يتم نقل وتوزيع الطاقة الكهربائية عن طريق الشبكات الكهربائية - الداخلية (المحل) والخارجية. غالبًا ما تسمى الشبكات الخارجية بالشبكات الداخلية (مصدر الطاقة 3UR و2UR وRP-10 kV الفردي) أو العمود الفقري (مصدر الطاقة عبر الأنفاق والكتل من 6UR و5UR إلى 4UR). الشبكات الخارجية التي تصل إلى 1 كيلو فولت في المؤسسات الصناعية لها توزيع محدود (شبكات الإضاءة الخارجية بشكل أساسي).

يتم التمديد باستخدام أسلاك معزولة وغير معزولة (عارية) (خطوط الكهرباء العلوية بشكل أساسي). أسلاك معزولةيتم تنفيذها بشكل محمي - يتم وضع غلاف معدني أو غلاف آخر فوق العزل الكهربائي، مما يحمي العزل من التلف الميكانيكي. الموصلات المعزولة: الأسلاك والكابلات والحبال. الأسلاك العارية:الألومنيوم والنحاس والصلب والموصلات والعربات والأسلاك العارية.

بالنسبة للشبكات، يتم استخدام النحاس المسحوب بقوة، والمغطى بطبقة رقيقة من الأكسيد، مما يوفر مقاومة جيدة لتأثير الظروف الجوية وتأثيرات المركبات الكيميائية الموجودة في الانبعاثات الصناعية. يتم أيضًا تغطية الألومنيوم المسحوب بشدة المستخدم لهذه الأغراض بفيلم، ولكنه عرضة للتآكل بالقرب من البحر وعدد من الصناعات المرتبطة بإنتاج أو استخدام الأحماض. مقاومة كهربائية أكبر، وسوء التركيب والخصائص التشغيلية، ولكن التكلفة المنخفضة مقارنة بالنحاس تحدد نطاق تطبيقه. يجب أن تكون الموصلات الفولاذية مجلفنة (مضافات تصل إلى 0.4% من النحاس)، ويتم استخدامها بسبب تكلفتها المنخفضة، للأحمال المنخفضة (في الشبكات الريفية). ويفضل استخدام الأسلاك ثنائية المعدن، حيث تكون الأسلاك الفولاذية الحاملة للحمل الميكانيكي مغلفة من الخارج بطبقة من النحاس أو الألومنيوم المتحلل كهربائيا.

يتم نقل الكهرباء في أنظمة إمدادات الطاقة:

1) الخطوط الهوائية - أجهزة لنقل وتوزيع الكهرباء من خلال الأسلاك الموجودة في الهواء الطلق والمثبتة باستخدام العوازل والتجهيزات للدعامات أو الأقواس والرفوف على المباني والهياكل الهندسية (الجسور والجسور والجسور وما إلى ذلك) ؛

2) خطوط الكابلات - أجهزة نقل الكهرباء، التي تتكون من واحد أو أكثر من الكابلات المتوازية مع وصلات التوصيل والقفل والنهاية (المحطات الطرفية) والمثبتات؛

3) الموصلات - أجهزة لنقل وتوزيع الكهرباء، تتكون من الموصلات العارية أو المعزولة والعوازل ذات الصلة، والأغلفة الواقية، وأجهزة الإضاءة، والهياكل الداعمة أو الداعمة؛

4) الأسلاك الكهربائية - مجموعة من الأسلاك والكابلات ذات السحابات المرتبطة بها والتي تدعم الهياكل والأجزاء الواقية.

يتم اختيار المقاطع العرضية لموصلات أجهزة الصرف الصحي الكهربائية: أ) عن طريق التسخين (مع مراعاة أوضاع الإصلاح العادية وما بعد الطوارئ) بحد أقصى للتيار لمدة نصف ساعة ؛ ب) حسب كثافة التيار الاقتصادي؛ ج) وفقًا لظروف الحركة الديناميكية والتسخين أثناء حدوث ماس كهربائي.

يتم تحديد القيمة الطبيعية للتدفئة وكثافة التيار الاقتصادي j eq بواسطة PUE. لا تختار على أساس كثافة التيار الاقتصادي: شبكات المؤسسات الصناعية والهياكل التي تصل إلى 1 كيلو فولت ت الأعلىما يصل إلى 4000-5000؛ فروع لأجهزة الاستقبال الكهربائية الفردية وكوابح الجهد يصل إلى 1 كيلو فولت؛ شبكات الإضاءة للمؤسسات الصناعية والمباني السكنية والعامة؛ قضبان التوصيل وقضبان التوصيل للمفاتيح الكهربائية الخارجية ومجموعة المفاتيح الكهربائية للتوزيع الثالث لجميع الفولتية؛ شبكات الهياكل المؤقتة، وكذلك الأجهزة التي تتراوح مدة خدمتها بين 3-5 سنوات.

في التركيبات الكهربائية التي تزيد عن 1 كيلو فولت في وضع الدائرة القصيرة، يجب التحقق مما يلي: أ) الكابلات والموصلات الأخرى، والموصلات، وكذلك الهياكل الداعمة والحاملة لها؛ ب) الخطوط الهوائية ذات تيار صدمة الدائرة القصيرة يساوي 50 كيلو أمبير أو أكثر، لمنع الأسلاك من الضرب تحت التأثير الديناميكي لتيارات الدائرة القصيرة، في التركيبات الكهربائية التي تقل عن 1 كيلو فولت - فقط الموصلات ولوحات التوزيع وخزائن الطاقة. مقاومة تيارات الدائرة القصيرة هي عناصر نقل الكهرباء التي تتحمل، في ظل ظروف التصميم، تأثيرات هذه التيارات دون التعرض للتلف أو التشوه الكهربائي والميكانيكي.

وفقًا لوضع الدائرة القصيرة عند الفولتية التي تزيد عن 1 كيلو فولت، لا يتم فحص العناصر التالية:

محمية بصمامات ذات إدخالات (للمقاومة الكهروديناميكية - للتيار المقنن للإدخالات حتى 60 أمبير، وبغض النظر عن ذلك - للمقاومة الحرارية)،

في دوائر أجهزة الاستقبال الفردية، بما في ذلك محولات الورشة بقدرة إجمالية تصل إلى 2.5 ميجا فولت أمبير وبجهد أعلى يصل إلى 20 كيلو فولت [إذا تم استيفاء الشروط التالية في وقت واحد: أ) يتم توفير درجة التكرار المطلوبة في الشبكة الكهربائية أو الجزء التكنولوجي، المصمم بحيث لا يتسبب إيقاف تشغيل أجهزة الاستقبال المحددة في تعطيل العملية التكنولوجية، ب) لا يمكن أن يتسبب تلف الموصل أثناء ماس كهربائي في حدوث انفجار أو حريق، ج) من الممكن استبدال الموصل دون صعوبات كبيرة]؛

موصلي أجهزة الاستقبال الفردية غير المسؤولة،

أسلاك الخطوط العلوية

محولات التيار والجهد تحت ظروف معينة

يجب ألا تتجاوز درجة حرارة تسخين الموصلات خلال دائرة كهربائية قصيرة القيم القصوى المسموح بها التالية، درجة مئوية

النحاس 300

الألومنيوم 200

الكابلات المعزولة:

ورق للجهد حتى 10 كيلو فولت 200

مطاط البولي فينيل كلورايد 150

البولي ايثيلين 120

في الفيزياء

حول موضوع "إنتاج ونقل واستخدام الكهرباء"

طلاب الصف الحادي عشر أ

المؤسسة التعليمية البلدية رقم 85

كاثرين.

خطة مجردة.

مقدمة.

1. إنتاج الكهرباء.

1. أنواع محطات توليد الطاقة.

2. مصادر الطاقة البديلة.

2. نقل الكهرباء.

محولات.

3. استخدام الكهرباء.

مقدمة.

حدثت ولادة الطاقة منذ عدة ملايين من السنين، عندما تعلم الناس استخدام النار. أعطتهم النار الدفء والنور، وكانت مصدرًا للإلهام والتفاؤل، وسلاحًا ضد الأعداء والحيوانات البرية، علاج، مساعد في الزراعة، حافظة للأغذية، مساعد تكنولوجي، إلخ.

ظهرت الأسطورة الرائعة عن بروميثيوس، الذي أعطى الناس النار اليونان القديمةفي وقت لاحق بكثير مما هو عليه في أجزاء كثيرة من العالم، هناك أساليب متطورة للغاية للتعامل مع الحرائق وإنتاجها وإطفائها والحفاظ على الحرائق و الاستخدام العقلانيوقود.

لسنوات عديدة، تم الحفاظ على النار عن طريق حرق مصادر الطاقة النباتية (الخشب والشجيرات والقصب والعشب والطحالب الجافة وغيرها)، ثم اكتشف أنه من الممكن استخدام المواد الأحفورية للحفاظ على النار: الفحم والنفط والصخر الزيتي. الخث.

اليوم، لا تزال الطاقة العنصر الرئيسي في حياة الإنسان. إنه يجعل من الممكن إنشاء مواد مختلفة وهو أحد العوامل الرئيسية في تطوير التقنيات الجديدة. ببساطة، دون إتقان أنواع مختلفةالطاقة، الشخص غير قادر على الوجود الكامل.

توليد الطاقة.

أنواع محطات توليد الطاقة.

محطة الطاقة الحرارية (TPP)، وهي محطة توليد الطاقة الكهربائية نتيجة تحويل الطاقة الحرارية المنبعثة أثناء احتراق الوقود الأحفوري. ظهرت أولى محطات الطاقة الحرارية في نهاية القرن التاسع عشر وانتشرت على نطاق واسع. في منتصف السبعينيات من القرن العشرين، كانت محطات الطاقة الحرارية هي النوع الرئيسي لمحطات الطاقة.

وفي محطات الطاقة الحرارية، يتم تحويل الطاقة الكيميائية للوقود أولاً إلى طاقة ميكانيكية ومن ثم إلى طاقة كهربائية. يمكن أن يكون الوقود المستخدم في محطة توليد الطاقة هذه هو الفحم والجفت والغاز والصخر الزيتي وزيت الوقود.

تنقسم محطات الطاقة الحرارية إلى تركيز(IES)، مصممة لتوليد الطاقة الكهربائية فقط، و محطات الحرارة والطاقة مجتمعة(CHP)، وتنتج، بالإضافة إلى الطاقة الكهربائية، طاقة حرارية على شكل الماء الساخنوزوجين. تسمى محطات توليد الطاقة الكبيرة ذات الأهمية الإقليمية محطات توليد الطاقة في مناطق الولاية (SDPPs).

يظهر في الشكل أبسط رسم تخطيطي لـ IES الذي يعمل بالفحم. يتم تغذية الفحم إلى مخزن الوقود 1، ومنه إلى وحدة التكسير 2، حيث يتحول إلى غبار. يدخل غبار الفحم إلى فرن مولد البخار (غلاية بخارية) 3، الذي يحتوي على نظام من الأنابيب يتم من خلاله تدوير المياه النقية كيميائيًا، والتي تسمى مياه التغذية. في الغلاية، يتم تسخين الماء وتبخيره، ويتم إحضار البخار المشبع الناتج إلى درجة حرارة 400-650 درجة مئوية، وتحت ضغط 3-24 ميجاباسكال، يدخل التوربين البخاري 4 من خلال خط البخار.تعتمد معلمات البخار على قوة الوحدات.

تتميز محطات توليد الطاقة بالتكثيف الحراري بكفاءة منخفضة (30-40%)، حيث يتم فقدان معظم الطاقة مع غازات المداخن ومياه تبريد المكثف. ومن المفيد بناء محطات الطاقة الأولية على مقربة من مواقع إنتاج الوقود. في هذه الحالة، قد يكون مستهلكو الكهرباء موجودين على مسافة كبيرة من المحطة.

محطة مشتركة للحرارة والكهرباءوتختلف عن محطة التكثيف بوجود توربينة تسخين خاصة مثبتة عليها مع استخلاص البخار. في محطة توليد الطاقة الحرارية، يتم استخدام جزء من البخار بالكامل في التوربين لتوليد الكهرباء في المولد 5 ثم يدخل إلى المكثف 6، أما الجزء الآخر ذو درجة الحرارة والضغط الأعلى فيؤخذ من المرحلة المتوسطة من التوربين ويستخدم لإمدادات الحرارة. يتم إمداد المكثفات عن طريق المضخة 7 من خلال مزيل الهواء 8 ومن ثم عن طريق مضخة التغذية 9 إلى مولد البخار. تعتمد كمية البخار المأخوذة على احتياجات الطاقة الحرارية للمؤسسات.

تصل كفاءة محطات الطاقة الحرارية إلى 60-70%. عادة ما يتم بناء هذه المحطات بالقرب من المستهلكين - المؤسسات الصناعية أو المناطق السكنية. في أغلب الأحيان تعمل بالوقود المستورد.

محطات حرارية مع توربينات الغاز(جتب)، غاز البخار(PHPP) ومحطات الديزل.

يتم حرق الغاز أو الوقود السائل في غرفة الاحتراق في محطة توليد الكهرباء بتوربينات الغاز؛ تدخل منتجات الاحتراق بدرجة حرارة 750-900 درجة مئوية إلى توربينات غازية تقوم بتدوير مولد كهربائي. كفاءة محطات الطاقة الحرارية هذه عادة ما تكون 26-28٪، والطاقة - ما يصل إلى عدة مئات ميغاواط . تُستخدم عادةً GTPPs لتغطية قمم الأحمال الكهربائية. يمكن أن تصل كفاءة PGES إلى 42 - 43%.

الأكثر اقتصادا هي محطات توليد الطاقة الحرارية الكبيرة من التوربينات البخارية (مختصر TPP). تستخدم معظم محطات الطاقة الحرارية في بلادنا غبار الفحم كوقود. لتوليد 1 كيلوواط ساعة من الكهرباء، يتم استهلاك عدة مئات من غرامات الفحم. في غلاية البخار، يتم تحويل أكثر من 90% من الطاقة المنطلقة من الوقود إلى بخار. في التوربين، يتم نقل الطاقة الحركية لنفاثات البخار إلى الدوار. يرتبط عمود التوربين بشكل صارم بعمود المولد.

التوربينات البخارية الحديثة لمحطات الطاقة الحرارية هي آلات متقدمة جدًا وعالية السرعة واقتصادية للغاية وذات عمر خدمة طويل. تصل قوتهم في إصدار أحادي المحور إلى مليون و200 ألف كيلووات، وهذا ليس الحد الأقصى. تكون هذه الآلات دائمًا متعددة المراحل، أي أنها تحتوي عادةً على عشرات الأقراص ذات الشفرات العاملة ونفس العدد أمام كل قرص من مجموعات الفوهات التي يتدفق من خلالها تيار من البخار. ينخفض ​​\u200b\u200bضغط ودرجة حرارة البخار تدريجياً.

من المعروف من مقرر الفيزياء أن كفاءة المحركات الحرارية تزداد مع زيادة درجة الحرارة الأولية لسائل العمل. لذلك، يتم إحضار البخار الذي يدخل التوربين إلى معايير عالية: درجة الحرارة - ما يقرب من 550 درجة مئوية والضغط - ما يصل إلى 25 ميجا باسكال. تصل كفاءة محطات الطاقة الحرارية إلى 40%. معظميتم فقدان الطاقة مع بخار العادم الساخن.

محطة كهرومائية (محطة الطاقة الكهرومائية)، مجمع من الهياكل والمعدات التي من خلالها يتم تحويل طاقة تدفق المياه إلى طاقة كهربائية. تتكون محطة الطاقة الكهرومائية من دائرة متسلسلة الهياكل الهيدروليكية,توفير التركيز اللازم لتدفق المياه وخلق الضغط، ومعدات الطاقة التي تحول طاقة الماء المتحرك تحت الضغط إلى طاقة دورانية ميكانيكية، والتي بدورها تتحول إلى طاقة كهربائية.

ينشأ ضغط محطة الطاقة الكهرومائية من تركيز سقوط النهر في المنطقة التي يستخدمها السد، أو الاشتقاق,أو السد والتحويل معا. توجد معدات الطاقة الرئيسية لمحطة الطاقة الكهرومائية في مبنى محطة الطاقة الكهرومائية: في غرفة التوربينات بمحطة الطاقة - الوحدات الهيدروليكية,المعدات المساعدة، وأجهزة التحكم الآلي والرصد؛ في مركز التحكم المركزي - وحدة تحكم المشغل والمرسل أو مشغل السيارات لمحطة الطاقة الكهرومائية.في ازدياد المحولات الفرعيةيقع داخل مبنى محطة الطاقة الكهرومائية وفي مباني منفصلة أو في مناطق مفتوحة. المفاتيح الكهربائيةغالبا ما تقع في منطقة مفتوحة. يمكن تقسيم مبنى محطة الطاقة الكهرومائية إلى أقسام تحتوي على وحدة واحدة أو أكثر ومعدات مساعدة، منفصلة عن الأجزاء المجاورة للمبنى. يتم إنشاء موقع التثبيت في أو داخل مبنى محطة الطاقة الكهرومائية لتجميع وإصلاح المعدات المختلفة والعمليات المساعدة لصيانة محطة الطاقة الكهرومائية.

وفقا للقدرة المثبتة (في ميغاواط)التمييز بين محطات الطاقة الكهرومائية قوي(أكثر من 250)، متوسط(حتى 25) و صغير(ما يصل الى 5). تعتمد قوة محطة الطاقة الكهرومائية على الضغط (الفرق بين مستويات المنبع والمصب ), تدفق المياه المستخدمة في التوربينات الهيدروليكية وكفاءة الوحدة الهيدروليكية. لعدد من الأسباب (بسبب، على سبيل المثال، التغيرات الموسمية في مستوى المياه في الخزانات، والتقلبات في حمل نظام الطاقة، وإصلاح الوحدات الهيدروليكية أو الهياكل الهيدروليكية، وما إلى ذلك)، يتغير ضغط وتدفق المياه بشكل مستمر وبالإضافة إلى ذلك، يتغير التدفق عند تنظيم قوة محطة الطاقة الكهرومائية. هناك دورات سنوية وأسبوعية ويومية لتشغيل محطة الطاقة الكهرومائية.

بناءً على الحد الأقصى للضغط المستخدم، يتم تقسيم محطات الطاقة الكهرومائية إلى ضغط مرتفع(أكثر من 60 م)، الضغط المتوسط(من 25 إلى 60 م)و ضغط منخفض(من 3 إلى 25 م).نادراً ما يتجاوز الضغط في الأنهار المنخفضة 100 م،وفي الظروف الجبلية، يمكن أن يخلق السد ضغطًا يصل إلى 300 موأكثر من ذلك، وبمساعدة الاشتقاق - ما يصل إلى 1500 م.إن تقسيم محطات الطاقة الكهرومائية حسب الضغط المستخدم له طبيعة تقريبية مشروطة.

وفقا لنمط استخدام الموارد المائية وتركيز الضغط، عادة ما يتم تقسيم محطات الطاقة الكهرومائية إلى قناة , سد , التحويل مع التحويل بالضغط وغير الضغط والتخزين المختلط والضخو المد والجزر .

في محطات الطاقة الكهرومائية القائمة على مجرى النهر والسدود، يتم إنشاء ضغط المياه عن طريق سد يسد النهر ويرفع منسوب المياه في حوض السباحة العلوي. وفي الوقت نفسه، فإن بعض الفيضانات في وادي النهر أمر لا مفر منه. يتم بناء محطات الطاقة الكهرومائية على ضفاف النهر وعلى جانب السدود على الأنهار ذات المياه العالية في الأراضي المنخفضة وعلى الأنهار الجبلية في الوديان المضغوطة الضيقة. تتميز محطات الطاقة الكهرومائية الجارية في النهر بضغوط تصل إلى 30-40 م.

عند الضغط العالي، يتبين أنه من غير المناسب نقل ضغط الماء الهيدروستاتيكي إلى مبنى محطة الطاقة الكهرومائية. في هذه الحالة يتم استخدام النوع سدمحطة الطاقة الكهرومائية، حيث يتم سد جبهة الضغط على طولها بالكامل بواسطة سد، ويقع مبنى محطة الطاقة الكهرومائية خلف السد، بجوار المياه الخلفية.

نوع آخر من التخطيط سدتتوافق محطة الطاقة الكهرومائية مع الظروف الجبلية مع تدفقات نهرية منخفضة نسبيًا.

في مشتقيتم إنشاء تركيز محطة الطاقة الكهرومائية لسقوط النهر من خلال التحويل؛ يتم تحويل المياه في بداية القسم المستخدم من النهر من قاع النهر بواسطة قناة ذات انحدار أقل بكثير من متوسط ​​انحدار النهر في هذا القسم ومع استقامة انحناءات وانعطافات القناة. يتم نقل نهاية التحويل إلى موقع مبنى محطة الطاقة الكهرومائية. يتم إرجاع مياه الصرف الصحي إلى النهر أو توفيرها إلى محطة تحويل الطاقة الكهرومائية التالية. يكون التحويل مفيدًا عندما يكون منحدر النهر مرتفعًا.

يحتل مكانا خاصا بين محطات الطاقة الكهرومائية محطات توليد الطاقة المخزنة بالضخ(PSPP) و محطات طاقة المد والجزر(بيس). إن بناء محطات توليد الطاقة المخزنة بالضخ هو الدافع وراء الطلب المتزايد على طاقة الذروة في أنظمة الطاقة الكبيرة، والتي تحدد قدرة التوليد المطلوبة لتغطية أحمال الذروة. تعتمد قدرة محطات توليد الطاقة المخزنة بالضخ على تجميع الطاقة على حقيقة أن الطاقة الكهربائية المجانية في نظام الطاقة لفترة زمنية معينة يتم استخدامها بواسطة وحدات محطات توليد الطاقة المخزنة بالضخ، والتي تعمل في وضع المضخة، وتضخ المياه من الخزان في حوض التخزين العلوي. خلال فترات ذروة التحميل، يتم إرجاع الطاقة المتراكمة إلى نظام الطاقة (يدخل الماء من المسبح العلوي إلى خط أنابيب الضغط ويقوم بتدوير الوحدات الهيدروليكية التي تعمل كمولد تيار).

تقوم PES بتحويل طاقة المد والجزر البحرية إلى كهرباء. لا يمكن استخدام كهرباء محطات الطاقة الكهرومائية الخاصة بالمد والجزر، نظرًا لبعض الميزات المرتبطة بالطبيعة الدورية للمد والجزر، في أنظمة الطاقة إلا بالتزامن مع طاقة محطات توليد الطاقة المنظمة، والتي تعوض انقطاع التيار الكهربائي. محطات طاقة المد والجزر في غضون أيام أو أشهر.

إن أهم ما يميز موارد الطاقة الكهرومائية مقارنة بموارد الوقود والطاقة هو قابليتها للتجديد المستمر. إن غياب متطلبات الوقود لمحطات الطاقة الكهرومائية يحدد التكلفة المنخفضة للكهرباء المولدة من محطات الطاقة الكهرومائية. ولذلك، فإن بناء محطات الطاقة الكهرومائية، على الرغم من الاستثمارات الرأسمالية المحددة الكبيرة بنسبة 1 كيلوواطلقد حظيت القدرة المركبة وفترات البناء الطويلة بأهمية كبيرة، خاصة عندما يرتبط ذلك بوضع الصناعات كثيفة الاستهلاك للكهرباء.

محطة للطاقة النووية (NPP)، محطة توليد الكهرباء التي يتم فيها تحويل الطاقة الذرية (النووية) إلى طاقة كهربائية. مولد الطاقة في محطة الطاقة النووية هو مفاعل نووي. الحرارة المنبعثة في المفاعل نتيجة لذلك تفاعل تسلسليومن ثم، يتم تحويل انشطار نوى بعض العناصر الثقيلة، تمامًا كما هو الحال في محطات الطاقة الحرارية التقليدية (TPP)، إلى كهرباء. على عكس محطات الطاقة الحرارية التي تعمل بالوقود الأحفوري، تعمل محطات الطاقة النووية وقود نووي(على أساس 233 يو، 235 يو، 239 يو). لقد ثبت أن موارد الطاقة في العالم من الوقود النووي (اليورانيوم والبلوتونيوم وغيرها) تتجاوز موارد الطاقة بشكل كبير المحميات الطبيعيةالوقود العضوي (النفط، الفحم، الغاز الطبيعي، الخ). وهذا يفتح آفاقا واسعة لتلبية الطلب المتزايد بسرعة على الوقود. بالإضافة إلى ذلك، من الضروري أن نأخذ في الاعتبار الحجم المتزايد باستمرار لاستهلاك الفحم والنفط للأغراض التكنولوجية في العالم. الصناعة الكيميائيةوالتي أصبحت منافسًا جديًا لمحطات الطاقة الحرارية. وعلى الرغم من اكتشاف رواسب جديدة للوقود العضوي وتحسين طرق إنتاجه، إلا أن هناك اتجاها في العالم نحو الارتفاع النسبي في تكلفته. وهذا يخلق أصعب الظروف بالنسبة للبلدان ذات الاحتياطيات المحدودة من الوقود الأحفوري. هناك حاجة واضحة للتطور السريع للطاقة النووية، التي تحتل بالفعل مكانة بارزة في ميزان الطاقة لعدد من الدول الصناعية حول العالم.

يظهر الشكل التخطيطي لمحطة طاقة نووية بها مفاعل نووي مبرد بالماء. 2. الحرارة المنطلقة جوهرمفاعل المبرد,يتم أخذها عن طريق الماء من الدائرة الأولى، والتي يتم ضخها عبر المفاعل بواسطة مضخة دورانية، ويدخل الماء الساخن من المفاعل إلى المبادل الحراري (مولد البخار) 3, حيث يقوم بنقل الحرارة الواردة في المفاعل إلى ماء الدائرة الثانية. يتبخر ماء الدائرة الثانية في مولد البخار فيتكون البخار الذي يدخل بعد ذلك إلى التوربين 4.

في أغلب الأحيان، يتم استخدام 4 أنواع من مفاعلات النيوترونات الحرارية في محطات الطاقة النووية:

1) الماء مع الماء الماء العاديكوسيط ومبرد.

2) ماء الجرافيت مع مبرد الماء ووسيط الجرافيت؛

3) الماء الثقيل مع الماء المبرد والماء الثقيل كمهدئ؛

4) جرافيتو - غاز مع مبرد غاز ووسيط جرافيت.

يتم تحديد اختيار نوع المفاعل المستخدم بشكل أساسي من خلال الخبرة المتراكمة في المفاعل الحامل، بالإضافة إلى توفر المعدات الصناعية اللازمة واحتياطيات المواد الخام وما إلى ذلك.

يشمل المفاعل وأنظمة الخدمة الخاصة به: المفاعل نفسه مع الحماية البيولوجية , المبادلات الحرارية، والمضخات أو وحدات نفخ الغاز التي تعمل على تدوير المبرد، وخطوط الأنابيب والتجهيزات الخاصة بدائرة التدوير، وأجهزة إعادة تحميل الوقود النووي، وأنظمة التهوية الخاصة، وأنظمة التبريد في حالات الطوارئ، وما إلى ذلك.

ولحماية العاملين في محطة الطاقة النووية من التعرض للإشعاع، تم إحاطة المفاعل بدرع بيولوجي، المواد الرئيسية له هي الخرسانة والماء والرمل السربنتيني. يجب أن تكون معدات دائرة المفاعل مغلقة تماما. تم توفير نظام لرصد أماكن التسربات المحتملة لسائل التبريد، ويتم اتخاذ الإجراءات اللازمة للتأكد من أن التسربات والانقطاعات في الدائرة لا تؤدي إلى انبعاثات إشعاعية وتلوث مباني محطة الطاقة النووية والمنطقة المحيطة بها. تتم إزالة الهواء المشع وكمية قليلة من بخار سائل التبريد، بسبب وجود تسربات من الدائرة، من الغرف غير المراقبة في محطة الطاقة النووية عن طريق نظام تهوية خاص، حيث يتم توفير مرشحات التنظيف وعقد خزانات الغاز للقضاء على احتمالية حدوث ذلك. من تلوث الهواء. تتم مراقبة امتثال موظفي محطة الطاقة النووية لقواعد السلامة الإشعاعية من خلال خدمة مراقبة قياس الجرعات.

إن وجود الحماية البيولوجية وأنظمة التهوية الخاصة والتبريد في حالات الطوارئ وخدمة مراقبة قياس الجرعات يجعل من الممكن الحماية الكاملة لموظفي تشغيل محطة الطاقة النووية من الآثار الضارة للإشعاع المشع.

محطات الطاقة النووية، وهي الأكثر نظرة حديثةتتمتع محطات توليد الطاقة بعدد من المزايا الهامة مقارنة بالأنواع الأخرى من محطات توليد الطاقة: في ظل ظروف التشغيل العادية، فإنها لا تلوث على الإطلاق بيئة، لا تتطلب الاتصال بمصدر للمواد الخام، وبالتالي يمكن وضعها في أي مكان تقريبًا. تتمتع وحدات الطاقة الجديدة بقدرة تساوي تقريبًا قدرة محطة طاقة كهرومائية متوسطة، لكن عامل استغلال القدرة المركبة في محطة للطاقة النووية (80%) يتجاوز بشكل كبير هذا الرقم بالنسبة لمحطة الطاقة الكهرومائية أو محطة الطاقة الحرارية.

ليس لدى محطات الطاقة النووية أي عيوب كبيرة في ظل ظروف التشغيل العادية. ومع ذلك، من المستحيل ألا نلاحظ خطر محطات الطاقة النووية في ظل ظروف القوة القاهرة المحتملة: الزلازل والأعاصير وما إلى ذلك - هنا تشكل النماذج القديمة لوحدات الطاقة خطرا محتملا للتلوث الإشعاعي للمناطق بسبب ارتفاع درجة حرارة المفاعل غير المنضبط.

مصادر طاقه بديله.

طاقة الشمس.

في مؤخراالاهتمام بمشكلة الاستخدام طاقة شمسيةوقد زاد بشكل حاد، لأن إمكانات الطاقة القائمة على استخدام الإشعاع الشمسي المباشر مرتفعة للغاية.

أبسط مجمع للإشعاع الشمسي هو عبارة عن صفائح معدنية سوداء اللون (عادةً ما تكون من الألومنيوم)، يوجد بداخلها أنابيب بها سائل يدور فيها. يتم تسخين السائل بواسطة الطاقة الشمسية التي يمتصها المجمع، ويتم توفيره للاستخدام المباشر.

الطاقة الشمسية هي واحدة من أكثر أنواع إنتاج الطاقة كثافة في المواد. يستلزم استخدام الطاقة الشمسية على نطاق واسع زيادة هائلة في الحاجة إلى المواد، وبالتالي، موارد العمل لاستخراج المواد الخام، وإثرائها، والحصول على المواد، وتصنيع طائرات الهليوستات، وهواة الجمع، والمعدات الأخرى، ونقلها.

ولا تزال الطاقة الكهربائية المولدة بواسطة الأشعة الشمسية أغلى بكثير من تلك التي يتم الحصول عليها الطرق التقليدية. ويأمل العلماء أن تساعد التجارب التي سيجرونها في المنشآت والمحطات التجريبية في حل ليس فقط المشاكل التقنية، بل الاقتصادية أيضًا.

طاقة الرياح.

طاقة الكتل الهوائية المتحركة هائلة. احتياطيات طاقة الرياح أكبر بمئة مرة من احتياطيات الطاقة الكهرومائية لجميع الأنهار على هذا الكوكب. تهب الرياح باستمرار وفي كل مكان على وجه الأرض. تسمح الظروف المناخية بتطوير طاقة الرياح على مساحة شاسعة.

لكن اليوم، لا توفر محركات الرياح سوى واحد على الألف من احتياجات العالم من الطاقة. ولذلك، فإن متخصصي الطائرات الذين يعرفون كيفية اختيار الشكل الأنسب للشفرة ودراستها في نفق الرياح يشاركون في إنشاء تصميمات عجلة الرياح، وهي قلب أي محطة لتوليد طاقة الرياح. بفضل جهود العلماء والمهندسين، تم إنشاء مجموعة واسعة من التصاميم لتوربينات الرياح الحديثة.

طاقة الأرض.

لقد عرف الناس منذ فترة طويلة عن المظاهر العفوية للطاقة العملاقة المخبأة في الأعماق الكرة الأرضية. تحتفظ ذاكرة البشرية بأساطير حول الانفجارات البركانية الكارثية التي أودت بحياة الملايين حياة الانسانوالتي غيرت مظهر العديد من الأماكن على الأرض بشكل لا يمكن التعرف عليه. إن قوة ثوران بركان صغير نسبيًا هائلة، فهي أكبر بعدة مرات من قوة أكبر محطات توليد الطاقة التي أنشأتها الأيدي البشرية. صحيح أنه لا داعي للحديث عن الاستخدام المباشر لطاقة الانفجارات البركانية، فالناس ليس لديهم القدرة بعد على كبح هذا العنصر المتمرد.

طاقة الأرض مناسبة ليس فقط لتدفئة المباني، كما هو الحال في أيسلندا، ولكن أيضا لتوليد الكهرباء. تعمل محطات توليد الطاقة التي تستخدم الينابيع الساخنة تحت الأرض منذ فترة طويلة. تم بناء أول محطة للطاقة من هذا النوع، والتي لا تزال منخفضة الطاقة للغاية، في عام 1904 في بلدة لارديريلو الإيطالية الصغيرة. تدريجيا، نمت قوة محطة توليد الكهرباء، وتم تشغيل المزيد والمزيد من الوحدات الجديدة، وتم استخدام مصادر جديدة للمياه الساخنة، واليوم وصلت قوة المحطة بالفعل إلى قيمة مثيرة للإعجاب تبلغ 360 ألف كيلووات.

نقل الكهرباء.

محولات.

لقد اشتريت ثلاجة ZIL. لقد حذرك البائع من أن الثلاجة مصممة لجهد كهربائي يبلغ 220 فولت. وفي منزلك يبلغ جهد التيار الكهربائي 127 فولت. هل هذا وضع ميؤوس منه؟ مُطْلَقاً. كل ما عليك فعله هو دفع نفقات إضافية وشراء محول.

محول- جهاز بسيط للغاية يسمح لك بزيادة الجهد وخفضه. يتم تحويل التيار المتردد باستخدام المحولات. تم استخدام المحولات لأول مرة في عام 1878 من قبل العالم الروسي بي إن يابلوشكوف لتشغيل "الشموع الكهربائية" التي اخترعها، وهي مصدر ضوء جديد في ذلك الوقت. تم تطوير فكرة P. N. Yablochkov من قبل موظف جامعة موسكو I. F. Usagin، الذي صمم المحولات المحسنة.

يتكون المحول من قلب حديدي مغلق، حيث يتم وضع ملفين (أحيانًا أكثر) مع لفات سلكية (الشكل 1). يتم توصيل أحد اللفات، والتي تسمى اللف الأولي، بمصدر جهد متناوب. اللف الثاني، الذي يتصل به "الحمل"، أي الأدوات والأجهزة التي تستهلك الكهرباء، يسمى ثانوي.

يعتمد تشغيل المحول على ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي. عندما يمر تيار متردد عبر الملف الأولي، يظهر تدفق مغناطيسي متناوب في قلب الحديد، مما يثير قوة دافعة مستحثة في كل ملف. علاوة على ذلك، فإن القيمة اللحظية للقوة الدافعة الكهربية المستحثة ه الخامسيتم تحديد أي دورة للملف الأولي أو الثانوي وفقًا لقانون فاراداي بالصيغة:

ه = - Δ F/ Δ ر

لو F= Ф 0 сosωt، إذن

ه = ω Ф 0 خطيئة ω ر ، أو

ه = ه 0 خطيئة ω ر ,

أين ه 0 = ω Ф 0 - سعة المجال الكهرومغناطيسي في دورة واحدة.

في اللف الأساسي، الذي لديه ن 1المنعطفات، إجمالي القوى الدافعة الكهربية المستحثة ه 1 يساوي ص 1 ه.

في اللف الثانوي يوجد emf إجمالي. ه 2يساوي ص 2 ه،أين ن 2- عدد دورات هذا اللف.

إنه يتبع هذا

ه 1 ه 2 = ن 1 ن 2 . (1)

مجموع الجهد ش 1 , تطبق على اللف الأساسي، وEMF ه 1 يجب أن يكون مساوياً لانخفاض الجهد في الملف الأولي:

ش 1 + ه 1 = أنا 1 ر 1 , أين ر 1 - المقاومة النشطة لللف و أنا 1 - القوة الحالية فيه. هذه المعادلة تتبع مباشرة من المعادلة العامة. عادة ما تكون المقاومة النشطة لللف صغيرة و أنا 1 ر 1 يمكن إهمالها. لهذا

ش 1 ≈ -ه 1 . (2)

عندما يكون الملف الثانوي للمحول مفتوحا لا يتدفق فيه تيار، وتبقى العلاقة التالية:

ش 2 ≈ - ه 2 . (3)

منذ القيم اللحظية لـ emf ه 1 و ه 2 التغير في الطور، فيمكن استبدال نسبتها في الصيغة (1) بنسبة القيم الفعالة ه 1 و ه 2 من هذه المجالات الكهرومغناطيسية أو، مع الأخذ في الاعتبار التساوي (2) و (3)، نسبة قيم الجهد الفعال U 1 وأنت 2 .

ش 1 / ش 2 = ه 1 / ه 2 = ن 1 / ن 2 = ك . (4)

ضخامة كتسمى نسبة التحول لو ك> 1، ثم يتم تنحي المحول، متى ك <1 - في ازدياد

عندما تكون دائرة اللف الثانوية مغلقة، يتدفق التيار فيها. ثم النسبة ش 2 ≈ - ه 2 لم يعد يتم الوفاء به تمامًا، وبالتالي فإن الاتصال بين U 1 وأنت 2 يصبح أكثر تعقيدا مما كانت عليه في المعادلة (4).

وفقًا لقانون حفظ الطاقة، يجب أن تكون الطاقة في الدائرة الأولية مساوية للطاقة في الدائرة الثانوية:

ش 1 أنا 1 = ش 2 أنا 2, (5)

أين أنا 1 و أنا 2 - قيم القوة الفعالة في اللفات الأولية والثانوية.

إنه يتبع هذا

ش 1 / ش 2 = أنا 1 / أنا 2 . (6)

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

ونظراً لفقدان الطاقة الحتمي بسبب إطلاق الحرارة في اللفات والقلب الحديدي، فإن المعادلتين (5) و(6) تتحققان تقريباً. ومع ذلك، في المحولات القوية الحديثة، لا يتجاوز إجمالي الخسائر 2-3٪.

في الممارسة اليومية، يتعين علينا في كثير من الأحيان التعامل مع المحولات. بالإضافة إلى تلك المحولات التي نستخدمها طوعا أو كرها نظرا لحقيقة أن الأجهزة الصناعية مصممة لجهد واحد، وشبكة المدينة تستخدم جهدا آخر، علينا أيضا التعامل مع بكرات السيارات. البكرة عبارة عن محول تصاعدي. لإنشاء شرارة تشعل خليط العمل، يلزم وجود جهد عالي، نحصل عليه من بطارية السيارة، بعد تحويل التيار المباشر للبطارية أولاً إلى تيار متردد باستخدام قاطع. ليس من الصعب أن نفهم أنه حتى فقدان الطاقة المستخدمة لتسخين المحول، مع زيادة الجهد، يتناقص التيار، والعكس صحيح.

تتطلب آلات اللحام محولات تنحي. يتطلب اللحام تيارات عالية جدًا، ومحول آلة اللحام له دورة إخراج واحدة فقط.

ربما لاحظت أن قلب المحول مصنوع من صفائح رقيقة من الفولاذ. يتم ذلك حتى لا تفقد الطاقة أثناء تحويل الجهد. في المواد الصفائحية، ستلعب التيارات الدوامية دورًا أصغر منه في المواد الصلبة.

في المنزل أنت تتعامل مع محولات صغيرة. أما المحولات القوية فهي هياكل ضخمة. في هذه الحالات، يتم وضع القلب مع اللفات في خزان مملوء بزيت التبريد.

نقل الكهرباء

مستهلكو الكهرباء في كل مكان. يتم إنتاجه في أماكن قليلة نسبيًا قريبة من مصادر الوقود والموارد المائية. ولذلك هناك حاجة إلى نقل الكهرباء لمسافات تصل في بعض الأحيان إلى مئات الكيلومترات.

لكن نقل الكهرباء لمسافات طويلة يرتبط بخسائر ملحوظة. والحقيقة هي أنه عندما يتدفق التيار عبر خطوط الكهرباء، فإنه يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارتها. وفقا لقانون Joule-Lenz، يتم تحديد الطاقة المستهلكة لتسخين أسلاك الخط من خلال الصيغة

حيث R هي مقاومة الخط. مع طول الخط الكبير، قد يصبح نقل الطاقة غير مربح بشكل عام. لتقليل الخسائر، يمكنك بالطبع اتباع مسار تقليل المقاومة R للخط عن طريق زيادة مساحة المقطع العرضي للأسلاك. ولكن لتقليل R، على سبيل المثال، بمقدار 100 مرة، تحتاج إلى زيادة كتلة السلك أيضًا بمقدار 100 مرة. من الواضح أنه لا يمكن السماح بمثل هذا الإنفاق الكبير على المعادن غير الحديدية باهظة الثمن، ناهيك عن صعوبات ربط الأسلاك الثقيلة على صواري عالية، وما إلى ذلك. لذلك، يتم تقليل فقد الطاقة في الخط بطريقة أخرى: عن طريق تقليل التيار على الخط. على سبيل المثال، يؤدي تقليل التيار بمقدار 10 مرات إلى تقليل كمية الحرارة المنبعثة في الموصلات بمقدار 100 مرة، أي يتم تحقيق نفس التأثير عند جعل السلك أثقل مائة مرة.

نظرًا لأن الطاقة الحالية تتناسب مع منتج التيار والجهد، للحفاظ على الطاقة المرسلة، فمن الضروري زيادة الجهد في خط النقل. علاوة على ذلك، كلما كان خط النقل أطول، كلما كان استخدام جهد أعلى أكثر ربحية. على سبيل المثال، في خط نقل الجهد العالي Volzhskaya HPP - موسكو، يتم استخدام جهد 500 كيلو فولت. وفي الوقت نفسه، يتم تصميم مولدات التيار المتردد لجهد لا يتجاوز 16-20 كيلو فولت، حيث أن الجهد العالي سيتطلب اتخاذ تدابير خاصة أكثر تعقيدًا 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. خسائر الطاقة صغيرة.

لاستخدام الكهرباء مباشرة في المحركات الكهربائية للآلات الآلية وفي شبكة الإضاءة ولأغراض أخرى يجب تخفيض الجهد الكهربائي عند أطراف الخط. ويتم تحقيق ذلك باستخدام المحولات التنحي. علاوة على ذلك، عادة 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. يظهر الرسم التخطيطي لنقل وتوزيع الكهرباء في الشكل.

ترتبط محطات الطاقة الكهربائية في عدد من مناطق الدولة بخطوط نقل الجهد العالي، لتشكل شبكة كهرباء مشتركة يرتبط بها المستهلكون. مثل هذا الارتباط يسمى نظام الطاقة. يضمن نظام الطاقة توفير الطاقة دون انقطاع للمستهلكين بغض النظر عن موقعهم.

استخدام الكهرباء.

استخدامات الطاقة الكهربائية في مختلف مجالات العلوم.

أصبح القرن العشرون هو القرن الذي يغزو فيه العلم جميع مجالات الحياة الاجتماعية: الاقتصاد، والسياسة، والثقافة، والتعليم، وما إلى ذلك. وبطبيعة الحال، يؤثر العلم بشكل مباشر على تطور الطاقة ونطاق استخدام الكهرباء. فمن ناحية، يساهم العلم في توسيع نطاق تطبيق الطاقة الكهربائية وبالتالي زيادة استهلاكها، ولكن من ناحية أخرى، وفي عصر يشكل فيه الاستخدام غير المحدود لموارد الطاقة غير المتجددة خطراً على الأجيال القادمة، فإن الحاجة الملحة مهام العلم هي تطوير التقنيات الموفرة للطاقة وتنفيذها في الحياة.

دعونا نلقي نظرة على هذه الأسئلة باستخدام أمثلة محددة. يتم تحقيق حوالي 80٪ من النمو في الناتج المحلي الإجمالي (الناتج المحلي الإجمالي) في البلدان المتقدمة من خلال الابتكار التقني، الذي يرتبط الجزء الرئيسي منه باستخدام الكهرباء. كل ما هو جديد في الصناعة والزراعة والحياة اليومية يأتي إلينا بفضل التطورات الجديدة في مختلف فروع العلوم.

تبدأ معظم التطورات العلمية بالحسابات النظرية. ولكن إذا تم إجراء هذه الحسابات في القرن التاسع عشر باستخدام القلم والورق، ففي عصر STR (الثورة العلمية والتكنولوجية) تتم جميع الحسابات النظرية واختيار البيانات العلمية وتحليلها، وحتى التحليل اللغوي للأعمال الأدبية باستخدام أجهزة الكمبيوتر (أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية) التي تعمل بالطاقة الكهربائية وهي الأكثر ملاءمة لنقلها عبر مسافة واستخدامها. ولكن إذا كانت أجهزة الكمبيوتر تستخدم في البداية لإجراء الحسابات العلمية، فقد انتقلت أجهزة الكمبيوتر الآن من العلم إلى الحياة.

يتم استخدامها الآن في جميع مجالات النشاط البشري: لتسجيل وتخزين المعلومات، وإنشاء المحفوظات، وإعداد النصوص وتحريرها، وأداء أعمال الرسم والرسومات، وأتمتة الإنتاج والزراعة. تعد إلكترونينة وأتمتة الإنتاج من أهم نتائج الثورة "الصناعية الثانية" أو "الإلكترونية الدقيقة" في اقتصاديات الدول المتقدمة. يرتبط تطوير الأتمتة المعقدة ارتباطًا مباشرًا بالإلكترونيات الدقيقة، والتي بدأت مرحلة جديدة نوعيًا بعد اختراع المعالج الدقيق في عام 1971 - وهو جهاز منطقي إلكتروني دقيق مدمج في أجهزة مختلفة للتحكم في تشغيلها.

لقد ساهمت المعالجات الدقيقة في تسريع نمو الروبوتات. تنتمي معظم الروبوتات المستخدمة حاليًا إلى ما يسمى بالجيل الأول، وتستخدم في اللحام والقطع والضغط والطلاء وما إلى ذلك. تم تجهيز روبوتات الجيل الثاني التي تحل محلها بأجهزة للتعرف على البيئة. أما الروبوتات "الذكية" من الجيل الثالث فسوف "ترى" و"تشعر" و"تسمع". ويصنف العلماء والمهندسون الطاقة النووية واستكشاف الفضاء والنقل والتجارة والتخزين والرعاية الطبية ومعالجة النفايات وتنمية ثروات قاع المحيط من بين المجالات ذات الأولوية القصوى لاستخدام الروبوتات. تعمل غالبية الروبوتات بالطاقة الكهربائية، لكن الزيادة في استهلاك الروبوتات للكهرباء يقابلها انخفاض في تكاليف الطاقة في العديد من عمليات الإنتاج كثيفة الاستخدام للطاقة بسبب إدخال أساليب أكثر عقلانية وعمليات تكنولوجية جديدة موفرة للطاقة.

ولكن دعونا نعود إلى العلم. يتم اختبار جميع التطورات النظرية الجديدة بعد الحسابات الحاسوبية تجريبيا. وكقاعدة عامة، في هذه المرحلة، يتم إجراء البحث باستخدام القياسات الفيزيائية والتحليلات الكيميائية وما إلى ذلك. تتنوع أدوات البحث العلمي هنا - العديد من أدوات القياس، والمسرعات، والمجاهر الإلكترونية، والماسحات الضوئية للتصوير بالرنين المغناطيسي، وما إلى ذلك. يتم تشغيل الجزء الأكبر من أدوات العلوم التجريبية هذه بالطاقة الكهربائية.

العلوم في مجال الاتصالات والاتصالات تتطور بسرعة كبيرة. لم تعد الاتصالات عبر الأقمار الصناعية تستخدم فقط كوسيلة للاتصالات الدولية، ولكن أيضًا في الحياة اليومية - فأطباق الأقمار الصناعية ليست غير شائعة في مدينتنا. يمكن لوسائل الاتصال الجديدة، مثل تكنولوجيا الألياف، أن تقلل بشكل كبير من فقدان الطاقة في عملية نقل الإشارات عبر مسافات طويلة.

العلم لم يتجاوز مجال الإدارة. مع تطور التقدم العلمي والتكنولوجي واتساع مجالات الإنتاج وغير الإنتاج للنشاط البشري، تبدأ الإدارة في لعب دور متزايد الأهمية في زيادة كفاءتها. ومن نوع من الفن الذي كان يعتمد حتى وقت قريب على الخبرة والحدس، تحولت الإدارة اليوم إلى علم. يُطلق على علم الإدارة والقوانين العامة لتلقي المعلومات وتخزينها ونقلها ومعالجتها اسم علم التحكم الآلي. يأتي هذا المصطلح من الكلمات اليونانية "قائد الدفة"، "قائد الدفة". وجدت في أعمال الفلاسفة اليونانيين القدماء. إلا أن ميلادها من جديد حدث فعلياً في عام 1948، بعد نشر كتاب “علم التحكم الآلي” للعالم الأمريكي نوربرت وينر.

قبل بداية الثورة "السيبرنطيقية"، لم يكن هناك سوى علم الحاسوب الورقي، الذي كانت الوسيلة الرئيسية لإدراكه هو الدماغ البشري، والذي لم يستخدم الكهرباء. لقد ولدت الثورة "السيبرنطيقية" ثورة مختلفة جذريًا - المعلوماتية الآلية، التي تتوافق مع التدفقات المتزايدة بشكل هائل للمعلومات، ومصدر الطاقة لها هو الكهرباء. تم إنشاء وسائل جديدة تمامًا للحصول على المعلومات وتراكمها ومعالجتها ونقلها، والتي تشكل معًا بنية معلومات معقدة. وتشمل أنظمة التحكم الآلي (أنظمة التحكم الآلي)، وبنوك بيانات المعلومات، وقواعد بيانات المعلومات الآلية، ومراكز الكمبيوتر، ومحطات الفيديو، وآلات النسخ والإبراق الضوئي، وأنظمة المعلومات الوطنية، وأنظمة اتصالات الأقمار الصناعية والألياف الضوئية عالية السرعة - كل هذا توسع بشكل غير محدود نطاق استخدام الكهرباء.

يعتقد العديد من العلماء أننا في هذه الحالة نتحدث عن حضارة "معلوماتية" جديدة تحل محل التنظيم التقليدي لمجتمع صناعي. ويتميز هذا التخصص بالميزات الهامة التالية:

· الاستخدام الواسع النطاق لتكنولوجيا المعلومات في الإنتاج المادي وغير المادي، في مجال العلوم والتعليم والرعاية الصحية، وما إلى ذلك؛

· وجود شبكة واسعة من بنوك البيانات المختلفة، بما في ذلك البنوك العامة.

· تحويل المعلومات إلى أحد أهم عوامل التنمية الاقتصادية والوطنية والشخصية.

· حرية تداول المعلومات في المجتمع.

أصبح مثل هذا الانتقال من المجتمع الصناعي إلى "حضارة المعلومات" ممكنًا إلى حد كبير بفضل تطور الطاقة وتوفير نوع مناسب من الطاقة للنقل والاستخدام - الطاقة الكهربائية.

الكهرباء في الإنتاج.

لا يمكن تصور المجتمع الحديث دون كهربة أنشطة الإنتاج. بالفعل في نهاية الثمانينات، تم تنفيذ أكثر من ثلث إجمالي استهلاك الطاقة في العالم على شكل طاقة كهربائية. وبحلول بداية القرن المقبل، قد تزيد هذه الحصة إلى النصف. وترتبط هذه الزيادة في استهلاك الكهرباء في المقام الأول بزيادة استهلاكها في الصناعة. تعمل معظم المؤسسات الصناعية على الطاقة الكهربائية. يعد الاستهلاك العالي للكهرباء نموذجيًا للصناعات كثيفة الاستهلاك للطاقة مثل الصناعات المعدنية والألمنيوم والهندسة الميكانيكية.

الكهرباء في المنزل.

الكهرباء هي مساعد أساسي في الحياة اليومية. نتعامل معها كل يوم، وربما لم يعد بإمكاننا تخيل حياتنا بدونها. تذكر آخر مرة أطفأت فيها أنوارك، أي لم تكن هناك كهرباء تصل إلى منزلك، تذكر كيف أقسمت أنه ليس لديك الوقت لفعل أي شيء وأنك بحاجة إلى الضوء، وأنك بحاجة إلى تلفزيون وغلاية وموقد. مجموعة من الأجهزة الكهربائية الأخرى. ففي نهاية المطاف، إذا فقدنا الطاقة إلى الأبد، فسنعود ببساطة إلى تلك العصور القديمة عندما كان الطعام يُطهى على النار وكنا نعيش في عوارض باردة.

يمكن تخصيص قصيدة كاملة عن أهمية الكهرباء في حياتنا، فهي مهمة جداً في حياتنا وقد اعتدنا عليها. على الرغم من أننا لم نعد نلاحظ دخوله إلى منازلنا، إلا أنه عندما يتم إيقاف تشغيله، يصبح الأمر غير مريح للغاية.

نقدر الكهرباء!

فهرس.

1. كتاب مدرسي من تأليف S. V. جروموف "الفيزياء ، الصف العاشر". موسكو: التنوير.

2. القاموس الموسوعي لعالم فيزياء شاب. مُجَمَّع. في.أ. تشويانوف، موسكو: علم أصول التدريس.

3. إليون إل.، ويلكنز يو.. فيزياء. موسكو: العلوم.

4. كولتون م. عالم الفيزياء. موسكو.

5. مصادر الطاقة. حقائق، مشاكل، حلول. موسكو: العلوم والتكنولوجيا.

6. مصادر الطاقة غير التقليدية. موسكو: المعرفة.

7. يوداسين إل إس.. الطاقة: المشاكل والآمال. موسكو: التنوير.

8. بودجورني أ.ن. الطاقة الهيدروجينية. موسكو: العلوم.

ليس سراً أن الكهرباء تأتي إلى منزلنا من محطات توليد الطاقة، وهي المصادر الرئيسية للكهرباء. ومع ذلك، قد تكون هناك مئات الكيلومترات بيننا (المستهلكين) وبين المحطة، وخلال كل هذه المسافة الطويلة يجب أن ينتقل التيار بطريقة أو بأخرى بأقصى قدر من الكفاءة. في هذه المقالة، سنلقي نظرة على كيفية نقل الكهرباء عن بعد إلى المستهلكين.

طريق نقل الكهرباء

لذا، كما قلنا سابقًا، نقطة البداية هي محطة توليد الكهرباء، والتي في الواقع تولد الكهرباء. اليوم، الأنواع الرئيسية لمحطات الطاقة هي محطات الطاقة الكهرومائية (محطات الطاقة الكهرومائية)، ومحطات الطاقة الحرارية (محطات الطاقة الحرارية)، ومحطات الطاقة النووية (محطات الطاقة النووية). وبالإضافة إلى ذلك، هناك الكهرباء الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الحرارية الأرضية. محطات.

بعد ذلك، يتم نقل الكهرباء من المصدر إلى المستهلكين، الذين قد يتواجدون على مسافات طويلة. لنقل الكهرباء، تحتاج إلى زيادة الجهد باستخدام محولات تصعيدية (يمكن زيادة الجهد حتى 1150 كيلو فولت، حسب المسافة).

لماذا تنتقل الكهرباء بجهد متزايد؟ كل شيء بسيط جدا. دعونا نتذكر صيغة الطاقة الكهربائية - P=UI، فإذا قمت بنقل الطاقة إلى المستهلك، فكلما زاد الجهد على خط الطاقة، قل التيار في الأسلاك، مع نفس استهلاك الطاقة. وبفضل ذلك، من الممكن بناء خطوط كهرباء ذات جهد عالي، مما يقلل من المقطع العرضي للأسلاك، مقارنة بخطوط الكهرباء ذات الجهد المنخفض. وهذا يعني أنه سيتم تخفيض تكاليف البناء - فكلما كانت الأسلاك أرق، كانت أرخص.

وعليه يتم نقل الكهرباء من المحطة إلى محول تصاعدي (إذا لزم الأمر)، وبعد ذلك يتم نقل الكهرباء بمساعدة خطوط الكهرباء إلى محطات التوزيع المركزية (محطات التوزيع المركزية). والأخيرة بدورها تقع في المدن أو بالقرب منها. عند نقطة التوزيع المركزية، يتم تخفيض الجهد إلى 220 أو 110 كيلو فولت، ومن هناك يتم نقل الكهرباء إلى المحطات الفرعية.

بعد ذلك، يتم تقليل الجهد مرة أخرى (إلى 6-10 كيلو فولت) ويتم توزيع الطاقة الكهربائية بين نقاط المحولات، والتي تسمى أيضًا محطات المحولات الفرعية. يمكن نقل الكهرباء إلى نقاط المحولات ليس عبر خطوط الكهرباء، ولكن عن طريق خط كابل تحت الأرض، لأن في البيئات الحضرية سيكون هذا أكثر ملاءمة. والحقيقة هي أن تكلفة حقوق المرور في المدن مرتفعة جدًا وسيكون حفر خندق ومد كابل فيه أكثر ربحية من شغل مساحة على السطح.

ومن نقاط المحولات يتم نقل الكهرباء إلى المباني متعددة الطوابق ومباني القطاع الخاص وتعاونيات المرآب وغيرها. نلفت انتباهكم إلى حقيقة أنه في محطة المحولات الفرعية يتم تقليل الجهد مرة أخرى إلى 0.4 كيلو فولت المعتاد (شبكة 380 فولت).

إذا نظرنا بإيجاز إلى طريق نقل الكهرباء من المصدر إلى المستهلكين، فإنه يبدو كما يلي: محطة توليد الكهرباء (على سبيل المثال، 10 كيلو فولت) - محطة فرعية لمحول تصاعدي (من 110 إلى 1150 كيلو فولت) - خطوط الكهرباء - محول تنازلي محطة التحويل – محطة المحولات (10-0.4 ك.ف) – المباني السكنية.

هكذا تنتقل الكهرباء عبر الأسلاك إلى منزلنا. كما ترون، فإن مخطط نقل وتوزيع الكهرباء للمستهلكين ليس معقدا للغاية، كل هذا يتوقف على طول المسافة.

ويمكنك أن ترى بوضوح كيف تدخل الطاقة الكهربائية إلى المدن وتصل إلى القطاع السكني في الصورة أدناه:

يتحدث الخبراء عن هذه المشكلة بمزيد من التفصيل:

كيف تنتقل الكهرباء من المصدر إلى المستهلك

ما هو المهم أن نعرف؟

وأود أيضًا أن أقول بضع كلمات حول النقاط التي تتقاطع مع هذا الموضوع. أولاً، تم إجراء الأبحاث منذ فترة طويلة حول كيفية نقل الكهرباء لاسلكيًا. هناك العديد من الأفكار، ولكن الحل الواعد اليوم هو استخدام تقنية الواي فاي اللاسلكية. وجد علماء من جامعة واشنطن أن هذه الطريقة مجدية تمامًا وبدأوا في دراسة المشكلة بمزيد من التفصيل.

ثانيًا، تنقل خطوط الطاقة المتناوبة اليوم تيارًا متناوبًا، وليس تيارًا مباشرًا. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن أجهزة التحويل، التي تقوم أولاً بتصحيح التيار عند الإدخال ثم تجعله متغيراً مرة أخرى عند الإخراج، لها تكلفة عالية إلى حد ما، وهو أمر غير مجد اقتصادياً. ومع ذلك، فإن قدرة خطوط كهرباء التيار المستمر لا تزال أعلى بمرتين، مما يجعلنا نفكر أيضًا في كيفية تنفيذها بشكل أكثر ربحية.

تناول الدليل المنهجي الأول لموظفي التشغيل المبتدئين مبدأ إنتاج الكهرباء في محطات الطاقة الحرارية. سنلقي نظرة في هذا الفصل على العمليات والميزات الرئيسية لتشغيل المعدات عند نقل الكهرباء من محطة توليد الكهرباء إلى المستهلك.

يتم تحويل الكهرباء الخارجة من المولد في الغالبية العظمى من الحالات على الفور باستخدام محول تصاعدي إلى كهرباء ذات جهد أعلى، وعند المستهلك يتم تحويلها باستخدام محول تنازلي إلى كهرباء ذات جهد أقل. لماذا هذا يحدث؟ يتراوح جهد المولد في معظم محطات الطاقة الحرارية من 6 إلى 10 كيلو فولت، وفي المولدات الكبيرة يتراوح من 15 إلى 20 كيلو فولت. ليس من المربح اقتصاديًا نقل الكهرباء، أو ببساطة، قوة هذا الجهد عبر مسافات طويلة لسببين:

• 1. خسائر كبيرة جدًا (كلما زاد الجهد، قلت خسائر الكهرباء. سيتم مناقشة ذلك بمزيد من التفصيل في قسم "خسائر الطاقة الكهربائية")؛
• 2. بسبب انخفاض عرض النطاق الترددي.

إذا كان أي شخص يتذكر، فيمكن لكل موصل مقطع عرضي معين تمرير كمية معينة من التيار الكهربائي، وإذا تم تجاوز هذه القيمة، فسيبدأ الموصل في التسخين ثم يذوب ببساطة. إذا نظرت إلى صيغة الطاقة الإجمالية S=v3UI (U - الجهد، I - التيار)، فمن السهل تخمين أنه بالنسبة لنفس مقدار الطاقة المرسلة، كلما ارتفع جهد الخط، قلت كمية التيار المتدفق عبره. هو - هي. لذلك، من أجل نقل الطاقة المنقولة، على سبيل المثال، على طول خط واحد 110 كيلو فولت باستخدام خطوط 10 كيلو فولت، سيكون من الضروري بناء 10 خطوط 10 كيلو فولت بسلك من نفس المقطع العرضي مثل خط 110 كيلو فولت. إذا كانت محطة توليد الكهرباء تقع بالقرب من المستهلك (على سبيل المثال، محطة كبيرة)، فلا فائدة من زيادة الجهد لنقل الكهرباء ويتم توفيرها للمستهلك بجهد المولد، مما يوفر على المحولات. بالمناسبة ما الفرق بين الكهرباء والطاقة الكهربائية؟ لا شئ. الطاقة الكهربائية هي القيمة اللحظية للطاقة الكهربائية وتقاس بالواط، كيلووات، ميجاوات (W، kW، MW)، والطاقة الكهربائية هي كمية الطاقة الكهربائية المنقولة لكل وحدة زمنية وتقاس بالكيلووات ساعة (kWh). ،) . تسمى الوحدة التي يتم فيها تحويل الكهرباء من جهد إلى آخر بالمحول.

مبدأ التشغيل وتصميم المحول

كما قلنا من قبل، يعمل المحول على تحويل الطاقة الكهربائية ذات الجهد الواحد إلى طاقة كهربائية ذات جهد آخر. كيف يحدث هذا. المحول ثلاثي الطور عبارة عن دائرة مغناطيسية (قلب) مصنوعة من صفائح من الفولاذ الكهربائي وتتكون من ثلاثة قضبان رأسية متصلة في الأعلى والأسفل بنفس القضبان المستعرضة (يطلق عليها اسم نير). يتم وضع اللفات ذات الجهد المنخفض والعالي على شكل ملفات أسطوانية مصنوعة من الأسلاك النحاسية المعزولة على القضبان. في صناعة الطاقة، تسمى هذه اللفات بالجهد العالي والمنخفض، إذا كان المحول يحتوي على ملفين، أي أنه يحتوي على جهدين فقط. يحتوي المحول ثلاثي اللفات أيضًا على ملف جهد متوسط. يتم وضع اللفات على القضيب بالترتيب التالي: أولا ملف الجهد المنخفض (وهو الأقرب إلى النواة المغناطيسية)، ثم يتم وضع ملف الجهد المتوسط ​​عليه ثم ملف الجهد العالي، أي يتم وضع ثلاث لفات على كل قضيب إذا كان المحول به ثلاث لفات ولفتين، إذا كان المحول به لفتين. من أجل البساطة، سننظر في تشغيل محولين متعرجين. اللفات من قضيب واحد تشكل مرحلة. ترتبط ببداية كل ملف أسلاك توصيل يتم من خلالها دخول الطاقة الكهربائية إلى المحول والخروج منه. يُسمى الملف الذي تدخل إليه الطاقة الكهربائية إلى المحول بالملف الأولي، والملف الذي تخرج منه الطاقة المحولة بالملف الثانوي. إذا دخلت الطاقة إلى ملف الجهد المنخفض وتركت ملف الجهد العالي، فإن المحول يسمى محول تصاعدي. على العكس من ذلك، إذا دخلت الطاقة إلى ملف الجهد العالي وتركت ملف الجهد المنخفض، فإن المحول يسمى محول تنحي. أنها لا تختلف في تصميمها. ترتبط نهايات اللفات ذات الجهد العالي والمنخفض بشكل مختلف. ترتبط نهايات اللفات ذات الجهد العالي ببعضها البعض وتشكل نجمة، وتسمى أيضًا محايدة (سننظر في السبب لاحقًا). يتم ربط نهايات الملفات ذات الجهد المنخفض بطريقة ذكية، أي أن نهاية كل ملف تتصل ببداية الآخر، لتشكل إذا تم توسيعها على الرسم مثلثاً ترتكز أطرافه الخطية على متصل. لماذا يتم توصيل اللفات ذات الجهد العالي والمنخفض بشكل مختلف؟ لأسباب اقتصادية بحتة. ينقسم التيار الكهربائي والجهد إلى طور وخطي. يُسمى الجهد بين المراحل A-B، وB-C، وC-A بالخطي، ويسمى أيضًا الطور إلى الطور. جهد الطور هو الجهد بين كل طور (فردي) والأرض، أو في حالة المحول، محايد المحول. جهد الطور أقل بثلاث مرات (1.73 مرة) من الجهد الخطي. من الأفضل النظر في التيار الخطي والتيار الطور باستخدام مثال توصيلات لف المحولات. يسمى التيار المتدفق خلال كل مرحلة من مراحل الخط بالخطي. يسمى التيار المتدفق خلال لف كل مرحلة من مراحل المحول أو المحرك الكهربائي بالطور. إذا كانت لف هذه الوحدات متصلة بنجم، فإن التيار الخطي، سواء في مرحلة الخط أو في مرحلة النجم، هو نفسه (ارسم نجمة وخطًا وسيكون واضحًا على الفور). أي أنه عندما يتم توصيل اللف في نجم، فإن التيار الخطي يساوي تيار الطور. إذا كان اللف متصلا بمثلث (رسم)، فإننا نرى كيف يتباعد التيار من الخط، الذي يقترب من قمة المثلث، من خلال لفين. هنا تيار الطور لا يساوي التيار الخطي، فهو أقل منه. تيار الطور، وكذلك الجهد، هو v3 مرات (1.73 مرة) أقل من التيار الخطي. عندما يتم توصيل اللف في النجم، فإن التيار المتدفق من خلاله يساوي تيار الخط، والجهد على هذا اللف يساوي جهد الطور. وعندما يتم توصيل الملف في مثلث، فإن التيار المتدفق عبره يساوي جهد الطور، والجهد على كل ملف يساوي الجهد الخطي. وإذا، على سبيل المثال، يتم توصيل لف المحول، الذي يتم توفير جهد 110 كيلو فولت، أولاً بنجم ثم بمثلث، ثم في الحالة الأولى (عندما يكون النجم) الجهد المطبق على اللف لكل مرحلة ستكون 63 كيلو فولت، وفي الحالة الثانية (عند المثلث) 110 كيلو فولت. وبالتالي، عندما يتم توصيل اللف في مثلث، يجب أن يكون العزل عليه أكبر، وبالتالي أكثر تكلفة. أما مع التيارات فالأمر على العكس من ذلك. عندما يكون الملف متصلا في مثلث، فإن التيار الذي يمر عبره يكون أقل بمقدار 3 مرات من التيار الذي يمر عبر نفس الملف إذا كان متصلا في نجم. إذا كان التيار أقل، فإن المقطع العرضي لسلك اللف يكون أصغر واللف أرخص. بما أن التيار على جانب الجهد المنخفض أكبر من التيار على جانب الجهد العالي (وبالتالي يكون المقطع العرضي لسلك اللف أكبر)، فإن ملف الجهد المنخفض هو الذي يتم توصيله في مثلث. كلما زاد الجهد، زادت تكلفة العزل. هذا هو سبب توصيل ملف الجهد العالي بالنجم. هناك أيضًا مفاهيم مثل التيار المقنن والجهد المقنن. التيار المقنن هو الحد الأقصى للتيار الذي يمكن أن يتدفق عبر الموصل لفترة طويلة دون ارتفاع درجة حرارته فوق درجة الحرارة المسموح بها لعزله. الجهد المقنن هو الحد الأقصى للجهد بالنسبة إلى الأرض (جهد الطور) أو المراحل الأخرى من هذا الجهاز (جهد الخط) المطبق بشكل مستمر على الموصل (التأثير على الموصل) دون التعرض لخطر تلف (انهيار) عزله. بالنسبة لكل جهاز، تشير الشركة المصنعة إلى التيار المقدر والجهد لموصلاتها.

حتى هنا هو عليه. عندما يتم توفير الطاقة الكهربائية إلى الملف الأولي للمحول، فإن التيار المتدفق من خلاله (من خلال الملف) يخلق تدفقًا مغناطيسيًا متناوبًا في القلب المغناطيسي الذي تم تركيب اللفات عليه، والذي بدوره يحفز ما يسمى بالقوة الدافعة الكهربائية ( emf) في اللف الثانوي). E.m.f. هو نفس القوة. هذه هي الطريقة التي يتم بها نقل الطاقة عبر المحول بمساعدة الاتصال الكهرومغناطيسي. من فضلك لا تخلط بين هذا وبين الاتصالات الكهربائية. يتم الاتصال الكهربائي (ويسمى أيضًا المعدن) عندما يتم نقل الطاقة عبر موصل دون أي فجوات هوائية. يتم تحديد العلاقة بين الجهد الأولي والثانوي، وكذلك عدد لفات اللفات، بواسطة الصيغة:

U1 / U2 = w1 / w2

حيث U1 وw1 هما الجهد وعدد لفات الملف الأولي، وU2 وw2 هما الملف الثانوي، على التوالي. ويترتب على ذلك أنه من خلال اختيار عدد لفات اللفات الأولية والثانوية، يمكن الحصول على الجهد الثانوي المطلوب. تسمى نسبة قيمة أعلى جهد إلى أقل جهد أو نسبة عدد لفات ملف الجهد العالي إلى ملف الجهد المنخفض (وهو نفس الشيء) بنسبة تحويل المحول. معامل التحويل دائمًا أكبر من واحد (يمكنك تخمين ذلك). تسمى المحولات التي تعمل على تحويل الطاقة الكهربائية من جهد واحد إلى طاقة من جهد آخر محولات الطاقة. هناك أيضًا محولات التيار والجهد. تسمى هذه المحولات محولات القياس لأنها وهي مصممة لتشغيل أدوات قياس التيار والجهد، ولكن سيتم مناقشتها بمزيد من التفصيل في قسم حماية المرحل والأتمتة والقياسات. لا تتغير كمية الطاقة التي تمر عبر محول الطاقة (إذا تم استبعاد الخسائر الطفيفة أثناء التحويل)، فقط تتغير قيم التيار والجهد. تذكر معادلة الطاقة، S = v3UI، ليس من الصعب تخمين عدد المرات التي يتغير فيها الجهد أثناء التحويل، يتغير التيار بنفس عدد المرات، فقط في الاتجاه المعاكس، أي إذا زاد الجهد بعد المحول 10 مرات، ثم انخفض التيار 10 مرات. ولهذا الغرض (لتقليل كمية التيار) يتم زيادة الجهد في محطات توليد الطاقة من أجل نقله عبر مسافات طويلة. المحولات إما جافة أو ذات أساس زيتي. المحولات الجافة (سلسلة TS) عبارة عن محولات مبردة بالهواء للتطبيقات الداخلية. التصميم هو الأبسط ، حيث يقف النواة المغناطيسية ذات اللفات على عوازل على أرضية الغرفة ومغطاة بغلاف شبكي معدني. تتم إزالة الحرارة المتولدة عن طريق الهواء المحيط. يتم إنتاج المحولات الجافة لجهد يصل إلى 10 كيلو فولت وتستخدم بشكل أساسي لتلبية الاحتياجات الداخلية لمحطات الطاقة. في الصناعة، يتم استخدام محولات الزيت بشكل أساسي (السلسلة TM، TD، TDTs، TC. الحروف M، D، DTs و Ts تعني طريقة تبريد وتدوير الزيت). في محول الزيت، يتم وضع القلب المغناطيسي مع اللفات في مبيت مغلق مملوء بزيت المحولات، والذي يعمل على التبريد وفي نفس الوقت لعزل القلب المغناطيسي واللفات. يوجد في الجزء العلوي من السكن خزان توسع يعمل على تجديد السكن واستقبال الزيت من السكن أثناء تغيرات درجة الحرارة في حجم الزيت داخل غلاف المحولات. توجد على جانبي مبيت محول الزيت مشعات زيت تعمل على تبريد الزيت. تحت تأثير اختلاف درجات الحرارة داخل المبيت وخارجه في الرادياتير، يدور الزيت باستمرار عبر المشعاعات، ويتم تبريده بواسطة الهواء الخارجي. وهذا ما يسمى بالتبريد الطبيعي وتدوير الزيت الطبيعي (نظام التبريد M). يستخدم نظام التبريد هذا على المحولات حتى 10 ميجاوات. في المحولات التي تزيد قدرتها عن 10 ميجاوات، يتم نفخ مشعات الزيت بواسطة مراوح لزيادة كفاءة التبريد. نظام التبريد هذا هو D - مع دوران طبيعي ونفخ قسري. لتبريد الزيت بشكل أكثر كفاءة، يتم توزيعه بواسطة المضخات بينما يتم في نفس الوقت نفخ المشعات باستخدام المراوح. نظام التبريد هذا من النوع DC - مع دوران الزيت القسري والنفخ القسري ويستخدم في المحولات بسعة تزيد عن 100 ميجاوات. النظام الأكثر كفاءة اليوم هو النظام C - مع دوران الزيت القسري وتبريد مشعات الزيت بالمياه. يستخدم على المحولات بقدرة 500 ميجاوات فما فوق.

في الأدبيات التقنية، غالبًا ما توجد خاصية أخرى للمحول - وهي Uk٪، والتي تُترجم على أنها جهد الدائرة القصيرة بالنسبة المئوية. الجهد الكهربائي Uк% هو الجهد المطبق على أحد ملفات المحول، حيث يتدفق التيار المقنن عبر الملف الآخر ذي الدائرة القصيرة (بالمناسبة، يتدفق التيار المقنن أيضًا خلال الملف الأول في هذا الوقت). Uк٪ يميز المقاومة الإجمالية للملفات المحولات ويستخدم عند حساب التيارات خلف المحول في أوضاع تشغيل الشبكة المختلفة.

يتم إنتاج محولات الطاقة بشكل رئيسي في إصدارات ثلاثية الطور. يتم إنتاج المحولات القوية (500 ميجا فولت أمبير وما فوق) في إصدارات أحادية الطور لسبب بسيط وهو أن المحول ثلاثي الطور بهذه الطاقة سيكون له أبعاد بحيث لن يكون من الممكن تسليمه إلى موقع التثبيت. تتوفر المحولات بملفين (HV، LV)، وثلاث ملفات (HV، MV، LV) ومع ملفات منقسمة. يحتوي محول الملف المنفصل على ملفين متماثلين للجهد المنخفض. لماذا هذا يحدث؟ تتمتع المحولات ذات اللفات المنفصلة بنسبة Uk٪ (مقاومة لللف) متزايدة، لذلك يُنصح باستخدامها لتشغيل المفاتيح الكهربائية مع عدد كبير من التوصيلات. لا تتكون مجموعة المفاتيح الكهربائية من قسمين (محول واحد لكل منهما)، بل من أربعة. يعمل محول واحد على تشغيل قسمين (يعمل كل ملف على تشغيل قسم منفصل). وهكذا نقوم بتقليل تيار الدائرة القصيرة في المقاطع بمقدار النصف، مقارنة بما لو كان هناك قسمين وكل منهما يعمل بمحولين ملفين.

تنظيم الجهد المحولات

كما قلنا من قبل، يمكن تغيير الجهد على الملف الثانوي للمحول عن طريق تغيير عدد لفات الملف الأولي أو الثانوي. على محولات الطاقة، من الممكن تغيير عدد المنعطفات على لف الجهد العالي. لهذا الغرض، تحتوي بعض لفات الملف عالي الجهد على فروع ضبط، والتي يمكنك من خلالها إضافة أو تقليل عدد لفات الملف عالي الجهد. من خلال تقليل عدد لفات ملف الجهد العالي، عندما يكون الملف الأولي (محول تنحي)، تنخفض مقاومة الملف، وبالتالي يزداد التدفق الحالي والمغناطيسي في قلب المحول، وبالتالي الجهد على يزداد لف الجهد المنخفض، وهو في هذه الحالة ثانوي. والعكس صحيح. من خلال زيادة عدد لفات ملف الجهد العالي، تزداد مقاومة الملف، وبالتالي ينخفض ​​التدفق الحالي والمغناطيسي في قلب المحول، وبالتالي ينخفض ​​الجهد على ملف الجهد المنخفض.

في حالة المحول التصاعدي، عندما يكون الملف ذو الجهد المنخفض هو الملف الأولي والملف ذو الجهد العالي هو الملف الثانوي، فإن عملية زيادة الجهد في الملف الثانوي لا تحدث بسبب زيادة التدفق المغناطيسي، ولكن بسبب زيادة عدد لفات الملف الثانوي، أي الملف ذو الجهد العالي.

سيكون سبب تنفيذ تنظيم الجهد على وجه التحديد على ملف الجهد العالي واضحًا بعد النظر في تصميم مفتاح الصنبور. يتم استخدام نوعين من مفاتيح الصنبور في محولات الزيت - PBB وOLTC. مفتاح PBB يعني التبديل دون إثارة، أي على محول مغلق وهو عبارة عن نظام من الاتصالات الثابتة المتصلة بفروع اللف واتصالات متحركة متصلة باللف الرئيسي. توجد جهات الاتصال المتحركة على الجهاز على شكل أسطوانة، والتي، من خلال تحويلها بمقبض محرك موجود على غطاء المحول، تغير عدد دورات الملف عالي الجهد. نظرًا لأنه غالبًا ما يكون تنظيم الجهد بهذه الطريقة غير مريح بسبب الحاجة إلى إيقاف تشغيل المحول، بمساعدة مفاتيح PBB، يتم تنظيم الجهد الموسمي بشكل أساسي عندما تتغير الأحمال في الشبكة المجاورة، أي في فصل الشتاء والصيف (في الشتاء تكون الأحمال أكثر، مما يعني انخفاضًا أكبر في الجهد في الشبكة ويجب زيادة الجهد).

لإجراء تعديلات متكررة على الجهد، يتم تثبيت مفتاح تبديل الصنبور عند التحميل على المحولات، مما يعني التنظيم تحت الحمل. يسمح لك مبدل الصنبور عند التحميل بتنظيم الجهد دون إيقاف تشغيل المحول أو حتى إزالة الحمل منه، وهذا هو السبب في أن تصميمه أكثر تعقيدًا من تصميم مغير الصنبور. للتأكد من أنه عند تبديل جهة اتصال متحركة من فرع إلى آخر، لا يوجد انقطاع في دائرة التيار المتعرج، يحتوي مبدل الصنبور عند التحميل على جهتي اتصال متحركتين لكل مرحلة (الرئيسي والتحويل) ويتم التبديل من فرع إلى آخر على مرحلتين - أولاً يتم تحويل جهة الاتصال الرئيسية إلى الفرع الجديد، ومن ثم جهة الاتصال التحويلية. وهكذا في الوقت الذي تكون فيه جهة الاتصال الرئيسية موجودة بالفعل على الفرع الجديد، وتبقى جهة الاتصال على الفرع القديم، لا يحدث قصر في المنعطفات الموجودة بين جهات الاتصال هذه، ويتم تثبيت مقاومة خاصة في دائرة اتصال التحويلة و لا يتدفق التيار عبر الدائرة القصيرة التي تتكون من جهات الاتصال الرئيسية والتحويلية. لا يتم تثبيت مبدل الصنبور عند التحميل في خزان المحول المشترك، حيث توجد الدائرة المغناطيسية ذات اللفات، ولكن في حجرة منفصلة حيث يتم إخراج فروع اللفات ذات الجهد العالي. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه عند التبديل تحت الحمل، يحدث قوس كهربائي بين جهات الاتصال، وإن كان ضئيلًا، مما يؤدي إلى تحلل الزيت مع إطلاق الهيدروجين. وإذا كان مبدل الصنبور موجودًا في خزان مشترك، فسوف يتراكم الهيدروجين باستمرار في مرحل الغاز الخاص بالمحول، مما يتسبب في تنشيط غير ضروري لحماية الغاز (ستتم مناقشة ذلك بمزيد من التفصيل في القسم الخاص بالمرحل الحماية والأتمتة). يمكن تبديل مبدل الصنبور عند التحميل إما عن بعد باستخدام مفتاح التحكم أو باستخدام AVR التلقائي (تنظيم الجهد التلقائي)، والذي يستجيب للتغيرات في الجهد على الملف الثانوي.

في المحولات الجافة لا توجد مفاتيح حنفية ويتم تغيير عدد اللفات عن طريق إعادة توصيل لوحة معدنية خاصة على ملف كل مرحلة تربط الجزء الرئيسي من الملف بلفات إضافية.

المحولات الذاتية

تستخدم المحولات الذاتية لتوصيل المفاتيح الكهربائية ذات الفولتية المختلفة. يختلف المحول الذاتي عن المحول ثلاثي اللفات من حيث أنه لا يحتوي على ملف جهد متوسط. يتم أخذ متوسط ​​الجهد من الجزء ذو الجهد العالي للملف. بعد كل شيء، في ملف محول متصل بنجم، يتناقص الجهد من الحد الأقصى في بداية الملف مع كل دورة نحو الحياد حتى ينخفض ​​​​تمامًا إلى الصفر عند الحياد بعد المنعطف الأخير. على أساس هذا المبدأ يتم عمل لف الجهد المتوسط ​​للمحول الذاتي. على سبيل المثال، في محول ذاتي بجهد 220/110/10 كيلو فولت، في مكان ما في منتصف ملف الجهد العالي (220 كيلو فولت)، يتم عمل فروع تتوافق مع جهد 110 كيلو فولت، وهذا هو ملف الجهد المتوسط ​​​​مدمج مع لف الجهد العالي (أو بالأحرى أن يكون جزءًا منه). ولذلك، فإن المحول الذاتي أصغر حجما وأرخص من المحول ثلاثي اللفات بنفس الطاقة. هناك عدة فروع على الملف عالي الجهد (كما هو الحال في المحول) لتمكين تنظيم الجهد باستخدام مفتاح مبدل الصنبور عند التحميل.

في PTE يمكنك العثور على مفهوم مثل الجهد المسموح به لفرع معين من ملف المحول. كيف نفهم هذا وأين يمكن الحصول على هذه الضغوط المسموح بها؟ كما قلنا في بداية هذا القسم، بالنسبة لملفات المحولات المتصلة في النجم، فإن الجهد يتناقص مع كل دورة نحو الحياد. وفي هذا الصدد، يتم تقليل العزل أيضًا مع كل منعطف، أو بالأحرى مع كل فرع نحو الحياد (من أجل توفير المال). لذلك، كل فرع له الجهد المسموح به. ويمكنك إلقاء نظرة على هذا الجهد في جدول حلقة المحول، أو في تعليمات المصنع، أو، في أسوأ الأحوال، على لوحة متصلة بالمحول.

إنتاج (توليد) وتوزيع واستهلاك الطاقة الكهربائية والحرارية: تنتج محطة توليد الكهرباء (أو تولد) الطاقة الكهربائية، وتنتج محطة توليد الطاقة الحرارية الطاقة الكهربائية والحرارية. بناءً على نوع مصدر الطاقة الأولية المحول إلى طاقة كهربائية أو حرارية، تنقسم محطات الطاقة إلى محطات توليد الطاقة الحرارية (CHP)، والنووية (NPP)، والهيدروليكية (HPP). في محطات الطاقة الحرارية، المصدر الأساسي للطاقة هو الوقود العضوي (الفحم والغاز والنفط)، في محطات الطاقة النووية - تركيز اليورانيوم، في محطات الطاقة الكهرومائية - الماء (الموارد الهيدروليكية). تنقسم محطات الطاقة الحرارية إلى محطات طاقة حرارية مكثفة (محطات طاقة مكثفة - CES أو محطات توليد كهرباء في مناطق الولاية - GRES)، والتي تولد الكهرباء فقط، ومحطات تسخين (CHP)، التي تولد الكهرباء والحرارة.

بالإضافة إلى محطات الطاقة الحرارية ومحطات الطاقة النووية ومحطات الطاقة الكهرومائية، هناك أنواع أخرى من محطات الطاقة (محطات الضخ، الديزل، الطاقة الشمسية، الطاقة الحرارية الأرضية، محطات المد والجزر وطاقة الرياح). ومع ذلك، قوتهم منخفضة.

يشتمل الجزء الكهربائي لمحطة الطاقة على مجموعة متنوعة من المعدات الرئيسية والمساعدة. تشمل المعدات الرئيسية المخصصة لإنتاج وتوزيع الكهرباء ما يلي: المولدات المتزامنة التي تولد الكهرباء (في محطات الطاقة الحرارية - المولدات التوربينية)؛ قضبان التوصيل المصممة لتلقي الكهرباء من المولدات وتوزيعها على المستهلكين؛ أجهزة التبديل - المفاتيح المصممة لتشغيل وإيقاف الدوائر في الظروف العادية والطارئة، والفواصل المصممة لإزالة الجهد من الأجزاء التي تم إلغاء تنشيطها في التركيبات الكهربائية ولإنشاء انقطاع مرئي في الدائرة (فواصل الفصل، كقاعدة عامة، غير مصممة لكسر تيار التشغيل للتثبيت) ؛ أجهزة الاستقبال الكهربائية للاحتياجات الخاصة (المضخات والمراوح والإضاءة الكهربائية في حالات الطوارئ وغيرها). تم تصميم المعدات المساعدة لأداء وظائف القياس والإنذار والحماية والأتمتة، وما إلى ذلك.

نظام الطاقة (نظام التشغيل)تتكون من محطات توليد الكهرباء والشبكات الكهربائية ومستهلكي الكهرباء، المترابطة والمتصلة بطريقة مشتركة في العملية المستمرة لإنتاج وتوزيع واستهلاك الطاقة الكهربائية والحرارية، مع الإدارة العامة لهذا الوضع.

نظام الطاقة الكهربائية (الكهربائية).- هذه مجموعة من الأجزاء الكهربائية لمحطات توليد الكهرباء والشبكات الكهربائية ومستهلكي الكهرباء، المرتبطة بقواسم النظام واستمرارية عملية إنتاج وتوزيع واستهلاك الكهرباء. النظام الكهربائي هو جزء من نظام الطاقة، باستثناء شبكات التدفئة ومستهلكي الحرارة. الشبكة الكهربائية عبارة عن مجموعة من التركيبات الكهربائية لتوزيع الطاقة الكهربائية، وتتكون من محطات فرعية ومفاتيح كهربائية وخطوط كهرباء علوية وكابلات. تقوم الشبكة الكهربائية بتوزيع الكهرباء من محطات توليد الطاقة إلى المستهلكين. خط نقل الطاقة (العلوي أو الكابل) عبارة عن تركيب كهربائي مصمم لنقل الكهرباء.

في بلدنا، نستخدم الفولتية القياسية (من الطور إلى الطور) للتيار ثلاثي الطور بتردد 50 هرتز في نطاق 6-1150 كيلو فولت، وكذلك الفولتية 0.66؛ 0.38 (0.22) كيلو فولت.

يتم نقل الكهرباء من محطات توليد الكهرباء عبر خطوط الكهرباء بجهد يتراوح بين 110-1150 كيلو فولت، أي أعلى بكثير من جهد المولدات. تستخدم المحطات الكهربائية الفرعية لتحويل الكهرباء من جهد واحد إلى كهرباء من جهد آخر. المحطة الفرعية الكهربائية عبارة عن تركيب كهربائي مصمم لتحويل وتوزيع الطاقة الكهربائية. تتكون المحطات الفرعية من المحولات وقضبان التوصيل وأجهزة التبديل، بالإضافة إلى المعدات المساعدة: حماية التتابع وأجهزة التشغيل الآلي وأجهزة القياس. تم تصميم المحطات الفرعية لربط المولدات والمستهلكين بخطوط الكهرباء (المحطات الفرعية التصاعدية والتنازلية P1 وP2)، وكذلك لتوصيل الأجزاء الفردية من النظام الكهربائي.