفران الكهربائية، وهي عبارة عن سبائك من الحديد مع عناصر يجب إزالتها إلى الفولاذ من أجل صناعة السبائك وإزالة الأكسدة.

بناء أفران القوس الكهربائي.

تم تركيب أول فرن القوس الكهربائي في روسيا عام 1910 في مصنع أوبوخوف. على مدى سنوات الخطط الخمسية، تم بناء مئات الأفران المختلفة. تبلغ سعة أكبر فرن في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية 200 طن. يتكون الفرن من غلاف حديدي أسطواني ذو قاع كروي. يحتوي الجزء الداخلي من الغلاف على بطانة مقاومة للحريق. مساحة ذوبان الفرن مغطاة بسقف قابل للإزالة.

يحتوي الفرن على نافذة عمل ومنفذ مزود بمجرى تصريف. يتم تشغيل الفرن بواسطة تيار متردد ثلاثي الطور. يتم تسخين وصهر المعدن بواسطة أقواس كهربائية قوية تحترق بين نهايات ثلاثة أقطاب كهربائية والمعدن الموجود في الفرن. يرتكز الفرن على قطاعين داعمين يتدحرجان على طول الإطار. يتم إمالة الفرن نحو المخرج ونافذة العمل باستخدام آلية الجريدة المسننة والترس. قبل تحميل الفرن، يتم رفع القوس المعلق على السلاسل إلى البوابة، ثم يتم توجيه البوابة مع القوس والأقطاب الكهربائية نحو شلال الصرف ويتم تحميل الفرن بحوض.

المعدات الميكانيكية لفرن القوس.

يجب أن يتحمل غلاف الفرن الحمل الناتج عن كتلة الحراريات والمعادن. وهي مصنوعة من صفائح حديدية ملحومة بسمك 16-50 ملم حسب حجم الفرن. يحدد شكل الغلاف المظهر الجانبي لمساحة العمل لفرن القوس الكهربائي. النوع الأكثر شيوعًا من الغلاف المستخدم حاليًا هو الغلاف المخروطي. الجزء السفلي من الغلاف على شكل أسطوانة، والجزء العلوي على شكل مخروطي مع امتداد نحو الأعلى. هذا الشكل من الغلاف يجعل من السهل ملء الفرن بمواد مقاومة للحرارة، مما يزيد من متانة البناء، لأنه يقع بعيدا عن الأقواس الكهربائية. كما يتم استخدام أغلفة أسطوانية بألواح مبردة بالماء. للحفاظ على الشكل الأسطواني الصحيح، يتم تعزيز الغلاف بأضلاع وحلقات تقوية. عادة ما يكون الجزء السفلي من الغلاف كرويًا، مما يضمن أكبر قوة للغلاف وأقل وزن للبناء. الجزء السفلي مصنوع من الفولاذ غير المغناطيسي لتركيب جهاز التحريك الكهرومغناطيسي أسفل الفرن.

الجزء العلوي من الفرن مغطى بقبو. يتم تجميع القبو من الطوب الحراري في حلقة قبو معدنية مبردة بالماء، والتي تقاوم قوى الدفع للقبو الكروي المقوس. يوجد في الجزء السفلي من الحلقة نتوء - سكين، يتناسب مع الختم الرملي للقبة غلاف الفرن. تم ترك ثلاثة ثقوب للأقطاب الكهربائية في الطوب الخاص بالقبو. قطر الثقوب أكبر من قطر القطب، لذلك أثناء ذوبان الغازات الساخنة تندفع إلى الفجوة، مما يؤدي إلى تدمير القطب وإزالة الحرارة من الفرن. لمنع ذلك، يتم تركيب ثلاجات أو موفرات على القبو، والتي تعمل على سد فتحات القطب الكهربائي وتبريد بناء القبو. توفر اقتصاديات الغاز الديناميكية الختم باستخدام ستارة هوائية حول القطب الكهربائي. كما يوجد بالسقف فتحة لشفط الغازات المغبرة وفتحة لأنبوب الأكسجين.

لتحميل الشحنة في فرن صغير السعة وتحميل السبائك والتدفقات إلى أفران كبيرة، وأفران تنزيل الخبث، والفحص، والتعبئة وإصلاح الفرن، توجد نافذة تحميل مؤطرة بإطار مصبوب. يتم إرفاق الأدلة بالإطار الذي ينزلق عليه المثبط. المثبط مبطن بالطوب الحراري. لرفع المثبط، يتم استخدام محرك هوائي أو هيدروليكي أو كهروميكانيكي.

على الجانب الآخر، يحتوي الغلاف على نافذة لتحرير الفولاذ من الفرن. يتم لحام مزراب الصرف بالنافذة. يمكن أن تكون فتحة إطلاق الفولاذ مستديرة بقطر 120-150 مم أو مربعة بقطر 150 × 250 مم. يحتوي مجرى الصرف على مقطع عرضي على شكل حوض ويتم لحامه بالغلاف بزاوية 10-12 درجة إلى الأفقي. الجزء الداخلي من الحضيض مبطن بالطوب الناري، ويبلغ طوله 1-2 م.

يتم استخدام حاملات الأقطاب الكهربائية لتزويد الأقطاب الكهربائية بالتيار ولتثبيت الأقطاب الكهربائية. رؤوس حاملات الأقطاب الكهربائية مصنوعة من البرونز أو الفولاذ ويتم تبريدها بالماء، لأنها ساخنة جدًا من حرارة الفرن ومن تيارات التلامس. يجب أن يقوم حامل القطب بتثبيت القطب بإحكام وأن يكون لديه مقاومة اتصال منخفضة. الأكثر شيوعًا حاليًا هو حامل القطب الهوائي الزنبركي. يتم تثبيت القطب باستخدام حلقة ثابتة ولوحة تثبيت، والتي يتم ضغطها على القطب بواسطة زنبرك. يتم ضغط اللوحة من القطب الكهربائي ويتم ضغط الزنبرك باستخدام الهواء المضغوط. يتم تثبيت حامل القطب الكهربائي على غلاف معدني - وحدة تحكم متصلة بحامل متحرك على شكل حرف L في هيكل صلب واحد. يمكن أن يتحرك المنشور لأعلى أو لأسفل داخل عمود صندوق ثابت. ترتبط ثلاث أعمدة ثابتة بشكل صارم في هيكل مشترك واحد، والذي يقع على منصة مهد دعم الفرن.

تتم حركة الرفوف التلسكوبية المتحركة إما باستخدام نظام من الكابلات والأثقال الموازنة التي تحركها محركات كهربائية، أو باستخدام الأجهزة الهيدروليكية. يجب أن تضمن آليات تحريك الأقطاب الكهربائية الرفع السريع للأقطاب الكهربائية في حالة انهيار الشحنة أثناء عملية الصهر، وكذلك خفض الأقطاب الكهربائية بشكل سلس لتجنب غمرها في المعدن أو التأثير على القطع غير المنصهرة من المعدن. تكلفة. سرعة رفع الأقطاب الكهربائية هي 2.5-6.0 م/دقيقة، وسرعة الخفض هي 1.0-2.0 م/دقيقة.

يجب أن تعمل آلية إمالة الفرن على إمالة الفرن بسلاسة نحو المخرج بزاوية 40-45 درجة لتحرير الفولاذ وبزاوية 10-15 درجة نحو نافذة العمل لتفريغ الخبث. يرتكز إطار الفرن، أو المهد، الذي تم تركيب الجسم عليه، على قطاعين إلى أربعة قطاعات دعم، والتي تتدحرج على طول الأدلة الأفقية. القطاعات بها ثقوب، والأدلة بها أسنان، مما يمنع القطاعات من الانزلاق عند إمالة الفرن. تتم إمالة الفرن باستخدام آلية الرف والعتاد أو محرك هيدروليكي. يتم تركيب أسطوانتين على دعامات أساس ثابتة، ويتم توصيل القضبان بشكل مفصلي بالقطاعات الداعمة لمهد الفرن.

يأتي نظام تحميل الفرن في نوعين: من خلال نافذة التعبئة باستخدام آلة تحميل مولدوزا ومن خلال الجزء العلوي باستخدام دلو. يتم استخدام التحميل من خلال النافذة فقط في الأفران الصغيرة. عند تحميل الفرن من الأعلى بخطوة أو خطوتين لمدة 5 دقائق، تبرد البطانة بشكل أقل ويتم تقليل وقت الذوبان؛ يتم تقليل استهلاك الطاقة. يتم استخدام حجم الفرن بشكل أكثر كفاءة. لتحميل الفرن، يتم رفع السقف بمقدار 150-200 مم فوق غلاف الفرن ويتم تحويله إلى الجانب مع الأقطاب الكهربائية، مما يفتح مساحة عمل الفرن بالكامل لإدخال حوض الشحن. يتم تعليق سقف الفرن من الإطار. وهو متصل بالحوامل الثابتة لحاملات الأقطاب الكهربائية في هيكل صلب واحد، يرتكز على وحدة تحكم دوارة، مثبتة على محمل دعم. تحتوي الأفران الكبيرة على برج دوار تتركز فيه جميع آليات تحويل السقف. يدور البرج حول مفصل على بكرات على طول سكة مقوسة.

الحوض عبارة عن أسطوانة فولاذية قطرها أقل من قطر مساحة عمل الفرن. يوجد في الجزء السفلي من الأسطوانة قطاعات مرنة متحركة، يتم ربط أطرافها معًا من خلال حلقات بواسطة كابل. يتم إجراء وزن وتحميل الشحنة في ساحة الشحن الخاصة بورشة صهر الفرن الكهربائي. يتم نقل الحوض إلى الورشة بواسطة عربة، ويتم رفعه بواسطة رافعة ويتم إنزاله في الفرن.

بمساعدة الرفع المساعد للرافعة، يتم سحب الكابل من عيون القطاعات وعند رفع الحوض يتم فتح القطاعات، ويتم تفريغ الشحنة في الفرن بالترتيب الذي وضعت به في الفرن حوض. عند استخدام الكريات المعدنية كشحنة، يمكن إجراء التحميل بشكل مستمر من خلال خط أنابيب يمر عبر فتحة في سقف الفرن. أثناء الذوبان، تقطع الأقطاب الكهربائية ثلاث آبار في الشحنة، في الجزء السفلي منها يتراكم المعدن السائل. ولتسريع عملية الصهر، تم تجهيز الأفران بجهاز دوار يقوم بتدوير الجسم في اتجاه أو آخر بزاوية 80 درجة. في هذه الحالة، قطعت الأقطاب الكهربائية تسعة آبار في الشحنة. لتدوير الجسم، ارفع القوس، وارفع الأقطاب الكهربائية فوق مستوى الشحن وأدر الجسم باستخدام ترس حلقي متصل بالجسم والتروس. جسم الفرن يرتكز على بكرات.

تنقية غاز العادم.

تنبعث من أفران قوس صهر الفولاذ الكبيرة الحديثة كميات كبيرة من الغازات المتربة في الغلاف الجوي أثناء التشغيل. يساهم استخدام الأكسجين والمواد المسحوقة في ذلك.

يصل محتوى الغبار في غازات أفران القوس الكهربائي إلى 10 جم/م^3 ويتجاوز المعدل الطبيعي بشكل ملحوظ. لتجميع الغبار، يتم شفط الغازات من مساحة عمل الأفران باستخدام مروحة قوية. للقيام بذلك، يتم عمل ثقب رابع في سقف الفرن باستخدام أنبوب شفط الغاز. يتصل الأنبوب بخط الأنابيب الثابت من خلال فجوة تسمح بإمالة الفرن أو تدويره. وعلى طول الطريق، يتم تخفيف الغازات بالهواء اللازم لحرق ثاني أكسيد الكربون. يتم بعد ذلك تبريد الغازات بواسطة نفاثات مائية في المبادل الحراري وتوجيهها إلى نظام أنابيب فنتوري، حيث يتم الاحتفاظ بالغبار عن طريق الترطيب. كما يتم استخدام المرشحات النسيجية والمفككات والمرسبات الكهربائية. يتم استخدام أنظمة تنقية الغاز والتي تشمل محل صهر الفرن الكهربائي بالكامل مع تركيب شفاطات عوادم الدخان تحت سطح المحل فوق الأفران الكهربائية.

بطانة الفرن.

تحتوي معظم أفران القوس على بطانة رئيسية تتكون من مواد أساسها MgO. تعمل بطانة الفرن على إنشاء حمام معدني وتلعب دور طبقة عازلة للحرارة تقلل من فقدان الحرارة. الأجزاء الرئيسية للبطانة هي قاع الفرن والجدران والسقف. تصل درجة الحرارة في منطقة الأقواس الكهربائية إلى عدة آلاف من الدرجات. على الرغم من أن بطانة الفرن منفصلة عن الأقواس، إلا أنها يجب أن تتحمل درجات حرارة تصل إلى 1700 درجة مئوية. وفي هذا الصدد، يجب أن تتمتع المواد المستخدمة في التبطين بمقاومة عالية للحريق، وقوة ميكانيكية، ومقاومة حرارية وكيميائية. يتم تجميع موقد فرن صهر الفولاذ بالترتيب التالي. يتم وضع صفائح الأسبستوس على الغلاف الفولاذي، على طبقة من الأسبستوس من مسحوق الطين الناري، وطبقتين من الطوب الناري وطبقة أساسية من الطوب المغنسيت. يتم ملء طبقة عمل من مسحوق المغنسيت مع الراتنج والزفت، وهو منتج لتكرير البترول، على قاع من طوب المغنسيت. سمك الطبقة المطبوعة 200 ملم. سمك الموقد الإجمالي يساوي تقريبًا عمق الحمام ويمكن أن يصل إلى 1 متر للأفران الكبيرة. تم وضع جدران الفرن بعد وضع مناسب من طوب الأسبستوس والطوب الناري من طوب المغنسيت والكروميت كبير الحجم غير المحترق الذي يصل طوله إلى 430 مم. يمكن تصنيع حجارة الجدران من الطوب الموجود في أشرطة حديدية، مما يضمن لحام الطوب في كتلة واحدة متجانسة. تصل متانة الجدران إلى 100-150 ذوبان. متانة الموقد هي سنة إلى سنتين. تعمل بطانة سقف الفرن في ظروف صعبة. إنه يتحمل الأحمال الحرارية الكبيرة الناتجة عن الأقواس المحترقة والحرارة المنعكسة عن الخبث. أقبية الأفران الكبيرة مصنوعة من طوب المغنسيت والكروميت. عند بناء القبو، يتم استخدام الطوب العادي والمشكل. في المقطع العرضي، يكون للقبو شكل قوس، مما يضمن التصاق الطوب ببعضه البعض بشكل محكم. متانة القوس 50 - 100 ذوبان. ويعتمد ذلك على الوضع الكهربائي للصهر، وعلى مدة بقاء المعدن السائل في الفرن، وعلى تركيبة الفولاذ والخبث الذي يتم صهره. في الوقت الحالي، أصبحت الأقبية وألواح الجدران المبردة بالمياه منتشرة على نطاق واسع. هذه العناصر تسهل خدمة البطانة.

يتم توفير التيار إلى مساحة الصهر في الفرن من خلال أقطاب كهربائية مجمعة من أقسام، كل منها عبارة عن قطعة دائرية يبلغ قطرها من 100 إلى 610 ملم وطولها يصل إلى 1500 ملم. في الأفران الكهربائية الصغيرة، يتم استخدام أقطاب الكربون، في كبيرة - الجرافيت. تصنع أقطاب الجرافيت من مواد كربونية منخفضة الرماد: فحم الكوك، والراتنج، والزفت. يتم خلط كتلة القطب وضغطها، وبعد ذلك يتم حرق قطعة العمل الخام في أفران الغاز عند 1300 درجة وتخضع لإطلاق إضافي للجرافيت عند درجة حرارة 2600 - 2800 درجة في أفران المقاومة الكهربائية. أثناء التشغيل، نتيجة للأكسدة بواسطة غازات الفرن والانحلال أثناء احتراق القوس، تحترق الأقطاب الكهربائية.

عندما يتم تقصير القطب، يتم إنزاله في الفرن. في هذه الحالة، يقترب حامل القطب من القوس. تأتي لحظة يصبح فيها القطب قصيرًا جدًا لدرجة أنه لا يستطيع دعم القوس، ويجب تمديده. لتمديد الأقطاب الكهربائية، يتم عمل ثقوب ملولبة في نهايات الأقسام، حيث يتم تثبيت حلمة المحول التي يتم توصيل الأقسام الفردية بها. استهلاك الأقطاب الكهربائية هو 5-9 كجم لكل طن من الفولاذ المنتج.

القوس الكهربائي هو أحد أنواع التفريغ الكهربائي الذي يمر فيه التيار عبر الغازات المتأينة والأبخرة المعدنية. عندما تقترب الأقطاب الكهربائية من الشحنة أو بعضها البعض لفترة وجيزة، تحدث دائرة كهربائية قصيرة.

هناك تيار كبير يتدفق. تصبح نهايات الأقطاب الكهربائية بيضاء ساخنة. عند إبعاد الأقطاب الكهربائية عن بعضها البعض، يحدث قوس كهربائي بينهما. يحدث الانبعاث الحراري للإلكترونات من الكاثود الساخن، الذي يتجه نحو الأنود، ويصطدم بجزيئات الغاز المحايدة ويؤينها. يتم توجيه الأيونات السالبة إلى القطب الموجب، والأيونات الموجبة إلى الكاثود. تصبح المسافة بين الأنود والكاثود متأينة وموصلة. يؤدي قصف الأنود بالإلكترونات والأيونات إلى تسخينه بشكل كبير. يمكن أن تصل درجة حرارة الأنود إلى 4000 درجة. يمكن أن يحترق القوس بالتيار المباشر والمتناوب. تعمل أفران القوس الكهربائي بالتيار المتردد. في الآونة الأخيرة، تم بناء فرن القوس الكهربائي بالتيار المباشر في ألمانيا.

في النصف الأول من الفترة، عندما يكون القطب هو الكاثود، يحترق القوس. عندما تتغير القطبية، عندما تصبح الشحنة - المعدن - الكاثود، يخرج القوس، لأنه في الفترة الأولية من ذوبان المعدن لم يتم تسخينه بعد ودرجة حرارته غير كافية لانبعاث الإلكترونات. لذلك، في الفترة الأولى من الذوبان، يحترق القوس بشكل مضطرب ومتقطع. بعد تغطية الحمام بطبقة من الخبث، يستقر القوس ويحترق بشكل متساوٍ.

معدات كهربائية.

تعمل الأقطاب الكهربائية على توفير التيار إلى مساحة عمل الفرن وتشكيل قوس كهربائي. يمكن أن تكون الأقطاب الكهربائية من الكربون أو الجرافيت. في صناعة الصلب الكهربائية، يتم استخدام الأقطاب الكهربائية الجرافيتية بشكل رئيسي. تستخدم أقطاب الكربون بشكل شائع في الأفران الصغيرة.

تشمل المعدات الكهربائية لأفران القوس معدات الدائرة الحالية الرئيسية، والتحكم والقياس، ومعدات الحماية والإشارات، بالإضافة إلى منظم تلقائي لآلية حركة القطب الكهربائي، ومحركات كهربائية لآليات الفرن وتركيب لتحريك المعادن الكهرومغناطيسية.

يتراوح جهد تشغيل أفران القوس الكهربائي بين 100 و800 فولت، ويقاس التيار بعشرات الآلاف من الأمبيرات. يمكن أن تصل قوة التثبيت الواحد إلى 50 - 140 ميجا فولت أمبير*أمبير. يتم توفير جهد تيار يصل إلى 110 كيلو فولت إلى المحطة الفرعية لمتجر الفرن الكهربائي. يعمل الجهد العالي على تشغيل اللفات الأولية لمحولات الفرن. تشتمل المعدات الكهربائية لفرن القوس على الأجهزة التالية:

تم تصميم فاصل الهواء لفصل تركيب الفرن الكهربائي بالكامل عن خط الجهد العالي أثناء الذوبان. إن فاصل الفصل ليس مخصصًا لتشغيل وإيقاف التيار، لذلك لا يمكن استخدامه إلا مع الأقطاب الكهربائية المرتفعة وبدون أقواس. من الناحية الهيكلية، فإن فاصل الفصل عبارة عن مفتاح من نوع التقطيع ثلاثي الطور.

يتم استخدام قاطع الدائرة الرئيسي لفصل الدائرة الكهربائية تحت الحمل والتي يتدفق من خلالها تيار الجهد العالي. إذا لم يتم وضع الشحنة بإحكام في الفرن في بداية الصهر، عندما لا تزال الشحنة باردة، فإن الأقواس تحترق بشكل غير مستقر، وتنهار الشحنة وتحدث دوائر قصيرة بين الأقطاب الكهربائية. في هذه الحالة، تزداد القوة الحالية بشكل حاد. وهذا يؤدي إلى زيادة التحميل الزائد للمحول، والذي قد يفشل. عندما يتجاوز التيار الحد المحدد، يقوم المفتاح تلقائيًا بإيقاف التثبيت، حيث يوجد حد أقصى لمرحل التيار.

هناك حاجة إلى محول الفرن لتحويل الجهد العالي إلى الجهد المنخفض (من 6-10 كيلو فولت إلى 100-800 فولت). توجد اللفات ذات الجهد العالي والمنخفض والدوائر المغناطيسية التي توضع عليها في خزان به زيت يعمل على تبريد اللفات. يتم التبريد عن طريق الضخ القسري للزيت من غلاف المحول إلى خزان المبادل الحراري، حيث يتم تبريد الزيت بالماء. يتم تركيب المحول بجانب الفرن الكهربائي في غرفة خاصة. يحتوي على جهاز يسمح لك بتبديل اللفات على مراحل وبالتالي تنظيم الجهد الكهربائي المتوفر للفرن تدريجيًا. على سبيل المثال، يحتوي المحول الخاص بفرن منزلي سعة 200 طن بسعة 65 ميجا فولت * أمبير على 23 مستوى جهد يتم التبديل تحت الحمل، دون إيقاف تشغيل الفرن.

يسمى قسم الشبكة الكهربائية من المحول إلى الأقطاب الكهربائية بالشبكة القصيرة. تقوم المغذيات الخارجة من جدار محطة المحولات الفرعية بتزويد الجهد الكهربائي إلى حامل القطب باستخدام كابلات مرنة مبردة بالماء. يجب أن يسمح طول القسم المرن بإمالة الفرن المطلوبة وفتح السقف للتحميل. يتم توصيل الكابلات المرنة بقضبان نحاسية مبردة بالماء مثبتة على أكمام حاملات الأقطاب الكهربائية. يتم توصيل إطارات الأنابيب مباشرة برأس حامل القطب الكهربائي، الذي يقوم بتثبيت القطب الكهربائي. بالإضافة إلى المكونات الرئيسية للشبكة الكهربائية المشار إليها، فإنها تشمل أجهزة قياس مختلفة متصلة بخطوط التيار عن طريق محولات التيار أو الجهد، بالإضافة إلى أجهزة التحكم الآلي في عملية الصهر.

التنظيم التلقائي.

مع تقدم الذوبان، يلزم توفير كميات متفاوتة من الطاقة إلى فرن القوس الكهربائي. يمكنك تغيير مصدر الطاقة عن طريق تغيير جهد القوس أو التيار. يتم تنظيم الجهد عن طريق تبديل ملفات المحولات. يتم تنظيم التيار عن طريق تغيير المسافة بين القطب والشحنة عن طريق رفع أو خفض الأقطاب الكهربائية. في هذه الحالة، لا يتغير الجهد القوس. يتم خفض أو رفع الأقطاب الكهربائية تلقائيًا باستخدام منظمات أوتوماتيكية مثبتة في كل مرحلة من مراحل الفرن. في الأفران الحديثة، يمكن ضبط برنامج الوضع الكهربائي المحدد لفترة الصهر بأكملها.

جهاز لخلط المعادن الكهرومغناطيسية.

لخلط المعدن في أفران القوس الكبيرة، لتسريع وتسهيل العمليات التكنولوجية لتحميل الخبث، يتم تثبيت لف كهربائي في الصندوق الموجود أسفل الجزء السفلي من الفرن، والذي يتم تبريده بالماء أو الهواء المضغوط. يتم تشغيل ملفات الجزء الثابت بواسطة تيار منخفض التردد من مولد ثنائي الطور، مما يخلق مجالًا مغناطيسيًا متنقلًا يلتقط الحمام المعدني السائل ويتسبب في تحرك الطبقات السفلية من المعدن على طول قاع الفرن في اتجاه حركة المجال. تتحرك الطبقات العليا من المعدن مع الخبث المجاور لها في الاتجاه المعاكس. بهذه الطريقة، يمكن توجيه الحركة إما نحو نافذة العمل، مما يسهل خروج الخبث من الفرن، أو نحو فتحة التصريف، والتي ستفضل التوزيع الموحد للسبائك ومزيلات الأكسدة ومتوسط ​​التركيب المعدني ومكوناته. درجة حرارة. كان لهذه الطريقة مؤخرًا استخدام محدود، حيث أنه في الأفران شديدة التحمل يتم خلط المعدن بشكل نشط بواسطة الأقواس. صهر الفولاذ في فرن القوس الكهربائي الرئيسي.

مواد خام.

المادة الرئيسية للصهر الكهربائي هي خردة الفولاذ. لا ينبغي أن تتأكسد الخردة بشكل كبير، لأن وجود كمية كبيرة من الصدأ يدخل كمية كبيرة من الهيدروجين إلى الفولاذ. اعتمادا على التركيب الكيميائي، يجب فرز الخردة إلى مجموعات مناسبة. يجب أن تكون الكمية الرئيسية من الخردة المخصصة للصهر في الأفران الكهربائية مدمجة وثقيلة. مع وجود كتلة صغيرة من الخردة، فإن الجزء بأكمله المخصص للصهر لا يتناسب مع الفرن. من الضروري مقاطعة عملية الصهر وتحميل الشحنة. وهذا يزيد من مدة الذوبان، ويؤدي إلى زيادة استهلاك الطاقة، ويقلل من إنتاجية الأفران الكهربائية. في الآونة الأخيرة، تم استخدام الكريات المعدنية التي تم الحصول عليها بطريقة الاختزال المباشر في الأفران الكهربائية. وميزة هذا النوع من المواد الخام التي تحتوي على 85-93% حديد، أنها غير ملوثة بالنحاس والشوائب الأخرى. يُنصح باستخدام الكريات لصهر سبائك الفولاذ الإنشائية عالية القوة والفولاذ الكهربائي والفولاذ الحامل للكرات.

يتم توليد نفايات السبائك في ورشة صهر الفرن الكهربائي على شكل سبائك وسبائك؛ في قسم التجريد على شكل رقائق، وفي محلات الدرفلة على شكل تقليم وخردة، وما إلى ذلك؛ بالإضافة إلى ذلك، يأتي الكثير من الخردة المصنوعة من السبائك من مصانع بناء الآلات. يسمح استخدام النفايات المعدنية المصنوعة من السبائك بتوفير مواد صناعة السبائك القيمة وزيادة الكفاءة الاقتصادية للمصهورات الكهربائية. يتم صهر الحديد الناعم خصيصًا في أفران ومحولات المجمرة المفتوحة، ويستخدم للتحكم في محتوى الكربون أثناء عملية الصهر الكهربائي.

4.2 المستقبلات النموذجية للطاقة الكهربائية

يقوم مستهلكو المجموعة قيد النظر بإنشاء حمل موحد ومتناسق عبر المراحل الثلاث. تحدث صدمات الحمل فقط أثناء بدء التشغيل. عامل الطاقة مستقر تمامًا وعادةً ما تتراوح قيمته بين 0.8 و 0.85. بالنسبة للقيادة الكهربائية للمضخات الكبيرة والضواغط والمراوح، غالبًا ما يتم استخدام المحركات المتزامنة التي تعمل بعامل طاقة رائد.

تعمل أجهزة الرفع والنقل في الوضع المتقطع. تتميز هذه الأجهزة بصدمات الحمل المتكررة. بسبب التغيرات المفاجئة في الحمل، يتغير عامل الطاقة أيضًا ضمن حدود كبيرة، في المتوسط ​​من 0.3 إلى 0.8. فيما يتعلق بإمدادات الطاقة غير المنقطعة، يجب تصنيف هذه الأجهزة (حسب مكان التشغيل والتركيب) كمستهلكين من الفئتين الأولى والثانية. تستخدم أجهزة الرفع والنقل كلا من التيار المتناوب (50 هرتز) والتيار المباشر. في معظم الحالات، ينبغي اعتبار الحمل من معدات الرفع على جانب التيار المتردد متماثلًا عبر المراحل الثلاث.

تركيبات الإضاءة الكهربائية

المصابيح الكهربائية عبارة عن حمل أحادي الطور، ومع ذلك، نظرًا لانخفاض طاقة جهاز الاستقبال (عادة لا تزيد عن 2 كيلو واط) في الشبكة الكهربائية، مع التجميع الصحيح لتركيبات الإضاءة، يمكن تحقيق حمل موحد إلى حد ما عبر المراحل ( مع عدم تناسق لا يزيد عن 5-10٪).

طبيعة الحمولة موحدة، بدون صدمات، لكن قيمتها تختلف باختلاف الوقت من اليوم والسنة والموقع الجغرافي. التردد الحالي صناعي عام يساوي 50 هرتز. عامل القدرة للمصابيح المتوهجة هو 1، لمصابيح تفريغ الغاز 0.6. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن التوافقيات الحالية الأعلى تظهر في الأسلاك، وخاصة الأسلاك المحايدة، عند استخدام مصابيح تفريغ الغاز.

من المقبول حدوث انقطاعات طارئة قصيرة المدى (عدة ثوانٍ) في إمداد الطاقة إلى منشآت الإضاءة. فترات الراحة الطويلة (دقائق وساعات) في التغذية غير مقبولة بالنسبة لبعض أنواع الإنتاج. في مثل هذه الحالات، يتم استخدام الطاقة الاحتياطية من مصدر تيار ثانٍ (في بعض الحالات حتى من مصدر تيار مستمر مستقل). في تلك الصناعات التي يهدد فيها إغلاق الإضاءة سلامة الأشخاص، يتم استخدام أنظمة إضاءة خاصة للطوارئ. بالنسبة لتركيبات الإضاءة للمؤسسات الصناعية، يتم استخدام الفولتية من 6 إلى 220 فولت.

منشآت المحول

لتحويل التيار ثلاثي الطور إلى تيار مباشر أو تيار ثلاثي الطور بتردد صناعي 50 هرتز إلى تيار ثلاثي الطور أو تيار أحادي الطور بتردد منخفض أو مرتفع أو مرتفع، يتم إنشاء محطات تحويل على أراضي مؤسسة صناعية.

اعتمادًا على نوع محولات التيار، تنقسم توقفات المحولات إلى:

) تركيبات محولات أشباه الموصلات؛

) وحدات تحويل مع مقومات الزئبق؛

) وحدات تحويل مع مولدات المحركات،

) يتوقف المحول بمقومات ميكانيكية.

وفقا للغرض منها، سيتم طي تركيبات المحولات لإمدادات الطاقة

) محركات عدد من الآلات والآليات؛

) حمامات التحليل الكهربائي.

) النقل الكهربائي داخل المصنع؛

) المرسبات الكهربائية.

) منشآت اللحام بالتيار المستمر، وما إلى ذلك.

تُستخدم تركيبات المحولات لأغراض التحليل الكهربائي على نطاق واسع في علم المعادن غير الحديدية لإنتاج الألومنيوم الكهربائي والرصاص والنحاس وما إلى ذلك. في مثل هذه التركيبات، يتم استخدام تيار التردد الصناعي بجهد يتراوح من 6 إلى 35 كيلو فولت، كقاعدة عامة، باستخدام مقومات السيليكون. يتم تحويله إلى جهد تيار مباشر تتطلبه الظروف التكنولوجية (حتى 825 فولت).

لا يؤدي انقطاع التيار الكهربائي عن منشآت التحليل الكهربائي إلى حوادث خطيرة تؤدي إلى تلف المعدات الرئيسية ويمكن تحمله لعدة دقائق، وفي بعض الحالات لعدة ساعات، ويرتبط انقطاع التيار الكهربائي بشكل أساسي بنقص الإنتاج . ومع ذلك، بسبب emf العكسي. حمامات التحليل الكهربائي، في بعض الحالات، قد تكون هناك حركة للمعادن المنطلقة مرة أخرى إلى محلول الحمام، وبالتالي، يجب تزويد استهلاك الطاقة الإضافي لإصدار جديد من نفس المعدن بالطاقة الكهربائية، مثل أجهزة الاستقبال الأولى الفئة، ولكن السماح بانقطاعات قصيرة المدى في الطاقة في وضع التشغيل لتركيبات التحليل الكهربائي يعطي منحنى حمل موحدًا ومتماثلًا إلى حد ما على مراحل. يبلغ عامل الطاقة لمنشآت التحليل الكهربائي حوالي 0.85-0.9. ومن سمات عملية التحليل الكهربائي الحاجة إلى الحفاظ على تيار مصحح ثابت، وفيما يتعلق بهذا هناك حاجة لتنظيم الجهد على جانب التيار المتردد.

تعتبر منشآت المحولات للنقل الكهربائي داخل الصناعة (النقل والرفع وأنواع مختلفة من حركة البضائع وما إلى ذلك) صغيرة نسبيًا في الطاقة (من مئات إلى 2000-3000 كيلووات). يتراوح عامل الطاقة لهذه التركيبات من 0.7 إلى 0.8. يكون الحمل على جانب التيار المتردد متماثلًا في الطور، ولكنه يتغير بشكل حاد بسبب القمم الحالية أثناء تشغيل محركات الجر. يمكن أن يؤدي انقطاع مصدر الطاقة إلى أجهزة الاستقبال من هذه المجموعة إلى تلف المنتجات وحتى المعدات (خاصة في مصانع المعادن). . يؤدي توقف عملية النقل عمومًا إلى حدوث مضاعفات خطيرة في تشغيل المؤسسة، وبالتالي يجب تزويد هذه المجموعة من المستهلكين بالكهرباء، مثل أجهزة الاستقبال من الفئة الأولى أو الثانية، مما يسمح بانقطاع التيار الكهربائي على المدى القصير يتم إنتاج هذه التركيبات عن طريق التيار المتردد للتردد الصناعي بجهد يتراوح من 0.4 إلى 35 كيلو فولت.

تُستخدم تركيبات المحولات لتشغيل المرسبات الكهربائية (مع مقومات ميكانيكية) حتى 100-200 كيلووات على نطاق واسع لتنقية الغاز. يتم تشغيل هذه التركيبات عن طريق التيار المتردد للتردد الصناعي من محولات خاصة بجهد يتراوح من 6 إلى 10 كيلو فولت على الملف الأولي. وما يصل إلى 110 كيلو فولت على الملف الثانوي هو 0.7-0.8. يكون الحمل على جانب الجهد العالي متماثلًا وموحدًا، ويسمح بانقطاع التيار الكهربائي، وتعتمد مدته على عملية الإنتاج، وفي صناعات مثل المصانع الكيماوية، يمكن تصنيف هذه التركيبات على أنها أجهزة استقبال من الفئتين الأولى والثانية.

المحركات الكهربائية لآليات الإنتاج

يوجد هذا النوع من أجهزة الاستقبال في جميع المؤسسات الصناعية وتستخدم جميع أنواع المحركات لتشغيل الآلات الحديثة. تتنوع قوة المحركات بشكل كبير وتتراوح من أجزاء إلى مئات الكيلووات وأكثر. في الآلات التي تتطلب سرعات دوران عالية وتنظيمها، يتم استخدام محركات التيار المستمر، التي تعمل بوحدات المقوم. جهد التيار الكهربائي 660-380/220 فولت بتردد 50 هرتز يختلف عامل الطاقة بشكل كبير اعتمادًا على العملية التكنولوجية. من حيث موثوقية مصدر الطاقة، تنتمي هذه المجموعة من أجهزة الاستقبال، كقاعدة عامة، إلى الفئة الثانية، ومع ذلك، هناك عدد من الآلات التي يكون فيها انقطاع التيار الكهربائي غير مقبول بسبب ظروف السلامة (إصابات محتملة لموظفي التشغيل) وبسبب الضرر المحتمل للمنتجات، خاصة عند معالجة الأجزاء الكبيرة والمكلفة.

الأفران الكهربائية والمنشآت الحرارية الكهربائية

وبحسب طريقة تحويل الطاقة الكهربائية إلى حرارة يمكن تقسيمها إلى:

) أفران المقاومة؛

) أفران الحث والمنشآت؛

) أفران القوس الكهربائي؛

) أفران ذات تسخين مختلط.

تنقسم أفران المقاومة إلى أفران ذات تأثير غير مباشر وأفران ذات تأثير مباشر حسب طريقة التسخين. يحدث تسخين المادة في الأفران غير المباشرة نتيجة للحرارة المتولدة عن عناصر التسخين عند مرور تيار كهربائي من خلالها. أفران التسخين غير المباشرة عبارة عن تركيبات بجهد يصل إلى 1000 فولت ويتم تشغيلها في معظم الحالات من شبكات 380 فولت بتردد صناعي يبلغ 50 هرتز. يتم إنتاج الأفران بقدرة أحادية وثلاثية الطور من وحدات إلى عدة آلاف كيلووات. عامل الطاقة هو 1 في معظم الحالات.

في أفران العمل المباشر، يتم التسخين عن طريق الحرارة المنبعثة في المنتج الساخن عندما يمر تيار كهربائي من خلاله. الأفران مصنوعة بقدرة أحادية وثلاثية الطور تصل إلى 3000 كيلووات؛ يتم إمداد الطاقة بتيار تردد صناعي قدره 50 هرتز من شبكات 380/220 فولت أو من خلال محولات تنحي من شبكات الجهد العالي. يقع عامل الطاقة في النطاق من 0.7 إلى 0.9. تنتمي معظم أفران المقاومة من حيث مصدر الطاقة غير المنقطع إلى أجهزة استقبال الطاقة الكهربائية من الفئة 2.

تنقسم أفران ومنشآت التسخين بالحث والعزل الكهربائي إلى أفران صهر ومنشآت للتصلب ومن خلال تسخين العوازل

يتم ذوبان المعدن في أفران القصور الذاتي بواسطة الحرارة المتولدة فيه أثناء مرور التيار التعريفي.

يتم تصنيع أفران الصهر بقلب فولاذي وبدونه. تستخدم الأفران الأساسية لصهر المعادن غير الحديدية وسبائكها. يتم تشغيل الأفران بتيار ترددي صناعي يبلغ 50 هرتز بجهد 380 فولت وما فوق، حسب الطاقة. تتوفر الأفران الأساسية في إصدارات أحادية ومزدوجة وثلاثية الطور بقدرة تصل إلى 2000 كيلو فولت أمبير. يتراوح عامل القدرة من 0.2 إلى 0.8 (أفران صهر الألومنيوم لها cos(؟) = 0.2 - 0.4، ولصهر النحاس 0.6-0.8). تُستخدم الأفران الخالية من النواة لصهر الفولاذ عالي الجودة والمعادن غير الحديدية بشكل أقل شيوعًا. يمكن تشغيل الأفران الصناعية بدون قلب بتيار تردد صناعي يبلغ 50 هرتز من شبكات بجهد 380 فولت أو أعلى وبتيار عالي التردد يتراوح بين 500-10000 هرتز من الثايرستور أو محولات الآلات الكهربائية. يتم تشغيل محركات تشغيل المحولات بواسطة تيار التردد الصناعي.

يتم إنتاج الأفران بقدرة تصل إلى 4500 كيلو فولت أمبير، وعامل الطاقة الخاص بها منخفض جدًا: من 0.05 إلى 0.25. تنتمي جميع أفران الصهر إلى أجهزة استقبال الطاقة الكهربائية من الفئة 2. يتم تشغيل منشآت التصلب والتسخين، حسب الغرض، بترددات تتراوح من 50 هرتز إلى مئات الكيلو هرتز.

يتم إنتاج مصدر الطاقة للوحدات عالية التردد وعالية التردد على التوالي من محولات الآلة من نوع الثايرستور أو المحث ومولدات الأنبوب. تنتمي هذه المنشآت إلى مستقبلات الطاقة الكهربائية من الفئة 2.

في منشآت تسخين العوازل الكهربائية، يتم وضع المادة الساخنة في المجال الكهربائي للمكثف ويحدث التسخين بسبب تيارات الإزاحة. تُستخدم هذه المجموعة من التركيبات على نطاق واسع في لصق وتجفيف الأخشاب، ومساحيق ضغط التسخين، ولحام ولحام البلاستيك، ومنتجات التعقيم، وما إلى ذلك. يتم توفير الطاقة عن طريق التيار بتردد 20-40 ميجا هرتز وأعلى. فيما يتعلق بإمدادات الطاقة غير المنقطعة، تنتمي تركيبات عوازل التدفئة إلى مستقبلات الطاقة الكهربائية من الفئة 2.

وفقا لطريقة التسخين، تنقسم أفران القوس الكهربائي إلى أفران مباشرة وغير مباشرة. في أفران العمل المباشر، يتم تسخين وصهر المعدن بواسطة الحرارة المتولدة عن حرق القوس الكهربائي بين القطب والمعدن المنصهر. تنقسم أفران القوس المباشر إلى عدد من الأنواع، ومن بينها صناعة الصلب وأفران التفريغ.

يتم تشغيل أفران صهر الفولاذ بواسطة تيار التردد الصناعي من 6 إلى 110 فولت من خلال محولات تنحي. يتم إنتاج الأفران ثلاثية الطور بقدرة تصل إلى 45000 كيلو فولت أمبير لكل وحدة. عامل الطاقة 0.85-0.9. أثناء التشغيل، خلال فترة ذوبان الشحنة في أفران صهر الفولاذ القوسي، تحدث دوائر قصيرة تشغيلية متكررة (SC). يتجاوز القيمة الاسمية بمقدار 2.5-3.5 مرة. تتسبب دوائر القصر في انخفاض الجهد على حافلات المحطات الفرعية، مما يؤثر سلبًا على تشغيل مستقبلات الطاقة الكهربائية الأخرى. في هذا الصدد، يُسمح بالتشغيل المشترك لأفران القوس والمستهلكين الآخرين من محطة فرعية مشتركة، إذا كانت الطاقة الإجمالية للأفران، عند تشغيلها من نظام طاقة قوي، لا تتجاوز 40٪ من طاقة المحطة الفرعية المتدرجة، وعندما يتم تشغيله من نظام منخفض الطاقة، 15-20%

يتم تصنيع أفران القوس الفراغي بقدرة تصل إلى 2000 كيلووات. يتم توفير الطاقة عن طريق التيار المباشر بجهد 30-40 فولت. وتستخدم محولات الآلات الكهربائية ومقومات أشباه الموصلات المتصلة بشبكة تيار متردد تبلغ 50 هرتز كمصادر للطاقة الكهربائية.

يتم تسخين المعدن في الأفران غير المباشرة بواسطة الحرارة الناتجة عن حرق القوس الكهربائي بينهما أقطاب الكربون تستخدم أفران القوس المسخنة بشكل غير مباشر لصهر النحاس وسبائكه. قوة الأفران صغيرة نسبيًا (تصل إلى 500 كيلو فولت أمبير) ؛ يتم توفير الطاقة عن طريق تيار التردد الصناعي 50 هرتز من محولات الفرن الخاصة. فيما يتعلق بإمدادات الطاقة غير المنقطعة، تنتمي هذه الأفران إلى أجهزة استقبال الطاقة الكهربائية من الفئة 1، مما يسمح بانقطاع التيار الكهربائي على المدى القصير.

يمكن تقسيم الأفران الكهربائية ذات التسخين المختلط إلى أفران حرارية خام وأفران إعادة صهر الخبث الكهربائي.

في الأفران الحرارية الخام، يتم تسخين المادة بالحرارة، والتي يتم إطلاقها عندما يمر تيار كهربائي عبر الشحنة ويحترق القوس. تستخدم الأفران لإنتاج السبائك الحديدية وأكسيد الألمونيوم وصهر الحديد الزهر والرصاص وتسامي الفوسفور وصهر النحاس والنحاس والنيكل غير اللامع. يتم توفير الطاقة عن طريق تيار التردد الصناعي من خلال محولات التنحي. قوة بعض الأفران عالية جدًا تصل إلى 100 ميجا فولت أمبير (فرن تسامي الفوسفور الأصفر). عامل الطاقة 0.85-0.92. فيما يتعلق بإمدادات الطاقة غير المنقطعة، تنتمي أفران العمليات الحرارية الخام إلى مستقبلات الطاقة الكهربائية من الفئة 2.

في أفران إعادة صهر الخبث الكهربائي، يتم التسخين بسبب الحرارة المنبعثة في الخبث عندما يمر تيار عبره. يتم إذابة الخبث بواسطة حرارة القوس الكهربائي. يتم استخدام إعادة الصهر بالكهرباء لإنتاج الفولاذ عالي الجودة والسبائك الخاصة. يتم تشغيل الأفران بتيار تردد صناعي قدره 50 هرتز من خلال محولات تنحي، عادة من شبكات 6-10 كيلو فولت مع جهد ثانوي 45-60 فولت. الأفران، كقاعدة عامة، أحادية الطور، ولكن يمكن أيضًا تكون ثلاث مراحل. عامل الطاقة 0.85-0.95. من حيث موثوقية إمدادات الطاقة، تنتمي أفران إعادة الصهر الكهربائي إلى فئة 1 من أجهزة استقبال الطاقة الكهربائية.

عند إمداد الطاقة إلى ورش العمل التي تحتوي على أفران كهربائية بجميع أنواعها، من الضروري أن نأخذ في الاعتبار أن انقطاع التيار الكهربائي عن مضخات التفريغ يؤدي إلى حوادث وعيوب في المنتجات باهظة الثمن. وينبغي تصنيف هذه الأفران على أنها أجهزة استقبال للطاقة الكهربائية من الفئة 1.

تركيبات اللحام الكهربائية

كيف يتم تقسيم أجهزة الاستقبال إلى منشآت تعمل على التيار المتردد والمباشر. من الناحية التكنولوجية، يتم تقسيم اللحام إلى القوس واللحام الاتصال، ووفقا لطريقة العمل - إلى يدوي وآلي.

تتكون وحدات اللحام الكهربائي DC من محرك AC ومولد لحام DC. مع مثل هذا النظام، يتم توزيع حمل اللحام بالتساوي عبر ثلاث مراحل في شبكة إمداد التيار المتردد، لكن جدوله الزمني يظل متغيرًا. عامل الطاقة لهذه التركيبات في ظروف التشغيل الاسمية هو 0.7-0.8؛ في حالة الخمول، ينخفض ​​​​عامل الطاقة إلى 0.4. من بين وحدات اللحام بالتيار المستمر توجد أيضًا وحدات مقوم.

تعمل وحدات اللحام الكهربائي بالتيار المتردد بتردد تيار متردد صناعي يبلغ 50 هرتز وتمثل حملًا أحادي الطور على شكل محولات لحام لآلات اللحام بالقوس الكهربائي واللحام بالمقاومة. ينتج اللحام بالتيار المتردد حملًا أحادي الطور مع تشغيل متقطع، وحملًا غير متساوٍ للمراحل، وكقاعدة عامة، عامل طاقة منخفض (0.3-0.35 للقوس و0.4-0.7 للحام المقاومة). يتم تشغيل منشآت اللحام من شبكات بجهد 380-220 فولت. وتتميز محولات اللحام في مواقع البناء والتركيب بالحركات المتكررة في شبكة الإمداد. يجب أن يؤخذ هذا الظرف في الاعتبار عند تصميم شبكة الإمداد. من وجهة نظر موثوقية الطاقة، تنتمي منشآت اللحام إلى مستقبلات الطاقة الكهربائية من الفئة 2.

خاتمة

لقد أتاح التقدم في مجال الأتمتة إنشاء مشروع لمصنع تعدين مستمر، حيث سيتم ربط العمليات المتباينة في نظام تدفق واحد. اتضح أن الفرن العالي لا يزال يحتل مكانًا مركزيًا في العملية برمتها. هل من الممكن الاستغناء عن المجال؟

لقد تم حل مشكلة إنتاج الأفران العالية، أو، كما يطلق عليها، الإنتاج المباشر للحديد، منذ عقود عديدة. وقد تم إحراز تقدم كبير في هذا الاتجاه. هناك سبب للاعتقاد بأنه في السبعينيات سيتم تشغيل مصانع كبيرة جدًا لاختزال الحديد المباشر بإنتاج يومي يبلغ 500 طن. ولكن حتى في هذا الوقت، سيحتفظ إنتاج الأفران العالية بمكانته لعدة عقود.

يمكن تصور عملية بلا مجال، على سبيل المثال، بهذه الطريقة. في أفران الأنابيب الدوارة، يتم تحويل خام الحديد إلى حديد. باستخدام المغناطيس، يتم فصل حبيبات الحديد عن بقية الكتلة - ويكون المنتج النقي جاهزًا لمزيد من المعالجة. يمكن ختم المنتجات النهائية من مسحوق الحديد. يمكن استخدامه لتصنيع الفولاذ من مختلف الدرجات عن طريق إضافة المواد المضافة الضرورية (عناصر صناعة السبائك).

ومع تشغيل محطات توليد الطاقة العملاقة، سوف تحصل صناعة المعادن السوفييتية على الكثير من الكهرباء الرخيصة. سيؤدي ذلك إلى تهيئة الظروف المواتية لتطوير إنتاج المعادن الكهربائية ولاستخدام الكهرباء على نطاق أوسع في جميع المراحل اللاحقة لمعالجة سبائك الحديد.

دفعت نجاحات الفيزياء الذرية إلى فكرة ما يسمى علم المعادن الإشعاعي. أعرب الأكاديمي آي بي باردين (1883-1960) عن فكرة جريئة ورائعة تقريبًا للتطور المستقبلي لعلم المعادن. قال: "أعتقد أنه في البداية سيبدأ الناس في "بناء" سبائك الفولاذ بالتركيبة المطلوبة باستخدام التأثير الإشعاعي، دون إدخال إضافات سبائك نادرة ومكلفة إليها، ولكن إنشائها مباشرة في مغرفة من الفولاذ المنصهر. من ذرات الحديد، وربما الكبريت والفوسفور، وتحت تأثير تيار من الأشعة، ستحدث تحولات نووية مستهدفة في المعدن المنصهر.

سيتعين على الأجيال القادمة من الباحثين العمل على حل هذه المشكلة وغيرها من المشاكل الرائعة. المعادن الحديدية تنتظر مكتشفين جدد.

في رأينا في هذا المقال قد حققنا هدفنا ودرسنا نقل الكهرباء عبر المسافات واستخدامها كمكون ضروري في عملية صناعة الفولاذ الكهربائي. ويبدو لنا أيضًا أننا أكملنا جميع المهام التي حددناها، وهي: درسنا الأدبيات الإضافية التي ساعدتنا في كتابة هذا العمل؛ تعرفت على أنواع جديدة من المولدات والمحولات. يعتبر مسار التيار الكهربائي من استلامه إلى تسليمه للمستهلك؛ وأخيرًا، قمنا بدراسة العمليات الفيزيائية والميكانيكية التي تحدث في فرن الفولاذ الكهربائي.

فهرس

1. Babich V.K.، Lukashkin N.D.، Morozov A.S et al./أساسيات إنتاج المعادن (المعادن الحديدية). كتاب مدرسي للمدارس المهنية الثانوية - م: علم المعادن، 1988. 272 ​​​​ص.

Barg I. G.، Valk H. Ya.، Komarov D. T.؛ إد. Barga I.G./تحسين صيانة شبكات الطاقة 0.4-20 كيلوفولت في منطقة سيلدسك - م: الطاقة، 1980. - 240 ص، ص.

Bornatsky I. I.، Blashchuk N. M.، Yargin S. A.، Strok V. I./ مساعد صانع الصلب واسع النطاق: كتاب مدرسي للمدارس المهنية الثانوية - م: علم المعادن، 1986. 456 ص.

زوبكوف بي في، تشوماكوف إس في/ القاموس الموسوعي للفنيين الشباب - م: بيداغوجيكا، 1980. - 512 صفحة، مريض.

Myakishev G. Ya.، Bukhovtsev B. B./الفيزياء: كتاب مدرسي. للصف العاشر متوسط مدرسة - م: التربية، 1990. - 223 ص: مريض.

Myakishev G. Ya.، Bukhovtsev B. B./الفيزياء: كتاب مدرسي. للصف العاشر متوسط مدرسة - الطبعة التاسعة، المنقحة. - م: التربية، 1987. - 319 ص، 4 ص. مريض : مريض .

Chigrai I. D. مساعد صانع الصلب. م.: علم المعادن، 1977. 304 ص.

يتم تفسير الحاجة إلى بناء خطوط الكهرباء من خلال توليد الكهرباء بشكل رئيسي في محطات توليد الطاقة الكبيرة البعيدة عن المستهلكين - وهي أجهزة استقبال صغيرة نسبيًا موزعة على مناطق شاسعة.

تقع محطات الطاقة مع الأخذ في الاعتبار التأثير المشترك لعدد كبير من العوامل: توافر موارد الطاقة وأنواعها واحتياطياتها؛ خيارات النقل؛ احتمالات استهلاك الطاقة في منطقة معينة، وما إلى ذلك. يوفر نقل الطاقة الكهربائية عبر مسافة عددًا من المزايا، مما يسمح بما يلي:

استخدام مصادر الطاقة البعيدة؛

تقليل إجمالي الطاقة الاحتياطية للمولدات.

استخدام التناقض الزمني في خطوط العرض الجغرافية المختلفة التي لا تتطابق فيها الأحمال القصوى الموجودة فيها؛

استخدام طاقة محطات الطاقة الكهرومائية بشكل كامل؛

زيادة موثوقية إمدادات الطاقة للمستهلكين، وما إلى ذلك.

يمكن تنفيذ خطوط الكهرباء المخصصة لتوزيع الكهرباء بين المستهلكين الأفراد في منطقة معينة وتوصيل أنظمة الطاقة عبر مسافات طويلة وقصيرة وتهدف إلى نقل الطاقة بأحجام مختلفة. بالنسبة للتمريرات لمسافات طويلة، فهي ذات أهمية كبيرة الإنتاجيةأي أعظم قوة يمكن نقلها عبر خطوط الكهرباء مع مراعاة جميع العوامل المقيدة.

بالنسبة لخطوط طاقة التيار المتردد العلوية، يمكن الافتراض تقريبًا أن الطاقة القصوى التي يمكنها نقلها تتناسب تقريبًا مع مربع الجهد وتتناسب عكسيًا مع طول الإرسال. يمكن أيضًا اعتبار تكلفة الهيكل متناسبة مع حجم الجهد. لذلك، في تطوير نقل الطاقة الكهربائية لمسافات طويلة، هناك ميل إلى زيادة الجهد كوسيلة رئيسية لزيادة الإنتاجية. منذ إنشاء خطوط الكهرباء الأولى، زاد الجهد بمقدار 1.5-2 مرات تقريبًا كل 10-15 سنة. جعلت الزيادة في الجهد من الممكن زيادة طول خطوط الكهرباء والطاقة المنقولة. وهكذا، في العشرينات من القرن العشرين، تم نقل الكهرباء عبر مسافات قصوى تبلغ حوالي 100 كيلومتر. بحلول ثلاثينيات القرن العشرين، زادت هذه المسافات إلى 400 كيلومتر، وفي الستينيات وصل طول خطوط الكهرباء إلى 1000-1200 كيلومتر (على سبيل المثال، خط نقل الطاقة فولغوغراد-موسكو).

يتم تحقيق زيادة قدرة نقل خطوط الكهرباء بشكل أساسي عن طريق زيادة الجهد، ولكن من الضروري أيضًا تغيير تصميم خطوط الكهرباء وإدخال أجهزة تعويض إضافية مختلفة، حيث يتم تقليل تأثير المعلمات التي تحد من الطاقة المرسلة. على سبيل المثال، على خطوط الكهرباء بجهد 330 كيلو فولت وما فوق، يتم تقسيم الأسلاك في كل مرحلة إلى عدة موصلات مترابطة كهربائيا، في حين يتم تحسين معلمات الخطوط بشكل كبير (يتم تقليل مفاعلتها)؛ يتم استخدام ما يسمى بالتعويض المتسلسل - إدراج المكثفات في الخط، وما إلى ذلك.

إن إمكانية زيادة الطاقة القصوى تتطلب زيادة الفولتية وتغيير تصميم خطوط الكهرباء. وهي ترتبط بالتقدم التقني العام، ولا سيما التقدم في تكنولوجيا أشباه الموصلات، وإنشاء مواد متقدمة، وتطوير أنواع جديدة من نقل الطاقة.

عند إنشاء خطوط كهرباء ذات تيار مباشر ذات قدرة قصوى عالية، من الضروري إجراء التحويل المباشر للتيار المتردد إلى تيار مباشر في بداية الخط والتحويل العكسي للتيار المباشر إلى تيار متردد في نهاية الخط، مما يسبب بعض الصعوبات الفنية والاقتصادية.

هناك إمكانية أساسية لاستخدام خطوط الطاقة اللاسلكية الموجات الكهرومغناطيسية أو التذبذبات عالية التردد الموجهة على طول أدلة الموجات. ومع ذلك، فإن التنفيذ العملي لخطوط الطاقة هذه في الصناعة حاليًا غير مقبول بسبب كفاءتها المنخفضة.

لنقل الطاقة الكهربائية، يمكن استخدام خطوط فائقة التوصيل، حيث يمكن تقليل الجهد بشكل كبير. يتم تحقيق تأثير قريب من الموصلية الفائقة عن طريق التبريد العميق للموصلات. في هذه الحالة، تسمى خطوط الكهرباء المبردة. هذا السؤال له تاريخ. في عام 1911، أثبت الفيزيائي الهولندي ج. كامرلينج-أونيس أنه عندما يتم تبريد الزئبق إلى درجة حرارة أقل من 4 كلفن، تختفي مقاومته الكهربائية تمامًا. ويظهر مرة أخرى فجأة عندما ترتفع درجة الحرارة فوق القيمة الحرجة. وسميت هذه الظاهرة الموصلية الفائقة.بالطبع، إذا تم الحصول على هذه المواد من قبل مهندسي الطاقة، فسوف يحل محل الموصلات العادية، وسوف توفر خطوط الكهرباء الطاقة بكميات هائلة على مسافات طويلة للغاية دون خسارة. سيكون من الممكن زيادة كفاءة الأجهزة القوية كثيفة الاستهلاك للطاقة (المغناطيسات الكهربائية والمحولات والآلات الكهربائية) بشكل كبير، وتجنب العديد من الصعوبات المرتبطة بارتفاع درجة الحرارة والذوبان وتدمير الأجزاء.

لكن كل هذا لم يبق أكثر من مجرد أحلام، مع أنه لم يكن هناك شك في الظاهرة نفسها. تم اكتشاف العديد من الموصلات الفائقة. في الجدول الدوري تبين أنهم 28 عنصرا. لكن أعلى درجة حرارة حرجة تنتمي إلى النيوبيوم لم تتجاوز 10 كلفن. وبالتالي، كانت إمكانيات الموصلية الفائقة محدودة بشكل حاد بسبب التكلفة العالية وتعقيد التركيبات التي تحافظ على درجات حرارة منخفضة للغاية. سبائك الموليبدينوم مع التكنيشيوم رفعت درجة الحرارة الحرجة إلى 14 كلفن. علاوة على ذلك، كان من الممكن الحصول على مركب من النيوبيوم والألومنيوم والجرمانيوم بدرجة حرارة حرجة تبلغ 21 كلفن. بالنسبة لعدة مئات من المواد فائقة التوصيل المعروفة اليوم، يعد هذا رقمًا قياسيًا.

أظهرت الدراسات العملية أنه مع زيادة درجة الحرارة الحرجة، يتناقص عدد الموصلات الفائقة. حتى أن بعض الخبراء اعتقدوا أنه سيكون من المستحيل الهروب من أسر درجات الحرارة المنخفضة للغاية. في مكان ما حوالي 25 كلفن تقع أعلى درجة حرارة حرجة ممكنة.

بعد الاكتشاف التجريبي للموصلية الفائقة، حاول الفيزيائيون النظريون لفترة طويلة فهم جوهر هذه الظاهرة غير المفهومة. وبعد نصف قرن فقط، في عام 1957، ظهرت أول نظرية جادة للموصلية الفائقة. تبعه آخرون. لقد حملوا الكثير من الأشياء غير العادية. لذلك، على سبيل المثال، وفقا للنظرية التي تم إنشاؤها، فإن إلكترونات الموصل الفائق، خلافا لقانون كولومب المعروف، الذي ينص على أن جميع الجزيئات المشحونة المتشابهة تتنافر مع بعضها البعض، على العكس من ذلك، تجتذب وتتحد في أزواج. وقد لوحظ أنه ليس فقط المعادن والسبائك، ولكن أيضًا... المواد العضوية يمكن أن تكون موصلات فائقة. وكان من أهم الاستنتاجات التي توصلت إليها النظرية ما يلي. الهيدروجين المعدني بسبب خصائصه الاستثنائية- توجد البروتونات الخفيفة في عقد الشبكة البلورية؛ ويمكن أن تتمتع بموصلية فائقة عند درجات حرارة عالية نسبيًا ومقبولة تمامًا للأغراض العملية 220 ألف أو-53 0 ج. وشيء آخر: من الممكن أن تكون عملية نقل المادة من الطور الجزيئي إلى الطور الذري لا رجعة فيها. عند إزالة الضغط الخارجي، قد لا يفقد الهيدروجين خصائصه كموصل فائق لفترة طويلة. /

أصبح الآن واضحًا: للحصول على مادة تظهر خصائص التوصيل الفائق في الظروف العادية، من الضروري إتقان نطاق ضغط يصل إلى عدة مئات من الكيلوباسكال. وهذه الأحجام، بمعاييرنا الإنسانية، هائلة. وهي قابلة للمقارنة فقط مع الضغوط الموجودة في مركز الأرض (حوالي 300 كيلو باسكال هناك). تم فتح الطريق المؤدي إلى الهدف أمام الباحثين، على الرغم من أنه حتى في التجربة المعملية، لم يكن من الممكن بعد الحصول على هذا النوع من الضغط، وبالطبع الهيدروجين الصلب - موصل فائق في درجة الحرارة العادية.

البديل لنقل الطاقة الكهربائية عبر مسافة باستخدام التيارات المتناوبة والمباشرة من محطات الطاقة الحرارية إلى المستهلكين هو نقل الوقود. ويبين التحليل المقارن للخيارات الممكنة لإمدادات الطاقة للمستهلكين أن الفحم عالي السعرات الحرارية (أكثر من 4000 سعرة حرارية/كجم) يُنصح عادة بنقله بالسكك الحديدية (إن وجد). في كثير من الحالات، عند استخدام الغاز الطبيعي والنفط في محطات توليد الكهرباء، يفضل نقلهما عبر خطوط الأنابيب (الشكل 1). عند اختيار طريقة لنقل الطاقة عبر مسافة، من الضروري أن تأخذ في الاعتبار مجموعة كبيرة من القضايا، مثل تعزيز النظام الكهربائي أثناء بناء نقل الطاقة، وإمدادات الطاقة، والمستهلكين الموجودين بالقرب من الخطوط، وزيادة الحمل على السكك الحديدية، الخ.

وبتحليل تطور أنظمة الطاقة في عدد من البلدان، يمكن تحديد اتجاهين رئيسيين:

1) تقريب محطات الطاقة من مراكز الاستهلاك في الحالات التي لا توجد فيها مصادر طاقة رخيصة في الإقليم المشمول بنظام الطاقة الموحد أو عندما تكون المصادر قد استخدمت بالفعل؛

2) إنشاء محطات توليد الكهرباء بالقرب من مصادر الطاقة الرخيصة ونقل الكهرباء إلى مراكز استهلاكها.

تشكل خطوط نقل الطاقة وخطوط أنابيب النفط وخطوط أنابيب الغاز نظام إمداد الطاقة الموحد في البلاد. يجب تصميم أنظمة إمدادات الكهرباء والنفط والغاز، وإنشائها وتشغيلها بتنسيق معين مع بعضها البعض، وتشكيلها نظام الطاقة الموحد.

الشكل 1 - خصائص الطرق المختلفة لنقل الطاقة عبر مسافة: ز- التكاليف المقدرة، ل- مسافة؛ 1 - سكة حديد مزدوجة المسار، 2 - خطوط أنابيب الغاز، 3 - خطوط أنابيب النفط، 4 - نقل الطاقة من المحطات التي تعمل بالفحم الرخيص

يتميز نقل الكهرباء عبر مسافة باستخدام نظام أحادي السلك الرنان بتكاليف اقتصادية منخفضة مقارنة بالتقنيات التقليدية. في الوقت نفسه، لا توجد خسائر عمليا في الأسلاك (مئات المرات أقل من الطريقة التقليدية لنقل الطاقة الكهربائية). يتم تقليل تكلفة مد الكابلات بشكل كبير – حتى 10 مرات. يتم ضمان مستوى عال من السلامة الكهربائية للبيئة والبشر.

وصف:

من أكثر مشاكل الطاقة الحديثة إلحاحاً هو نقل الكهرباء عبر مسافات بتكاليف اقتصادية منخفضة وضمان الحفاظ على الطاقة.

في الممارسة العملية، لنقل الطاقة الكهربائية لمسافات طويلة، كقاعدة عامة، يتم استخدام أنظمة ثلاثية الطور، والتي يتطلب تنفيذها استخدام ما لا يقل عن 4 الأسلاك، والتي لها العيوب الهامة التالية:

– خسائر كبيرة من الطاقة الكهربائية في الأسلاك، ما يسمى خسائر جول،

– الحاجة إلى استخدام محطات فرعية للمحولات الوسيطة للتعويض عن فقدان الطاقة في الأسلاك،

– وقوع حوادث بسبب ماس كهربائي في الأسلاك، بما في ذلك بسبب الظواهر الجوية الخطيرة (الرياح القوية، والجليد على الأسلاك، وما إلى ذلك)،

– استهلاك عالي المعادن غير الحديدية,

– ارتفاع التكاليف الاقتصادية لوضع شبكات كهربائية ثلاثية الطور (عدة ملايين روبل لكل كيلومتر واحد).

يمكن التخلص من العيوب المذكورة أعلاه من خلال استخدام نظام رنين أحادي السلك لنقل الطاقة الكهربائية، بناءً على أفكار N. Tesla، المعدلة مع مراعاة التطور الحديث للعلوم والتكنولوجيا. حاليًا ، تم تطوير تقنية نظام نقل الطاقة الكهربائية الرنان بسلك واحد.

سلك واحد رنان الدليل الموجيلا يستخدم نظام نقل الطاقة الكهربائية بتردد أعلى يتراوح من 1 إلى 100 كيلو هرتز تيار التوصيل النشط في دائرة مغلقة. في خط موصل واحد لدليل موجي رنين، لا توجد حلقة مغلقة، ولا توجد موجات متنقلة من التيار والجهد، ولكن هناك موجات ثابتة (ثابتة) من التيار والجهد التفاعلي بالسعة مع تحول طور قدره 90 درجة. علاوة على ذلك، بسبب عدم وجود تيار نشط ووجود عقدة حالية في خطوطلم تعد هناك حاجة لإنشاء وضع توصيل عالي الحرارة في مثل هذا الخط، وتصبح خسائر الجول ضئيلة بسبب غياب تيارات التوصيل النشطة المغلقة في الخط وقيم غير مهمة للتيار السعوي المفتوح بالقرب من العقد الثابتة الموجات الحالية في الخط.

تعتمد التقنية المقترحة على استخدام دائرتين رنينتين بتردد يتراوح من 0.5 إلى 50 كيلو هرتز وخط سلك واحد بين الدوائر (انظر الشكل 1) بجهد خطي يتراوح من 1 إلى 100 كيلو فولت عند التشغيل في وضع رنين الجهد.

سلك الخط عبارة عن قناة توجيه تتحرك عبرها الطاقة الكهرومغناطيسية. يتم توزيع طاقة المجال الكهرومغناطيسي حولها موصلخطوط.

أرز. 1. رسم تخطيطي كهربائي لنظام نقل الطاقة بسلك واحد رنان

1 - مولد عالي التردد. 2 - دائرة الرنين لمحول الرفع؛ 3 – خط سلك واحد. 4 - دائرة الرنين للمحول التنحي؛ 5 - المعدل. 6- المحول .

كما تظهر الحسابات والتجارب التي تم إجراؤها، مع هذه الطريقة لنقل الطاقة الكهربائية، لا يوجد عملياً أي خسائر في الأسلاك (أقل بمئات المرات من الطريقة التقليدية لنقل الطاقة الكهربائية) وهذه التكنولوجيا آمنة للبيئة والبشر.

لتنسيق نظام إمداد الطاقة التقليدي مع النظام المقترح، وأجهزة المطابقة و المحولات، والتي يتم تثبيتها في بداية ونهاية خط سلك واحد وتسمح باستخدام المعدات الكهربائية القياسية AC أو DC عند الإدخال والإخراج.

تم حاليًا تطوير تقنية نقل الكهرباء بقدرة تصل إلى 100 كيلووات. يتطلب نقل الكهرباء ذات الطاقة العالية استخدام الأجهزة الإلكترونية (الترانزستورات والثايرستور والثنائيات وما إلى ذلك) ذات الطاقة والموثوقية المتزايدة. من الضروري إجراء بحث إضافي لحل مشكلة إمدادات الطاقة للمنشآت التي تستهلك الكهرباء بقدرة تزيد عن 100 كيلوواط.

مزايا:

- تنتقل الطاقة الكهربائية باستخدام تيار سعوي تفاعلي في وضع الرنين،

– الاستخدام غير المصرح به للطاقة أمر صعب،

- تخفيض تكاليف بناء خطوط الكهرباء،

– إمكانية استبدال خطوط الكهرباء العلوية بخطوط كابلات أحادية الموصل،

- وفورات كبيرة في المعادن غير الحديدية،لأن المقطع العرضي للكابل أصغر بمقدار 3-5 مرات من المقطع العرضي لنظام نقل الطاقة التقليدي ثلاثي الطور، يمكن تقليل محتوى الألومنيوم والنحاس في الأسلاك بمقدار 10 مرات،

– انخفاض كبير في نصف قطر دوران الخطوط، وهو أمر مهم للغاية عند مد الكابلات في البيئات الحضرية،

- انخفاض كبير (يصل إلى 10 مرات) في تكاليف مد الكابلات،

– لا يوجد ماس كهربائى من مرحلة إلى مرحلة ،

– يضمن مستوى عال من السلامة الكهربائية للبيئة والإنسان،

– خسائر الكهرباء في خط سلك واحد صغيرة،

- يمكن نقل الكهرباء لمسافات طويلة وطويلة للغاية،

– لا يمكن حدوث دوائر قصيرة في كابل ذو سلك واحد ولا يمكن أن يتسبب كابل ذو سلك واحد في نشوب حريق،

- لا حاجة للصيانة،

– وجود مجال مغناطيسي منخفض ،

- لا تأثير للظروف الجوية،

– المناظر الطبيعية ليست مضطربة ،

- عدم وجود حق الطريق،

– لا يوجد عملياً أي خسائر في الأسلاك (أقل بمئات المرات من الطريقة التقليدية لنقل الطاقة الكهربائية).

كيف تنتقل الكهرباء لمسافات طويلة؟
عند نقل الكهرباء لمسافات طويلة يستخدمونها
نقل الكهرباء لاسلكيا عبر مسافة
نقل الكهرباء لمسافات طويلة بدون أسلاك فيديو
عرض تاريخ نقل الكهرباء عبر مسافة رسالة مجردة
فقدان الكهرباء أثناء النقل لمسافات طويلة
عرض نقل الطاقة عبر المحولات المسافة
رسم تخطيطي لمبادئ مشكلة نقل الكهرباء عبر مسافات طويلة
توليد ونقل الكهرباء عن بعد
مقال عن موضوع نقل الكهرباء عن بعد
رسم تخطيطي لطرق نقل الكهرباء عبر مسافة
محولات تنقل الكهرباء عن بعد
نقل الكهرباء عبر مسافة باستخدام نظام سلك واحد رنان بدون أسلاك خسائر إنتاج وتوزيع المحولات تعريفات خدمات Tyumenenergosbyt TNS Energy Vologdaenergosbyt للمستهلكين عبر حساب شخصي حساب شخصي شبكة عمل Krasnoyarskenergosbyt عبر خطوط الإنترنت مخطط Krasnoyarskenergosbyt Energysbyt فيزياء الهاتف توفير الخدمات مصطلح المنظمة

عامل الطلب 458

استطلاعات الرأي

هل بلادنا بحاجة للتصنيع؟

• نعم نحتاجه (90%، 2486 صوتًا)
• لا، ليس هناك حاجة (6%، 178 صوتًا)
• لا أعرف (4%، 77 صوتًا)

البحث عن التقنيات

التقنيات التي تم العثور عليها 1

قد يكون مثيرا للاهتمام: